Maison
Passive
Le concept de maison passive représente la promesse de réduire la consommation d'énergie des constructions de près de 90%. Une récente étude tant à démontrer que les constructions sont responsables de 48% des émissions de gaz à effet de serre.
Aux Etats-Unis, 76% des productions d'électricité annuelle servent à fournir les constructions à usage d'habitation et professionnel.
La question s'est alors posée : Comment ajuster au mieux nos besoins énergétiques pour une habitation avec ceux de notre environnement ?
Une maison passive est un bâtiment très bien isolé et pratiquement hermétique qui est principalement chauffé par énergie passive (solaire) et par des énergies internes. L'appareillage électrique, les déperditions d'énergie etc... sont réduites au minimum.
Toute demande restante de la chaleur est fournie par une source extrêmement petite.
Une
maison passive
respecte la notion d'éco-construction. L'habitat passif
désigne un bâtiment dont la consommation
énergétique au m² est très
basse, voire entièrement compensée par les
apports externes (solaires, sols,...) ou par les calories
émises par les apports internes (matériel
électrique, habitants,...).
Pour être qualifiée de « passive
» une maison doit réduire d'environ 80% ses
dépenses d'énergie de chauffage par rapport
à une maison neuve construite selon les normes allemandes
d'isolation thermique de 1995, normes déjà
très exigeantes.
Le programme CEPHEUS (Cost Efficient Passive Houses as EUropean
Standards) a contribué à développer le
concept de bâtiment passif.
Dans ce cadre, l’Europe a financé des
réalisations faites dans 5 pays : en Allemagne, en Autriche,
en France, en Suisse et en Suède. Chaque pays participant
devait démontrer la faisabilité technique et la
rentabilité du projet et permettre la
reproductibilité de ce type de construction.
La Maison
Passive : Un vrai concept
Les principes de bases (murs passifs et utilisation du solaire)
remontent à l’antiquité mais ils
bénéficient de savoirs et de matériaux
nouveaux.
Il existait déjà depuis le milieu des
années 1970 des bâtiments économes en
énergie (low-energy house).
Le concept de construction passive a été
développé à partir des
expériences des années 1970.
Une norme allemande (Niedrigenergiehaus), ainsi que des normes
suédoises ou danoises très exigeantes et
adaptées aux pays froids.
La construction passive est alors devenue un standard de
qualité dans plusieurs pays (Allemagne, Suisse et pays
nordiques notamment).
Une massive passive est un système complet. Le « passif » décrit bien la réceptivité de ce système et la capacité fondamentales de conservation. Travaillant avec les ressources naturelles, l'énergie solaire (libre) est capturée et utilisée efficacement.
Aujourd'hui, dans le secteur du bâtiment, beaucoup s'applique sur ce concept dès la conception de la construction. Au cours des 10 dernières années plus de 15.000 bâtiments en Europe - des résidences simples et multifamiliales, aux écoles, aux usines et aux immeubles de bureaux - ont été conçus et construits ou transformés à la "norme passive". Même les administrations ont adopté des normes de "maisons passives".
Un premier label a été formalisé en
1988 par le Pr Bo Adamson de l’université de Lund,
(Suède) et Wolfgang Feist (Institut für Wohnen und
Umwelt / Institute for Housing and the Environment). Il a aussi
été développé
grâce aux aides du Land allemand de Hessen avec une
premières rangée de 4 maisons (à
terrasses) construites pour des familles, par les Professeurs et
architectes Bott, Ridder et Westermeyer. Le concept a
été validé à Darmstadt,
avec une économie de chauffage de 90% par rapport aux
standards de l’époque.
Puis un groupe de travail a été
créé en 1996 pour développer
techniquement et économiquement le concept en planifiant la
production de matériaux, labels ou certification pour les
fenêtres, ainsi que pour des systèmes de
ventilation à hautes performances. Des maisons passives ont
été construites à Stuttgart (1993),
Naumberg, Wiesbaden, et Cologne (1997) et la filière
s’est développée avec le soutien de
l’ union européenne via le programme CEPHEUS qui a
validé le concept dans 5 pays européens l'hiver
2000 - 2001. Quelques procédés ont
été inventés pour la construction
passive (ex. : briques creuses collées de type Monomur). Des
normes et labels ont été spécialement
créés, d’autres sont de simples
améliorations de techniques et technologies existantes
(surisolation par exemple).
En France, Les performances de ce standard devraient, suite au Grenelle
de l'environnement, s’inscrire dans la future
réglementation thermique RT2020, mais le label officiel
Haute performance énergétique (HPE), devenu Haute
qualité environnementale (HQE) s'en est inspiré,
sans être aussi exigeant, en accordant toutefois plus
d'importance au bilan écologique des matériaux
utilisés.
Le stade suivant est celui de la maison positive en énergie,
à l'exemple de celle de Karawitz Architecture
dessinée par Milena Karanesheva et Mischa Witzmann, et
construite à Bessancourt (l'une des deux maisons
à énergie positive certifiées (en
octobre 2009) en France selon les critères du label
européen du «Passiv Haus Institut» ;
cette maison de 161 m2, ayant coûté 1.800 euros
HT/m2 dispose de 25 m2 de panneaux photovoltaïques produisant
4.485 kwh/an d’énergie positive,
évitant l'émission de 1.887 kg/an de
CO2»).
Définition de la « maison passive
»
Tandis que quelques techniques et technologies étaient spécifiquement développées pour la norme de maison passive, d'autres étaient déjà éxistante, et le concept de l'utilisation d'énergie solaire passive remontent à l'antiquité.
La norme de Passive pour l'Europe centrale exige que le bâtiment remplisse certaines conditions.
Ces normes sont beaucoup plus hautes que pour des constructions "classiques".
En réalisant une construction aux normes de de la maison passive, les bâtiments qualifiés peuvent se passer des systèmes de chauffage conventionnels.
Le standard de
maison
passive vise essentiellement à
réduire les consommations (pour partie inutiles) de nos
maisons. Pour qualifier ce qui sera décrit ci-dessous,
« 3 critères » définissant
une
maison
passive ont été établis
comme suit :
1. Besoins en énergie de chauffage
< 15 kWh/(m2.an).
2. étanchéité
à l'air : test de la porte (blower door). n50 < 0,6
h-1.
3. Consommation totale d'énergie de la
maison < 120 kWh/(m2.an) d'énergie primaire. Le
besoin en énergie finale ne doit pas dépasser 50
kWh/m²/an...
Comme on le voit, le concept de «
maison passive
» correspond à une habitation à
très basse consommation énergétique.
Les critères énergétiques
énoncés ci-dessus n'ont de sens que si les
méthode de comptabilisation de l'énergie et de la
surface sont clairement précisées.
En matière de surface, c'est la TFA (Treated Floor Area) qui
est considérée. Cette surface correspond
à la surface intérieure nette du
bâtiment. Elle a été définie
spécialement pour permettre la comparaison de
bâtiment issus de différents pays dans le cadre du
projet CEPHEUS. Sa définition se trouve dans le rapport
technique final du projet CEPHEUS.
Principes de la « maison passive
»
La conception d'un habitat passif se base sur six grands principes :
1. Isolation thermique renforcée,
fenêtres de grande qualité
2. Suppression des ponts thermiques
3. Excellente
étanchéité à l'air
4. Ventilation double flux (avec
récupération de chaleur)
5. Captation optimale, mais passive de
l'énergie solaire et des calories du sol
6. Limitation des consommations
d'énergie des appareils ménagers
Principe
1 de la maison
passive
: L'isolation thermique
Principe de la
maison
passive, ici avec puits canadien.
L'isolation thermique est le principe de base de la maison passive.
Elle doit être hautement performante et appliquée
sur toute l'enveloppe extérieure du bâtiment, sans
interruption ni brèche afin de limiter les ponts thermiques.
La construction doit être assez compacte afin de limiter sa
surface extérieure. Toutes les parties opaques du
bâtiment sont à isoler de façon
optimale. En principe pour le climat européen central, leur
coefficient de transfert thermique U ne doit pas excéder
0,15 W/m²K mais il est recommandé actuellement que
cette valeur atteigne les 0,10 W/m²K. Pour comparaison, la
RT2005 (Réglementation Thermique française)
impose un maximum de 0,45 W/m²K et une valeur
référence de 0,36 W/m²K pour les murs en
contact avec l’extérieur. Les
caractéristiques des fenêtres sont aussi
très importantes (il est inutile de réaliser une
isolation performante des parties opaques si tout est
gaspillé par les parties transparentes…). En
effet, le coefficient de transmission U ne doit pas dépasser
0,8 W/m²K ce qui est très inférieur
à la référence RT2005 qui est de 1,8
W/m²K avec une valeur limite de 2,6 W/m²K. Compte
tenu de ces caractéristiques, le triple vitrage est souvent
utilisé. Plus que le vitrage en lui-même, c'est
l'ensemble de la fenêtre qui doit être
cohérent. Il faut notamment veiller à ce que son
installation dans le bâti soit réalisé
« maison passive » (ce n'est pas la peine de
d'installer un vitrage coûteux si toute l'énergie
file entre le bâti et la fenêtre). Pour le climat
français, un peu plus doux que celui de l'Allemagne, il est
possible de réduire la valeur de U (mur, toiture, sol,
fenêtre) et de l'optimiser grâce à des
calculs effectués avec le tableur PHPP (Passivhaus Planning
Package) fourni par le Passivhaus Institut.
Principe
2 de la maison passive : La suppression des ponts thermiques
À partir du moment où le bâtiment est
très sérieusement isolé, les ponts
thermiques, c’est-à-dire les endroits
où la chaleur s’échappe plus vite
qu’à d’autres, doivent être
limités au maximum. Ceux-ci sont
généralement dus à
l’assemblage des éléments porteurs de
l’édifice ou aux balcons : la chaleur est
transmise par conduction et dissipée à
l'extérieur (même principe – mais nocif
ici – que les ailettes de refroidissement). Dans la maison
passive, il s’agit de réduire ces zones de
manière drastique. En effet, au niveau d'isolation
nécessité par le concept de maison passive, les
éventuels ponts thermiques prennent une part excessive dans
les déperditions de chaleur.
Principe
3 de la maison passive : L'étanchéité
à l'air
Les déperditions par une mauvaise
étanchéité à l'air peuvent
être très préjudiciables au rendement
énergétique. La continuité de
l'étanchéité à l'air doit
être soigneusement étudiée
dès le stade de la conception, en portant une attention
particulière aux liaisons entre les
éléments, aux encadrements de baies et aux
pénétrations (conduits de cheminée,
canalisations,…), aux qualités des isolants, etc.
Pour vérifier la bonne
étanchéité du bâtiment, on
effectue après la construction un test
d'infiltrométrie.
Principe
4 de la maison passive : La ventilation
Limiter les déperditions thermiques sous-entend de s'isoler
complètement de l'extérieur. Un
système de ventilation à double-flux avec
récupération de chaleur installé dans
la maison passive permet de gérer les flux d'air dans le
bâtiment et de chauffer ou rafraichir l'air
intérieur. L’utilisation d’un
échangeur thermique air/sol (puits canadien ou
provençal ou circuit eau) permet de préchauffer
l’air en hiver et de le rafraichir en
été, avant qu’il n’entre dans
le bâtiment. En intersaison, la température de
confort se situant entre 18 et 22 °C, le système
sera court-circuité. En outre, une bonne ventilation permet
de limiter le contact avec les produits toxiques
générés dans l'habitat et ainsi de
mieux préserver sa santé. Les échanges
d'air recommandés sont 0,3 ACH (changements d'air par
heure), au-delà l'air est trop sec en hiver. Le bas niveau
de renouvellement implique une qualité des finitions qui
minimise l'exposition aux COV, formaldehydes, etc.
Principe
5 de la maison passive : Le solaire passif
La thermographie montre dans l'infra-rouge que la construction passive
(à droite) perd beaucoup moins de calories (couleurs
chaudes) qu'une construction classique (au fond).
En plus de l'échangeur thermique, (au centre), une micro
pompe à chaleur extrait des calories de l'air et de l'eau
sortant pour les réinjecter dans l'air ou l'eau de la
maison. Le contrôle de la température
intérieure par la ventilation est le fondement des
systèmes passifs.
Pour valoriser le potentiel fourni par le soleil en hiver, au printemps
et en automne, il est nécessaire de capter sa chaleur, la
stocker et la restituer. L'énergie solaire est
captée par les parties vitrées de la maison. Ces
vitrages isolants sont dimensionnés selon l'orientation du
bâtiment : 40 à 60% de surface vitrée
sur la façade sud, 10 à 15% au nord, et moins de
20% sur les façades est et ouest. L'énergie
solaire, qui pénètre via les fenêtres,
est stockée à l'intérieur par des
matériaux à forte inertie. La chaleur
accumulée dans le bâtiment doit être
restituée dans la pièce par convection et
rayonnement, avec un étalement dans le temps. Afin
d'éviter l'inconfort occasionné par les
surchauffes en été, l'ensoleillement direct des
façades est à maîtriser grâce
à des protections solaires constructives (auvent,
pare-soleil, persienne,…) et à des vitrages avec
un facteur solaire suffisamment faible pour limiter les apports
énergétiques. Ces mesures constructives peuvent
être complétées par des stores et une
protection végétale.
Principe
6 de la maison passive : Des appareils ménagers
économes
Pour ne pas dépenser inutilement ce qui a
été gagné par ailleurs, le concept de
maison passive fixe une valeur maximale de consommation
énergétique globale en termes
d'énergie primaire consommée (ce qui permet
à tout un chacun de réfléchir aux
énormes déperditions d'énergie
causées par l'utilisation des énergies
fossiles…) qui nécessite
généralement l'utilisation d'appareils faibles
consommateurs d'énergie. Si l'on utilise
l'électricité par exemple, les 120 kWh/(m2.an)
d'énergie primaire correspondent donc à 120 /
2,58 (le coefficient de rapport énergie
primaire/énergie finale que l'on connait bien avec le DPE)
soit donc un maximum de 46 kWh/(m2.an) de consommation totale de la
maison. Comme le chauffage en prend déjà 15
kWh/(m2.an), on se rend compte qu'il reste bien peu pour se conformer
au concept de maison passive. Donc l'utilisation d'appareils
énergétiquement efficaces devient un
impératif, ce qui apporte en outre l'avantage de ne pas
constituer un système de chauffage parallèle.
Coût d'une « maison passive »
En Allemagne il est maintenant possible de construire des bâtiments "passif" pour le même coût que ceux construits aux normes "classiques". En moyenne, cependant, les maisons passives sont toujours plus cher d'environ entre 7 et 15% que les bâtiments conventionnels (en théorie selon des constructeurs avec des
matériaux non sains. L'ordre est plutôt au minimum
20% avec une démarche environnementale logique, et en
France).
Selon les cas, l'investisseur rentre dans ses frais entre une dizaine et une vingtaine d'années grâce aux économies d'énergie réalisées.
Freins à la construction d'une « maison
passive »
Un des freins identifiés est le manque d'artisans
qualifiés, d'architectes formés à ces
standards et la hausse des coûts
entraînée par une demande qui dépasse
l'offre. Pour diminuer la consommation
énergétique des bâtiments de 22% d'ici
à 2010 en Europe, une Directive pour la performance
énergétique des bâtiments (EPBD) est en
cours de transposition en 2007 dans les droits nationaux, elle pourrait
éventuellement encourager la formation.
Mais les 1res Assises françaises de la construction passive,
en 2007 visent à encourager :
* la construction au standard passif (ce
qui implique de mieux former les architectes, artisans, les
élus et maîtres d'ouvrages, etc.) ;
* l'utilisation de bois
régional pour le développement local et la
diminution de l'empreinte écologique ;
* le soutien aux filières de
production de la construction passive, pour répondre aux
attentes du marché.
Les enjeux da la construction d'une « maison
passive »
Le secteur du bâtiment est en Europe le premier consommateur
d'énergie primaire (40% de l'énergie totale
consommée) devant les transports (30%) et l'industrie (30%).
Il est responsable de plus de 20% des émissions totales de
CO2. Les économies d’énergie sont un
enjeu économique et écologique majeur pour ce
secteur. Les maisons passives et/ou «
énergiquement positives » qui existent par
milliers en Allemagne et Suisse montrent que les solutions techniques
existent. Reste à les généraliser pour
tenir l'objectif du facteur 4, ou du facteur 9 (diviser par 9 les
consommation pour un service équivalent). Alors que le prix
du pétrole et de l’énergie devraient
inéluctablement augmenter (cf. manque de pétrole.
Une Directive européenne sur la performance
énergétique des bâtiments vise
à réduire leur consommation
énergétique de 22% d'ici 2010.
Critiques
Les principales critiques faites aux standards passifs, sont qu'ils
véhiculent une image de haute-qualité, sans
imposer de qualité écologique ni sociale ou en
termes de commerce éthique quant aux matériaux
utilisés (toxicité, provenance) ou à
la main d'œuvre et à la santé et
sécurité au travail (cf. salaire des ouvriers,
etc.). Ce standard est d'ailleurs parfois confondu avec ceux du HQE,
qui sont plus larges (14, voire 15 cibles) mais sans commune mesure de
performance au niveau énergétique.
Les formes architecturales sont moins complexes, et souvent
jugées architecturalement plus pauvres. Ceci
résulte de la volonté d'avoir un
bâtiment compact.
En raison du faible nombre de fenêtres ouvrantes de certaines
constructions, les claustrophobes peuvent se sentir enfermés
dans ces maisons (par ailleurs très bien
insonorisées), même si le renouvellement d'air y
est souvent mieux assuré que dans un appartement moderne
classique. Des éléments-tampon de type
véranda et des baies vitrées élargies
peuvent atténuer ou faire disparaitre ce sentiment, mais
avec une augmentation de coût à la construction.
Ce sentiment est par ailleurs souvent rapidement compensé
par un confort thermique et sonore accru.
Un autre type de critiques provient de l'inadéquation des
standards actuels, développés dans des pays de
type nordique ou continental, par rapport à des climats de
type méditerranéen. L'application
irréfléchie du modèle «
passif nordique » en région
méditerranéenne revient à construire
des « bouteilles thermos » totalement invivables
l'été. Le développement de standards
passifs méditerranéens qui restent à
finaliser, tels qu'étudiés par le PRIDES
« Bâtiments Durables
Méditerranéens », prenant en compte les
spécificités climatiques de ces
régions, est la réponse à apporter
à ces critiques.