12 mars 2018

Chauffer la messe ou chauffer les fesses : la réponse du Design Énergétique

Cet article est le troisième d’une série. Je vous recommande de lire au préalable les articles précédents, qui vous donneront des éléments de contexte et de méthodologie.

Alors que j’avais été invité à visiter des églises, je ne vous ai parlé dans les deux articles précédents que de locaux tertiaires presque classiques. Où sont donc les lieux de culte ? Et bien… les voici ! Une belle occasion de poser une bonne fois pour toute la question du chauffage des églises.

Des églises par milliers

Lors de cette matinée, nous avons visité deux églises. L’une, souvent utilisée, date des années 60, et est réalisée en béton. L’autre est plus classique. Datée du début du XXe siècle, elle est réalisée en maçonnerie lourde. Elle est aujourd’hui très peu utilisée, car il parait qu’on met deux jours (!) à la chauffer.Les deux bâtiments, quoique très différents, sont équipés d’aérothermes. Dans la plus grande église, c’est une vénérable chaudière qui alimente un impressionnant circuit d’air chaud. Dans la plus ancienne, une autre chaudière au fioul alimente un trèèèès long circuit hydraulique alimentant vers des aérothermes. L’intégration architecturale des appareils est… comment dire… audacieuse !

Le point frappant, en réalité, c’est à quel point deux bâtiments a priori très similaires et équipés de systèmes comparables se comportent très différemment. Mais au final, au delà de ces cas particuliers, c’est l’approche générale d’un tel bâtiment qui me semble intéressante. Ayant, dans une vie antérieure, passé pas mal de temps dans les églises (les voies de la musique sont impénétrables…), je vous propose donc de globaliser la réflexion.

Chauffer une église : un problème mal posé

Une église est un contre-exemple d’enveloppe passive

Lorsqu’on demande à quelqu’un d’imaginer « une église », il est fort probable que lui vienne à l’esprit un bâtiment du type Notre-Dame-de-Paris. Et si nous tentons d’en décrire les caractéristiques principales, nous dirons par exemple :

  • un très grand volume
  • une grande hauteur
  • une structure lourde
  • une architecture très ornée

Fondamentalement, donc, un tel bâtiment religieux est à peu près le contraire de ce qu’on recommande pour une enveloppe passive. Normal : on n’a pas construit des églises pour habiter dedans, ni pour exprimer les saints principes du label Passiv Haus. Jusqu’à récemment, il ne venait à l’idée de personne de chauffer un tel endroit.

La religion du chauffage central

Puis les moeurs ont changé, en particulier au début du XXe siècle. Je date de cette période un « glissement » dans l’approche des phénomènes thermiques. Ce glissement est lié à l’apparition du chauffage central.

Avant le chauffage central, on abordait la question du confort de manière locale et centrée sur l’individu. On chauffait certains points des locaux et c’était suffisant.

Avec l’apparition du chauffage central, la question du confort s’est doucement transformée en un problème de chauffage d’un local. Où est la différence ? Il y en a au moins deux, majeures :

  • pour penser le chauffage d’un local, il n’y a plus besoin de demander l’avis des gens. Le résultat s’exprime en « ambiance » (sa température, son humidité, etc.) pas en « plaisir ».
  • en pensant le chauffage d’un local, on oublie très facilement la dynamique de l’occupation, des phénomènes thermiques et du confort.

Confondre une piscine et une baignoire

Ce remarquable petit article montre très bien la manière de mal poser le problème. L’auteur transforme la question du « confort dans les églises » en un problème de « chauffage des églises ». Il explique fort justement que l’objectif est d’avoir du confort. Mais pourquoi en conclure qu’il faut chauffer l’église ? Le lien n’a rien d’évident.

Certains systèmes de chauffage d’église sont certes astucieux (comme celui-ci), mais ne sont que des réponses intelligentes efficaces à un problème mal posé. Une analogie peut nous aider à comprendre à quel point cela part mal. Si vous êtes adepte de natation, votre activité nécessite à peine plus d’un mètre d’eau. Il serait donc absurde de créer des bassins de nage de vingt mètres de profondeur. Et bien une église, du point de vue thermique, c’est un peu comme une piscine de vingt ou trente mètres de profondeur dans laquelle tout le monde reste en surface.

La vidéo illustre parfaitement un mode de « remplissage en chaud » rapide et efficace. Oui, on « remplit le chaud » à l’envers, d’abord en haut, puis cela descend. Vous utilisez des aérothermes ? Alors c’est un peu comme si vous « arrosiez » le public avant de remplir le bassin. L’analogie fonctionne plutôt bien, et illustre l’inutilité de ce grand volume pour l’usage humain.

A la base, donc, la simple idée de chauffer cet immense volume pour un espace utile aussi faible semble pour le moins étrange. Tirons-en une conclusion prudente. Comme cette approche semble difficile, n’y a-t-il pas moyen d’en trouver une autre ?

(NB : tout de même, je ne suis pas obsédé de thermique au point d’ignorer la raison historique, architecturale et spirituelle de ces grandes envolées. Mais la beauté de ces voutes vertigineuses n’a nullement besoin de chaleur pour agir.

La messe : un spectacle de 45 minutes

Dans l’approche « chauffage d’une église », l’étape négligée est, comme bien souvent, la description minutieuse du besoin. Car « avoir du confort » n’est pas une notion suffisante. Comme vous le savez, pour avoir lu cet article, notre confort dépend certes de l’ambiance, mais aussi de notre activité et de notre habillement. On peut néanmoins supposer que les concepteurs de chauffage pour église ont à l’esprit le niveau d’activité des fidèles.

Mais cette vision statique occulte un phénomène important dans ce cas précis : l’usage est très ponctuel. Une messe dure entre trente minutes et une heure quinze. On peut dire que le pire des cas, celui qui pourrait dimensionner l’usage serait la messe de Noël : c’est l’usage le plus long avec un climat froid.

Le changement d’approche, c’est de remplacer « offrir du confort » par « limiter l’inconfort pendant une heure ». Car la première expression invite à un dimensionnement « par le haut », la deuxième « par le bas ». Dit autrement, et dans des termes plus negaWatt : nous cherchons à être sobres.

Nous pouvons donc raisonner le service énergétique à rendre ainsi : « créer des conditions pour lesquelles l’inconfort n’est pas excessif à la fin de l’office ». Pour traduire cela en termes techniques, il nous faut encore quantifier un « inconfort pas excessif ». Quelques chiffres vont nous aider.

En pratique : design énergétique d’une messe

Laisser sa chaleur au fidèle

De manière imagée, le corps humain peut être pensé comme la combinaison d’une chaudière et d’une baignoire.

Commençons par la baignoire, une notion que j’utilise systématiquement en formation. Une des différences entre notre corps vivant et notre cadavre, c’est que le corps vivant est empli d’énergie. Il contient une certaine quantité de chaleur. Si cette quantité diminue, nous sommes en « dette thermique », et nous avons froid.

Par ailleurs, notre corps est une chaudière. Le fait de se maintenir en vie et d’avoir des activités physiques produit de la chaleur. Si cette production de chaleur est inférieure à nos pertes thermiques, c’est là aussi la dette thermique.

Un petit calcul de coin de table et deux valeurs typiques nous aideront à quantifier le problème :

  • On commence à avoir vraiment froid lorsque notre température interne chute de 1°C. Nous pouvons être prudents en ne nous autorisant que 0,5°C sur le temps de la messe.
  • La chaleur spécifique du corps humain est de l’ordre de 3500 à 4000 J/kg/K. Les fidèles peuvent être de frêles grand-mères ou de robustes rugbymen. Nous serons donc  prudents et considérerons un.e. fidèle de 50 kg.

Dire « limiter l’inconfort à la fin d’une messe d’une heure », c’est donc dire « Un.e fidèle de 50 kg ne doit pas perdre plus de 0,5°C de température interne sur le temps de la messe ».

Dimensionner les échanges

Allons un cran plus loin. La dette thermique que nous venons de quantifier représente 50*0,5*3500 = 87 500 J. Cela se passe sur une heure, soit une puissance de 87500/60/60 = 25 W. Par ailleurs, nous pouvons supposer assez faible le niveau d’activité des fidèles (sauf dans le cas d’une chorale gospel). Prenons 1,2 Met, soit en gros 80 à 100 W.

Voici notre problème proprement posé : « Soient des fidèles développant 100 W. Créer les conditions pour qu’ils ne perdent pas plus de 125 W vers l’environnement ». C’est tout de même plus précis que « garantir le confort », non ?

A partir de là, le travail peut se poursuivre en balayant les différents modes de transfert de chaleur du fidèle vers son environnement. Dans un souci d’efficacité, je me focalise vers les deux modes qui sont, a priori, très différents à l’intérieur de l’église et à l’extérieur.

Modifier les échanges par rayonnement

Bien souvent, les murs et planchers des bâtiments religieux ne sont pas doublés. Ils présentent donc des aspects de surface en pierre, en béton ou en marbre (pensons aux ex-voto). Dans un bâtiment non-chauffé, ces parois aux émissivités élevées (on trouvera ici quelques valeurs) forment une sorte de « radiateur froid ».

Avant les systèmes actifs, on peut bien sûr envisager de corriger l’emissivité des parois. C’est particulièrement avantageux lorsque seule une petite partie de l’église est utilisée. On peut alors envisager d’utiliser des tapis, des tentures, des paravents, etc. On peut aussi, lorsque le bâti le permet, avoir recours à des enduits intérieur correctifs.

http://www.zehnder.be

Du côté actif, les systèmes rayonnants sont particulièrement adaptés à ces situations. Ils cumulent, en effet, plusieurs avantages :

  • très faible inertie : nous cherchons des appareils qui fonctionnent pendant une heure
  • agissant directement sur l’usager : nous ne cherchons pas spécialement à chauffer l’ambiance, mais à limiter la dette thermique du fidèle
  • adaptés aux grandes hauteurs : le rayonnement fonctionne à grande distance, et « arrose » une zone située en dessous de l’émetteur. C’est pourquoi on les utilise souvent dans de vastes locaux comme des aérogares ou des bâtiments industriels

Certains fabricants et installateurs se sont spécialisés dans les appareils rayonnants adaptés aux lieux de culte (celui-ci, par exemple).

Remarquez sur la photo ci-dessous, un bon exemple. Cette église est équipée des classiques « candélabres rayonnants ».  Du côté positif : seules quelques travées ont été équipées. Pas besoin de surdimensionner par rapport à l’occupation. Du côté moins positif : ils ont été placés en bordure de travée. Il est probable que la zone arrosée comprend des allées et des murs : ce n’est pas très efficace.

Soigner le fessier

Connaissez-vous le point commun entre un télésiège et un banc d’église ? Ce sont deux objets qui nous sabotent la journée en nous aspirant littéralement notre contenu thermique. Ils attaquent là où nous sommes les plus faibles : nos fesses.

Je reviendrai un jour sur le cas du télésiège. Mais dans le genre traître, le banc de messe se pose bien. Car l’objet est massif, bien souvent réalisé en chêne, et bien lisse. Parmi les bois, on ne fait pas pire en matière d’effusivité, cette capacité à « aspirer la chaleur ». Vous ne savez pas ce qu’est l’effusivité ? Alors comparez la sensation que vous avez dans des toilettes en vous asseyant avec ou sans la lunette. Pour deux matériaux à même température, la différence est radicale, n’est-ce pas ?

Le chêne, avec une effusivité de 630 (unités S.I), est environ 2 fois plus « froid » que le sapin, 6 fois plus que le liège et 15 fois plus qu’un isolant standard.

Et comme les fonds de pantalon sont rarement isolés, nous passons le temps de l’office à réchauffer cette grosse masse de chêne. Comme l’objet est relativement conducteur, il évacue cette chaleur. Un petit calcul de coin de table pour fixer les idées. Si la surface de chêne sous nos fesses et d’environ 30 cm*30 cm pour une épaisseur de 2 cm, cela représente environ 1 kg de bois. Un bois avec une chaleur spécifique de 1600 J/k/kg.

Ca ne vous parle pas ? Voyons ceci : si au contact de vos fesses, la température de ce bois monte de 10°C (ambiance à 8°, vos fesses à 30°C… on n’est pas encore arrivés à l’homélie), alors le banc vous a pris 16000 J. Souvenez-vous : le « crédit » pour la messe est de 87 500 J ! A peine assis, on en a déjà consommé presque 20%. Et comme on passe un peu de temps debout pour se rassoir ensuite, on a vite fait de donner au siège une chaleur qu’on préfèrerait garder.

Les solutions ? Avant de penser aux bancs chauffants, il y a de nombreuses adaptations mobilières et comportementales. La première, massivement employée dans les temples allemands, est l’utilisation de coussins isolants. En réalité, c’est l’équivalent du mini-siège dont je vous ai déjà parlé dans cet article. Mais finalement, toute solution permettant de réduire le contact avec le siège est intéressante. Une simple rugosité de l’assise, l’utilisation d’un bois moins lourd, une surface réduite… Tout est bon à prendre !

Conclusion : élever les âmes en réchauffant les corps

Les quelques points abordés ici ne constituent évidemment pas une étude complète et définitive d’un lieu de culte. Je pense néanmoins que s’il y a deux principes fondamentaux à retenir, ce sont les suivants :

  • la réflexion dynamique sur un régime transitoire. Le thermicien classique raisonne bien souvent en régime permanent. C’est en effet comme ça qu’on apprend à dimensionner un système de chauffage. Mais cette approche est insuffisante pour de nombreux phénomènes. C’est particulièrement le cas pour la surchauffe, et pour les usages très transitoires comme une messe. Dans de tels cas, la bonne question à se poser prend souvent la forme « combien de temps faut-il tenir ? ». Après la messe, on peut toujours aller se réchauffer au café du village.
  • la réflexion centrée sur l’usager. Le thermicien classique raisonne sur un volume à chauffer, pas sur la volupté ou le confort à créer chez l’usager. Cet exemple de l’église montre que cet oubli peut coûter très cher. Cela peut coûter une installation lourde et gourmande en énergie. Et ce n’est pas parce qu’elle est grosse et coûteuse qu’elle rend le service.

Je ne sais pas, aujourd’hui, ce que décidera le conseil paroissial qui a fait appel à moi pour visiter ces églises. Ce que je sais en revanche déjà, c’est qu’ils ont oublié pour l’instant l’idée d’isoler leurs églises ou de changer les chaudières. Peut-être, une fois les grands gisements organisationnels épuisés, cela reviendra à l’ordre du jour. Peut-être se contenteront-ils de solutions légères et proches de l’usage. Ce qui est certain, c’est qu’entre temps, ils auront économisé beaucoup de leur énergie et d’argent. Ce n’est déjà pas si mal.

Pour ma part, je trouve extrêmement satisfaisant de constater que pour aider à l’élévation spirituelle (élan difficile quand on grelote), une piste prometteuse se situe au niveau fondement des fidèles. Contribuer à l’élévation des âmes en préservant les fesses du froid, quelle application plus noble pourrais-je trouver au Design Énergétique ? Décidément, j’adore ce métier.

PS : Vous gérez vous aussi des bâtiments qui vous posent des soucis énergétiques ? Prenons contact : ils peuvent faire l’objet d’une publication et/ou d’un accompagnement dans des conditions adaptables.

pascal

Pascal est designer énergétique depuis plus de 15 ans, avec des expériences variées dans les domaines du bâtiment, des vêtements et équipements. Il est également musicien et écrivain, et habite en Savoie (France).

Click Here to Leave a Comment Below

Leave a Reply: