Traverser
un hiver arctique en autarcie et sans recours à des
énergies non renouvelables.
Pourquoi
A
un tournant où l'humanité ne peut plus perpétuer
ses habitudes et réflexes acquis dans un contexte de
lutte ancestrale pour la survie sans mettre en danger son
environnement qui lui est nécessaire, il est utile
de questionner le sens et les implications de nos actes. Dans
ce contexte, le passive igloo explore les thèmes de
l'habitat et de "l'habiter" de demain.
Comment
Nous
progressons quand nous quittons notre zone de confort. Et
de quitter les sentiers battus est un bon moyen pour quitter
notre zone de confort. C'est ainsi que nous espérons
progresser.
Le
passive igloo est un module d’habitation autosuffisant
faisant parti d'un voilier d'exploration polaires pouvant
accueillir une équipe de 6 personnes dans des conditions
de grand froid pour y habiter et travailler. Objet de recherche
et de démonstration, le ‘passive igloo’
explore les possibilités de réaliser des habitations
utilisant des ressources énergétiques renouvelables,
abordables et technologiquement fiables et ceci dans des conditions
les plus sévères sur le plan climatique.
Le
concept énergétique est articulé autour
de la complémentarité de mesures d’efficacité
(isolation, récupération) et de différents
vecteurs énergétiques (solaire, éolien,
chaleur d'environnement) associés à un stockage
de dimension modeste (chaleur et électricité)
et une gestion énergétique optimisée.
Qui
peut le plus peut le moins
C'est
un projet qui illustre que des choix constructifs et techniques
judicieux, simples et robustes peuvent constituer une réponse
crédible au défi de la raréfaction de
l'énergie facile.
Transposé
aux climats tempérés, le retour d'expérience
sera utile pour tracer les contours de l'habitat de demain,
celui qui s'affranchit de dépendances, tout en offrant
plus d'autonomie et de qualité de vie à ses
habitants.
Un congélateur semble chaud à côté
des -26°C de moyenne des mois d'hiver avec des pointes
en-dessous de -40°C. Les conditions étaient idéales
comme laboratoire pour le ‘passive igloo project’
et les conclusions seront sans appel: les chiffres illustrées
ci-après en rapportent l'essentiel.
Les températures en un clin d'oeil:
en rouge les températures intérieures (sur fond
de degrés jours*), en bleu la température extérieure.
Eau potable: /30
bouteilles de 1 litre
Consommation d’eau
potable: 6 litres par personne par jour, soit 30 x fois
moins que la moyenne suisse.
Energie électrique: /30
moyenne suisse 3 kWh par personne par jour / passive
igloo 0.26 kWh
2/3 de la consommation électrique est couverte
par des énergies renouvelables
Energie électrique : 0.26 kWh
par personne par jour, soit 10 fois moins que la moyenne
suisse dont 2/3 couverts par du vent et du soleil. C’est
une réduction de la dépendance aux énergies
conventionnelles d’un facteur 30.
Chauffage: /10
bâtiment conventionnel 45 kWh par personne par
jour
Energie de chauffage : 0.5 litres de
fuel par personne par jour, soit presque 10 x
fois moins qu’un bâtiment conventionnel.
Eaux usées: /20
Toilettes : à compostage, soit
une production inférieure à 100kg de compost
neutre et 1000 litres d’urines pour 10 mois d’autonomie
(2.5 personnes en moyenne), contre 18500 litres d’eau
noire, soit 18 x moins de masse et de volume.
Certains diront que 'c'est un contexte totalement
différent...'. C'est vrai et c'est cette différence
qui nous a aidé à sortir des habitudes, de questionner
ce que nous pensons comme acquis. C'était un des buts
du projet. Mais en tout point le passive igloo a largement
répondu à nos besoins les plus élémentaires,
que ce soit le confort, le bien-être et l'épanouissement
personnels.
A la question 'peut-on se passer d'un chauffage
sous nos climats tempérés', la réponse
est OUI.
Le graphique ci-dessous montre la puissance
de chauffage (en Watts par occupant) en fonction de la température
extérieure (1 point = 1 jour).
Nous observons qu'au-dessus de 0°C aucun
chauffage d'appoint n'est requis. Dans les villes Européennes
il est rare que la température descend en-dessous ...
La recette?
efficacité - substitution -
sobriété
surfaces habitables et fonctions adaptés aux besoins
réels (sobriété)
excellente isolation thermique et forme compacte (efficacité)
récupération de chaleur sur l'air extrait
(efficacité)
valorisation de toutes les source de chaleur gratuites:
personnes, activités, soleil, environnement (substitution)
Sous condition d'une construction applique les thèmes
ci-dessus, un simple appoint de chaleur sans complexité
technique suffit. Une belle démonstration qu’un
autre avenir est possible.
Le Passive
igloo demonstration project
célèbre le Fram de Fridthof Nansen qui a passé
de nombreux hivers dans le Grand Nord arctique.
Le Fram de Fidthof
Nansen
en 1883 - observez l'éolienne, haute
technologie de l'époque!
Le Fram
a été conçu et construit selon les meilleures
techniques disponibles au milieu du 18ème siècle.
Aujourd'hui, le Fram est reconnu comme la première
'maison' passive. Le passive igloo veut rappeler
que le recours à des énergies conventionnelles
n'est pas une fatalité: depuis la banquise, Nansen
rapporte que le poêle du bord s'avère inutile
au point de considérer son débarquement ...
grâce à l'efficacité de l'isolation thermique.
Le
passive igloo est ... un bateau
Le voilier
reste la machine passive ultime : il combine un savoir-faire
ancestral avec les techniques de pointe et illustre de façon
exemplaire l'énorme potentiel et champ de créativité
dans l'utilisation des énergies renouvelables. La question
des besoins fondamentaux est abordé en profondeur -
et in fine un bateau est aussi un habitat.
Le Passive
igloo demonstration project
questionne la viabilité de l'autosuffisance à
l'échelle d'un habitat individuel et explore jusqu'à
quel point des solutions techniques simples permettent de
s'affranchir d'une dépendance aux énergies conventionnelles.
Les contraintes du contexte (grand froid, petite taille, autonomie)
poussent nécessairement à l’adaptation
et à l'optimisation de technologies existantes ce qui
ouvre un champ de questions utiles pour la recherche et la
définition d'applications nouvelles.
Concept
énergétique
Le concept
s'articule autour des trois axes : autonomie, efficacité
et sobriété qui seront développés
ci-dessous.
Le 'passive igloo', explications (2018)
Images: Peter Gallinelli, Kalle Schmidt, Dorothée
Adam Réalisation Dorothée
Adam
Sur le
plan technique il s’agit d’un couplage éolien-
(avec appoint solaire) chaleur novateur : l’énergie
éolienne (et solaire) transformée en courant
électrique est directement utilisée pour faire
fonctionner une pompe à chaleur qui valorise à
son tour la chaleur d’environnement en provenance de
l’eau sous la banquise. Un stock électrique et
thermique de petite taille comblent le déficit de production
durant les périodes calmes. Ce système sert
à fournir la chaleur pour le chauffage du passive
igloo.
Efficacité
La répartition
en zones thermiques clairement identifiées et cohérentes
avec leur usage respectif apporte une isolation par espaces
tampons. Toutes les fonctions n'ont pas besoin des mêmes
conditions de température.
Une excellente
isolation thermique réduit les pertes de chaleur à
néant. Ainsi, par le seul dégagement de chaleur
des occupants (métabolisme, activités), l'habitacle
reste naturellement à une température 25°C
supérieure à l'extérieur.
Le graphique montre l'évolution de la
température intérieure minimale (orange), la
température extérieure (bleu) et le rayonnement
solaire (jaune) durant une période de l'hiver au printemps.
L'air
neuf (pouvant descendre en-dessous de -30°C) bénéficie
d'un préchauffage par l'eau de mer (-2°C), avant
de passer par un échangeur. La chaleur contenue dans
l'air extrait est partiellement valorisée pour le préchauffage
de l'air frais, le solde est utilisé pour la production
d'eau potable par condensation et fonte de glace.
Pendant des périodes de grand froid,
la formation de glace peut se produire autour et dans l'échangeur
de chaleur ce qui nécessite un système de préchauffage
par l'eau de mer, une pompe à microbulles ou un dispositif
de brassage d'eau...
Substitution
Pendant
l'hivernage, le complément de chaleur requis par grand
froid est fourni par des éoliennes de petite taille
installées sur la banquise ou la terre ferme. L'énergie
produite est transformée en chaleur et stockée
dans une cuve d'eau située au centre de la zone de
vie.
L'autarcie
énergétique est presque entière. Un chauffage
d'appoint sera requis lors de longues périodes de grand
froid et/ou absence de vent. Dans cette éventualité
une solution devra être trouvée, les conditions
climatiques extrêmes ne permettant aucun faux pas.
Le graphique montre l'évolution de la
température du stock d'eau chaude (rouge), température
extérieure (bleu) et production d'électricité
par les éoliennes (bleu foncé) sur une période
de 3 ans.
Le remplacement
des résistances chauffantes du boiler par une pompe
à chaleur (PAC) permet de valoriser la chaleur d'environnement
en provenance de l'eau de mer 'chaude' (-2°C) sous la
banquise - transposé à l'habitat terrestre,
équivalant à l'eau lacustre ou la géothermie.
Si ce système ajoute un composant technique, il permet
en contrepartie de réduire par trois le nombre et la
puissance à fournir par le éoliennes:
Sobriété
Sobriété
: Si les volumes habitables peuvent paraître confortables
dans le contexte d'une croisière estivale en équipage
réduit, l'espace est très compté pour
accueillir une équipe de 3-5 personnes sur une période
de 6-8 mois; la surface habitable est d'environ 5m² par
occupant. L'utilisation optimale de l'espace devient ainsi
une priorité uncontournable.
L'espace de vie est conçu pour accueillir
un équipage de 10-12 durant l'été ou
de 3-6 pendant l'hiver. Bien que confortable, la surface habitable
est de seulement 5m² par personne ce qui nécessite
une attention particulière portée aux aménagements
pour en optimiser l'usage.
Le confort
thermique sera modulé en fonction des conditions et
la disponibilité en énergie, complémenté
par des habits techniques efficaces en période de grand
froid, car le soleil sera absent pendant plusieurs mois.
Une construction
soignée avec des techniques favorisant l'économie
de poids, donc de matière est privilégiée.
Ainsi le poids à vide s'élève à
seulement 18 tonnes, dont 5.5 tonnes de lest et autant pour
la chaudronnerie renforcée. L'habitacle proprement
sit pèse moins de 1500kg.
Plus de
95% des matières entrant dans la construction sont
facilement recyclables (aciers, alliages légers, plomb,
polystyrène, bois). Des finition et décorations
inutiles, telles que des peintures de coque, ont été
évitées.
Gestion
des déchets
Des matières
biodégradables sont traitées par une unité
de microcompostage, éventuellement séchés
et comprimés. Un tel système présente
aussi l'énorme avantage de définitivement résoudre
la question des effluents et l'ensemble des matières
biodégradables dans des situations stationnaires à
long terme.
Une unité de compostage permet de gérer
les effluents et déchets organiques. La possibilité
d'une incinération du compost obtenu est à l'étude.