Cette conférence, animée par Alain Bornarel et Giampiero Ripanti à l’École d’Architecture de Nancy, retrace une décennie de recherches appliquées et de collaborations fructueuses autour de la ventilation naturelle. À travers des retours d’expérience concrets, notamment dans les bâtiments scolaires de Rosny-sous-Bois, les intervenants démontrent qu’il est possible de concevoir des architectures saines, économes en énergie et confortables sans dépendre systématiquement de lourdes machines mécaniques.

En combinant les principes du bioclimatisme à des innovations modernes, ils proposent de redéfinir notre relation à l’air intérieur et au confort thermique.

Ce qu’il faut retenir

La transition vers des systèmes passifs repose sur trois piliers fondamentaux :

Le premier point concerne l’indépendance technologique. La ventilation naturelle permet de s’affranchir des pannes mécaniques et électriques récurrentes tout en garantissant un renouvellement d’air adapté aux besoins réels des usagers.

Le deuxième aspect est l’efficacité face aux surchauffes estivales. Les débits requis pour le confort d’été sont si élevés que seules les techniques passives de balayage d’air peuvent y répondre de manière écoresponsable, rendant la climatisation mécanique obsolète dans de nombreuses configurations.

Le troisième enseignement réside dans la responsabilisation des occupants. Redonner le contrôle de l’air aux usagers par des gestes simples ou des outils low-tech améliore considérablement le bien-être ressenti et la résilience globale du bâtiment.

Pourquoi ventiler naturellement ?

La question de la nécessité de la ventilation se pose d’emblée dans un monde habitué à presser un bouton pour faire fonctionner des machines.

Les intervenants rappellent que la ventilation remplit deux fonctions majeures : la préservation de la santé par l’évacuation des polluants et la gestion du confort thermique.

L’air intérieur accumule des impuretés variées : le dioxyde de carbone, les composés organiques volatiles et l’humidité.

Pour assurer une hygiène parfaite, le taux de renouvellement d’air doit être régulier.

Cependant, les normes actuelles en France s’avèrent souvent insuffisantes. Elles imposent environ 18 mètres cubes par heure et par élève dans les écoles.

Pour obtenir une qualité d’air optimale, il faudrait doubler ces débits et atteindre près de 60 mètres cubes par occupant.

Une telle augmentation avec des centrales de traitement d’air mécaniques doublerait la consommation énergétique des ventilateurs.

C’est ici que le modèle naturel se distingue : il permet d’absorber ces débits importants de manière fluctuante et irrégulière, mais très efficace sur le plan sanitaire.

Le confort d’été et la vitesse d’air

Le rafraîchissement passif des bâtiments constitue le domaine de prédilection de la ventilation naturelle.

Lors des vagues de chaleur, il ne s’agit plus seulement d’évacuer les polluants, mais de dissiper les surchauffes internes.

Pour y parvenir, il faut faire circuler d’immenses volumes d’air.

Les taux de renouvellement d’air doivent alors passer d’un volume par heure pour l’hygiène à des valeurs comprises entre 15 et 30 volumes par heure pour le confort estival.

Aucune machine de ventilation mécanique classique ne peut atteindre de telles performances sans des installations démesurées et bruyantes.

Un autre phénomène crucial est l’effet de la vitesse de l’air directement sur la peau.

Le corps humain régule sa température par l’évaporation de la transpiration.

En créant un léger mouvement d’air, on accélère ce processus naturel de refroidissement.

Une vitesse d’air de 0,5 mètre par seconde permet de gagner instantanément 4 degrés en température ressentie.

Si la vitesse atteint 1 mètre par seconde, le gain peut s’élever à 5 ou 6 degrés.

Grâce à ce principe simple, un occupant peut se sentir parfaitement bien dans un local où la température ambiante affiche 30 ou 32 degrés.

Lorsque le vent extérieur ne suffit pas à générer cette vitesse, l’utilisation de brasseurs d’air plafonniers s’impose comme une solution low-tech idéale.

Ces appareils doivent être dimensionnés correctement : un grand diamètre de pales et une zone d’influence d’environ dix mètres carrés par ventilateur garantissent une efficacité maximale sans inconfort acoustique.

Les techniques fondamentales de la ventilation naturelle

La physique du bâtiment offre plusieurs moteurs gratuits pour faire circuler l’air sans électricité.

La méthode la plus simple et la plus performante reste la ventilation traversante.

Elle repose sur l’action directe du vent sur les parois du bâtiment.

Le vent crée une surpression sur la façade exposée et une dépression sur la façade opposée.

Si des ouvertures sont ménagées des deux côtés, un flux d’air puissant traverse naturellement l’espace intérieur.

Pour que cela fonctionne, les concepteurs doivent veiller à limiter les obstacles intérieurs afin de réduire les pertes de charge.

La porosité des façades doit également être soigneusement étudiée pour concilier les besoins d’ouverture en été et l’étanchéité nécessaire en hiver.

La deuxième technique est la ventilation monoorientée, utile lorsque le logement ne possède qu’une seule façade ouverte.

Des phénomènes physiques complexes créent des différences de pression le long d’une même baie.

Une surpression en partie basse pousse l’air frais vers l’intérieur, tandis qu’une dépression en partie haute extrait l’air chaud.

Enfin, la troisième méthode est le tirage thermique, souvent appelé effet cheminée.

Ce système utilise les différences de température et de densité entre l’air intérieur et l’air extérieur.

L’air chaud, plus léger, monte naturellement et s’échappe par des conduits verticaux ou des lanterneaux hauts.

Ce déplacement d’air crée une dépression en partie basse, ce qui aspire l’air frais extérieur.

Plus la hauteur de la cheminée est importante et plus l’écart de température est grand, plus le tirage est puissant.

En hiver, ce système fonctionne si bien qu’il peut provoquer un surtirage et des pertes thermiques.

Il est donc indispensable d’installer des registres de régulation pour moduler les débits.

En été, la situation s’inverse parfois : si l’air extérieur est plus chaud que l’air intérieur, un risque de refoulement apparaît.

Les concepteurs doivent alors truffer le bâtiment d’astuces passives : des cheminées solaires vitrées pour surchauffer artificiellement l’air extrait, ou des extracteurs éoliens statiques installés en toiture pour forcer le mouvement grâce au vent.

La ventilation naturelle double flux avec récupération de chaleur

Pendant la période hivernale, le principal reproche fait à la ventilation naturelle est le gaspillage d’énergie causé par l’introduction d’air glacial.

Pour résoudre ce problème, les ingénieurs ont développé des systèmes de ventilation naturelle double flux.

L’objectif est de faire croiser le flux d’air neuf entrant et le flux d’air vicié sortant sans utiliser de moteur électrique.

Au point de croisement, un échangeur de chaleur statique permet de transférer les calories de l’air extrait vers l’air neuf.

Cette technique apporte une certaine complexité architecturale car elle nécessite de grands conduits horizontaux et verticaux.

Cependant, elle offre des économies d’énergie substantielles dans les climats plus rudes.

Les projets comme la Maison des Canaux ou la Grande Coco démontrent la viabilité de ces échangeurs en aluminium intégrés de manière passive.

Il faut tout de même veiller à l’analyse de cycle de vie de ces installations : l’aluminium possède une énergie grise élevée qu’il convient de rentabiliser par des gains énergétiques réels sur le long terme.

Les systèmes de régulation et l’implication des occupants

La gestion des débits constitue le cœur de la réussite d’une installation passive.

Contrairement aux systèmes mécaniques rigides, la ventilation naturelle doit s’adapter aux variations météorologiques.

Les concepteurs disposent d’une large palette de régulations, allant du tout-automatique au entièrement manuel.

Les approches automatisées utilisent des sondes de dioxyde de carbone liées à des micro-moteurs qui ouvrent ou ferment les registres.

À l’inverse, les approches low-tech redonnent le pouvoir aux utilisateurs.

À Rosny-sous-Bois, des dispositifs manuels mécaniques ont été testés, comme des tringles ou des poignées techniques inspirées de l’aéronautique.

Les retours d’expérience montrent que la responsabilisation humaine fonctionne si l’actionneur est simple et visuel.

Si les usagers comprennent le système, ils adaptent leurs gestes et gèrent leur propre confort avec une grande efficacité.

De plus, un système manuel élimine totalement les risques de pannes électroniques, garantissant la résilience du bâtiment à travers les décennies.

Retours d’expérience et exemples de réalisations

L’histoire de l’architecture regorge d’exemples de ventilation naturelle réussie, des badguirs iraniens aux hôpitaux hygiénistes du dix-neuvième siècle.

À l’époque contemporaine, le lycée du Pic Saint-Loup, livré en 2003, fait figure de pionnier en France.

Pour contrer les effets du mistral qui risquait de perturber le tirage, les concepteurs ont créé un plénum de stabilisation sous les planchers afin d’équilibrer les pressions.

La ville de Rosny-sous-Bois s’est également illustrée par la transformation d’une halle de marché abandonnée en école maternelle.

Ce projet intègre des tours de ventilation double flux en plâtre, évitant l’usage de gaines métalliques polluantes.

Sur une période de dix ans, sept bâtiments scolaires ont ainsi été construits et optimisés dans cette commune.

À Paris, la médiathèque James Baldwin, conçue par Philippe Madec, illustre la gestion des bâtiments épais.

Pour ventiler un volume de trente mètres d’épaisseur, un puits dépressionnaire central a été percé au cœur de la structure.

Ce puits capte les dépressions de toiture pour aspirer l’air depuis les façades périphériques.

Enfin, un projet expérimental de logements collectifs à Bordeaux réhabilite l’usage simple des fenêtres.

Les concepteurs séparent la pollution continue du bâti, traitée par de petites grilles permanentes préchauffées derrière les radiateurs, de la pollution liée à l’occupation.

Pour cette dernière, les habitants sont invités à ouvrir leurs fenêtres grâce aux indications fournies par une petite sonde de couleur.

Pour la nuit, des systèmes traditionnels mis au goût du jour, comme l’espagnolette ou l’écarteur de fenêtre, permettent de laisser un filet d’air sécurisé dans les chambres.

Ce type de projet low-tech démontre qu’en faisant un pas de côté par rapport aux réglementations strictes, on peut obtenir des résultats sanitaires et thermiques tout aussi performants que la mécanique, pour un coût financier nul.