La recherche d'un abri à l'intérieur de la terre est certainement la forme la plus ancienne de l'habitat humain.
Des déserts arides aux régions polaires, les grottes offrent un refuge contre les radiations solaires, les vents, les orages et les variations climatiques. Les communautés troglodytiques se sont particulièrement développées dans les zones de climat continental froid (Chine méridionale), dans les régions semi-arides (plateaux du sud-ouest des États-Unis et du Mexique), et surtout dans les pays méditerranéens. Que ce soit dans les environs de Matmata en Tunisie ou de Marrakech au Maroc, en amont d'Assouan en Égypte, dans les falaises d'Urgüp en Turquie, dans la Basilicata en Italie, en Aragon en Espagne ou dans le sud de la France, c'est autour du bassin méditerranéen que l'on trouve la plus forte concentrations de troglodytes.
Si les hommes ont choisi ce mode d'habitat pour des raisons d'ordre culturel, stratégique ou technique (absence de bois), les communautés troglodytiques ne se sont maintenues que dans les pays où cette architecture répondait aux contraintes du climat. L’habitat enterré n’est pas uniquement le fait des opportunités d’un site. En effet, s’il s’est développé le plus souvent sur des parois abruptes et ensoleillées, dans bien d’autres cas le site ne se prêtait pas particulièrement à de tels aménagements: les hommes ont choisi de creuser des “cours de service”.

Le principal intérêt que présente un bâtiment à hyperinertie, c’est bien évidemment sa faible demande énergétique due à la réduction des échanges thermiques entre l’extérieur et l’intérieur.
Les pertes et les gains de chaleur dépendent essentiellement de 2 facteurs: la transmission de chaleur à travers l’enveloppe, la charge de ventilation nécessaire.
Dans les habitations conventionnelles, la charge de ventilation correspond aux infiltrations de l’air par les portes, les fenêtres, etc. Les transmissions dépendent du flux de chaleur à travers l’enveloppe, qui est lié à l’isolation et à la différence de température entre l’intérieur et l’extérieur de la structure.
Un habitat enterré ne répond pas aux mêmes conditions: sous terre les températures sont beaucoup plus stables et les infiltrations d’air sont réduites.
Une localisation souterraine permet donc:
- de différer et d’amortir les variations climatiques saisonnières
- de modérer les variations climatiques journalières
- de bénéficier de l’effet de masse thermique de la terre environnante (régulation des températures intérieures et récupération des chaleurs gratuites)
- d’éliminer les pertes dues à l’effet de léchage du vent
- de diminuer les infiltrations indésirables de l’air.
En contrepartie, deux types de problèmes peuvent se présenter:
- la ventilation naturelle peut être insuffisante sans dispositions particulières
- il y a risque de condensation de l’humidité de l’air sur les murs intérieurs (température du mur inférieure au point de rosée de la température de l’air).




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LA TEMPERATURE DU SOUS-SOL
Pour comprendre l’effet de l’ hyperinertie due au sous-sol, il nous faut étudier de quelle façon s’établissent les températures dans les couches de la terre.
Le sol est soumis à deux types de variations climatiques: les variations journalières et les variations saisonnières.
Les variations journalières de la température de l’air sont quasiment négligeables.
L’Underground Space Center de Minneapolis, qui a consacré de nombreuses recherches aux bâtiments semi-enterrés, a publié une étude qui démontre que les variations journalières sont éliminées à de faibles profondeurs.
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Le graphique présente des températures relevées
les 8 et 9 janvier 1978 à Minneapolis.
Dans l’atmosphère, les températures minimales de l’air sont de
–10°C le 8 janvier, et de –6°C le 9. Pour ces mêmes journées,
les températures maximales sont respectivement
de –2°C et +6°C.
Si les variations de la température de l’air sont importantes (16°C), en revanche dans le sol la température reste constante à 20 cm de profondeur autour de 0°C. À cette profondeur, les variations climatiques journalières n’ont plus d’influence sur la température du sol.

La température du sol ne dépend que des variations climatiques annuelles.
Sur une année, la température de l’air peut sensiblement se transcrire sous une forme sinusoïdale.
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Le graphique représente les variations de température dans le Vaucluse.
La courbe bleue correspond à la température moyenne de l’air.
Sont également indiquées partiellement les courbes des températures minimales et maximales de l’air pour les mois les plus froids et pour les mois les plus chauds.
Les autres courbes indiquent les températures dans le sol calculées à différentes profondeurs.
On constate que l’amplitude des fluctuations décroît avec la profondeur. À 6 ou 7 mètres sous terre, la température se stabilise autour de la moyenne annuelle des températures de l’air, à 15 ou 16°C.
À des profondeurs moins importantes, on remarque un déphasage des minima et des maxima. Ce déphasage s’accroit avec la profondeur.
En juillet, à 2 mètres de profondeur, la température du sol est de 16 / 17°C, alors que les températures maximales de l’air sont de 30°C.
On conçoit ainsi aisément le rôle de climatisation naturelle de la terre.
Chacun a d’ailleurs pu en faire physiquement l’expérience en visitant une grotte en période estivale. 		À des profondeurs moins importantes, on retrouve le même phénomène d’amortissement et de déphasage des températures, mais de manière moins sensible.
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Le graphique présente les températures relevées à Marignane en 1976, à 50 cm de profondeur.
On retrouve en bleu les courbes de température de l’air moyenne, minimale et maximale.
Les températures du sol ont été relevées à une profondeur de 50 cm, ce qui représente l’épaisseur des toitures jardins traditionnelles.
On constate un décalage des températures d’un mois environ à 50 cm avec un amortissement important.
Ainsi en juillet, alors que la température extérieure atteint 27°C, la température du sol ne dépasse pas les 22/23°C. L’écart de température de 4/5°C représente en effet un rafraîchissement non négligeable.
Inversement, en hiver, on note une température minimale extérieure de 3°C alors que la température du sol ne descend pas au-dessous de 7°C.

L’INFLUENCE DU BATIMENT SUR SON ENVIRONNEMENT THERMIQUE

Les graphiques précédents analysent les températures du sol dans des conditions naturelles.
Dans le cas d’un bâtiment semi-enterré, le bâtiment lui-même a une influence sur les couches de terre environnantes.
Dans le cas d’un bâtiment en surface, les calories qui s’échappent du local sont immédiatement dissipées dans l’atmosphère.
En revanche, avec un bâtiment semi-enterré, les calories migrent dans les couches de terre et élèvent leur température. Petit à petit, il va se créer un réservoir de chaleur autour du logement qui va s’opposer à toute variation climatique brutale.

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THESE F.C. HABITAT ENTERRE. Pertes de chaleur.


THESE F.C. HABITAT ENTERRE. Lignes des flux de chaleur.




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LE ROLE DE LA VEGETATION
DANS LE CONFORT THERMIQUE

Le graphique représente des mesures de température réalisées par M. De Villèle de l’INRA de Montfavet sous un sol nu et sous un sol gazonné à 50 cm et à 1 mètre de profondeur.
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ATELIER “CONFORT D’ÉTÉ”. Influence de la végétation sur la température du sol.

On constate
- que l’influence de la végétation décroît avec la profondeur.
- que cette influence est plus importante en été qu’en hiver.
Au mois de juillet, à 50 cm, la température sous un sol gazonné est de 21°C alors qu’elle atteint 24°C sous un sol nu. Cela représente 3°C d’écart, ce qui est très important en termes de confort.
À ces données brutes, il faut ajouter que l’utilisation même de la terrasse va également améliorer le confort d’été, par l’arrosage et l’effet d’ombrage des arbres ou arbustes.
L’arrosage du jardin va provoquer une évaporation qui va dissiper les calories emmagasinées dans le sol.
Les essences plantées auront également une influence plus ou moins grande, selon la taille des végétaux et leur capacité d’ombrage et d’évapotranspiration.		 L’ISOLATION DES MURS

Des calculs de l’Underground Space Center, pour comparer différentes configurations d’isolation sur les murs, ont été réalisés pour une maison de 14m x 2,50m et n’incluent pas les effets des percements.
Quatre cas d’isolation ont été testés:

Les murs A et B



Le mur A, entièrement isolé, permet effectivement de limiter les pertes hivernales, mais l’habitation totalement isolée du sol ne bénéficie plus des avantages que procure la masse thermique environnante.
Le mur B n’est isolé que dans la partie supérieure. la zone isolée correspond aux couches de sol dont les températures varient encore avec les fluctuations climatiques. La partie inférieure du mur est soumise à un environnement plus modéré et n’est pas isolée.
Le mur C

Pour le mur C, l’isolation a été étendue au-delà du mur avec une retombée verticale parallèle au mur. Ce schéma demande un surplus d’isolation, mais permet une augmentation économique de la masse thermique du bâtiment dans la zone critique. 20 cm de terre entre le mur et l’isolant permettent une économie de 5% pendant l’hiver et une amélioration du rafraîchissement d’été de 9% par rapport au mur B. En fait, le sol contenu entre le mur et l’isolation tend à se rapprocher de la température opérante du bâtiment, et contribue à maintenir ce niveau par sa masse thermique.










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