Pourquoi une pièce orientée au sud devient-elle trop chaude en été ?
Une pièce orientée au sud devient rarement chaude à cause de la seule fenêtre sud — c'est un vélux, une fenêtre à l'ouest, l'absence de protection extérieure et une journée d'été de 16 heures qui font le travail.
Réponse courte : une fenêtre verticale plein sud laisse en réalité entrer moins d’énergie solaire en été qu’en hiver, car le soleil d’été, haut dans le ciel, ne fait qu’effleurer le vitrage sous un angle rasant. Si une pièce orientée au sud devient tout de même trop chaude, la cause se trouve en général ailleurs dans la même pièce : un vélux ou une fenêtre de toit en pente, qui reçoit plus de trois fois plus de soleil en juin qu’en décembre ; des fenêtres orientées à l’ouest, où le soleil bas du soir entre profondément dans la pièce ; des rideaux intérieurs plutôt qu’une protection extérieure ; et le fait que la journée, aux latitudes de la France, dépasse déjà 15 à 16 heures en juin.
La partie surprenante : la fenêtre sud n’est pas la principale coupable
Cela paraît faux, mais c’est calculable : une fenêtre verticale orientée au sud reçoit plus d’énergie solaire directe en hiver qu’en été. La raison tient à l’angle sous lequel le soleil frappe le verre.
Une fenêtre verticale plein sud fait face à l’horizon à angle droit. Quand le soleil est au sud, l’angle entre le rayon et la vitre est déterminé par la hauteur du soleil, et la part du rayonnement qui frappe le verre suit le cosinus de cette hauteur.
- Solstice d’été, soleil à environ 64° de hauteur (Paris) : cos(64,5°) = 0,43
- Équinoxe, soleil à environ 41° de hauteur : cos(41,1°) = 0,75
- Solstice d’hiver, soleil à environ 18° de hauteur : cos(17,7°) = 0,95
Au milieu d’une claire journée d’hiver, le soleil frappe donc la fenêtre sud presque perpendiculairement, tandis que le soleil d’été ne fait que l’effleurer. La fenêtre sud est la mieux comportée de toutes les orientations face à la chaleur estivale — et en même temps la seule qui apporte quelque chose en décembre.
Donc, quand une pièce orientée au sud devient insupportable en juillet, cela vaut la peine de regarder ce qu’il y a d’autre dans la pièce.
Coupable n°1 : vélux et fenêtres de toit en pente
Une fenêtre horizontale ou presque horizontale fait face vers le haut, donc vers la partie du ciel où se tient le soleil d’été. Ici, la part du rayonnement suit le sinus de la hauteur du soleil — exactement l’inverse de la vitre verticale :
- Solstice d’été, soleil à 64,5° de hauteur : sin(64,5°) = 0,90
- Solstice d’hiver, soleil à 17,7° de hauteur : sin(17,7°) = 0,30
Un vélux reçoit autrement dit près de trois fois plus de soleil direct par mètre carré de vitrage en milieu de journée en juin qu’en décembre. C’est exactement l’inverse de ce qu’on souhaiterait. C’est pourquoi une pièce sous combles avec des fenêtres de toit est en général la pièce la plus chaude de la maison en été, et la plus froide en hiver — quelle que soit par ailleurs son orientation.
Une fenêtre de toit en pente se situe entre ces deux extrêmes, selon la pente du toit. Plus le toit est plat, plus la fenêtre se comporte comme un vélux.
Coupable n°2 : des fenêtres à l’ouest dans la même pièce
Beaucoup de pièces dites orientées au sud ont aussi une fenêtre à l’ouest — dans le pignon, dans un angle, dans une porte donnant sur la terrasse. C’est la fenêtre ouest qui apporte la chaleur de l’après-midi.
En été, le soleil se couche vers le nord-ouest plutôt que plein ouest, et il reste bas pendant des heures avant cela. Un soleil bas à l’ouest éclaire profondément la pièce — jusqu’au mur du fond plutôt que sur le sol près de la vitre — et il frappe la fenêtre verticale orientée à l’ouest presque perpendiculairement, exactement comme le calcul du cosinus ci-dessus le prédit pour les faibles hauteurs solaires. À cela s’ajoute que le bâtiment a déjà accumulé de la chaleur toute la journée quand le soleil de l’ouest s’installe.
Un débord de toit n’aide pratiquement pas face à l’ouest. Les débords fonctionnent contre un soleil haut, et le soleil de l’ouest est par définition bas quand il entre.
Coupable n°3 : le rideau est du mauvais côté du verre
Rideaux intérieurs, stores et volets intérieurs arrêtent la lumière, mais ils arrêtent mal la chaleur. Le rayonnement solaire a déjà traversé la vitre et pénétré dans la pièce quand il atteint le rideau ; le rideau chauffe et restitue cette chaleur à l’air de la pièce. On obtient de l’ombre, mais on garde une grande partie de la chaleur.
Une protection extérieure — brise-soleil, store banne, volets extérieurs, persiennes, une pergola ou un arbre à feuilles caduques — arrête le rayonnement avant qu’il ne traverse le verre, et la chaleur qui en résulte reste dehors. La différence entre intérieur et extérieur n’est pas un détail ; c’est la décision la plus importante pour le confort d’été dans une pièce ensoleillée.
Un arbre à feuilles caduques au sud ou à l’ouest est la seule protection qui se règle d’elle-même selon la saison : feuillage complet en juillet, branches nues en janvier, quand on souhaite justement laisser entrer le soleil.
Coupable n°4 : la journée d’été dure 15 à 16 heures
Même si chaque heure était plus douce en été, il y en a davantage. La durée du jour se calcule par cos(angle horaire) = −tan(latitude) × tan(déclinaison). Pour Paris au solstice d’été : tan(48,9°) = 1,146, tan(23,4°) = 0,433, le produit avec son signe donne cos(angle horaire) = −0,496, soit un angle horaire de 119,7° et une journée de 2 × 119,7 ÷ 15 = 16,0 heures. Plus au nord, à Lille (50,6°N), la journée dépasse même 16,3 heures ; plus au sud, à Marseille (43,3°N), elle reste autour de 15,1 heures.
Une journée de 16 heures signifie que la maison n’a pas le temps de se refroidir la nuit pendant une période chaude. Les nuits sont courtes et souvent douces, et si les fenêtres restent fermées, la pièce démarre le lendemain matin plus chaude qu’elle n’a fini la veille. Après trois ou quatre journées chaudes d’affilée, c’est la chaleur accumulée, et non le soleil du jour, qui donne les 27 degrés dans la chambre.
Ce qui fonctionne réellement — dans l’ordre
- Protégez de l’extérieur, pas de l’intérieur. Brise-soleil ou store banne sur la fenêtre qui pose problème — en général le vélux ou la fenêtre ouest, pas la fenêtre sud.
- Donnez un débord à la fenêtre sud. La profondeur se calcule : débord = hauteur de fenêtre ÷ tan(hauteur du soleil). Pour une fenêtre de 1,5 mètre de haut et un soleil d’été à 64,5°, cela donne 1,5 ÷ 2,10 = 0,72 mètre. Ce même débord n’ombrage que les 23 premiers centimètres du haut de la vitre en décembre, où le soleil est à 17,7° — le soleil d’hiver entre donc toujours largement.
- Aérez la nuit. Ouvrez deux fenêtres opposées pour créer un courant d’air pendant les heures fraîches entre minuit et 6 heures. Les surfaces lourdes — béton, brique, carrelage, maçonnerie — peuvent stocker cette fraîcheur et faire baisser la température l’après-midi suivant.
- Gardez les fenêtres fermées le jour quand il fait plus chaud dehors que dedans. Des fenêtres ouvertes en pleine chaleur de midi font entrer la chaleur, pas sortir.
- Changez l’usage de la pièce plutôt que de lutter contre la physique. Une pièce sous combles avec vélux est un excellent bureau en hiver et une mauvaise chambre en juillet. Certaines pièces se résolvent mieux en changeant leur usage.
- Envisagez un vitrage à contrôle solaire lors d’un remplacement. Les vitrages existent avec différents facteurs solaires (valeur g). Faible valeur g à l’ouest et en toiture, valeur g plus élevée au sud, où le soleil d’hiver est un atout.
Comment trouver quelle fenêtre est en cause
La méthode consiste à parcourir les pièces une à une et à noter quatre choses pour chaque fenêtre : son orientation, si elle est verticale ou en pente, sa surface vitrée en mètres carrés, et ce qui l’ombrage éventuellement de l’extérieur. Une fenêtre en pente de 1,2 m² peut très bien apporter plus de chaleur estivale qu’une fenêtre sud verticale de 3 m².
Avec un plan à l’échelle et une orientation nord correcte, la question trouve une réponse sans avoir à deviner. Dans HouseSense, le logement se place sur la carte pour que l’orientation nord soit exacte, et le modèle 3D montre ensuite l’ensoleillement réellement calculé pour une date et une heure choisies — par exemple 17 heures le 21 juin, où l’on découvre en général que c’est la fenêtre ouest, et non la fenêtre sud, qui a apporté la chaleur dans la pièce.