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Les principes de l’habitat basse consommation d’énergie

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Les principes de l’habitat basse consommation d’énergie

UN NOMBRE CROISSANTde bâtiments tertiaires allemands sont construits sous une cloche de verre. Cela permet de créer, comme dans ce bâtiment MobileLifeCampus, un « microclimat méditerranéen ».(Doc. Interpane.)

La construction basse énergie représente encore un surcoût important lié aux tâtonnements durant les périodes d’approche expérimentale. Elle devrait pourtant s’imposer, poussée par des réglementations de plus en plus contraignantes.

D eux enjeux majeurs sous-tendent aujourd’hui la construction et l’urbanistique de notre société : d’une part, la diminution des réserves d’hydrocarbures et la sécurisation des approvisionnements énergétiques ; d’autre part, le réchauffement climatique par émissions de gaz à effet de serre. Pour y faire face, diverses lois et directives européennes ont été promulguées, visant à limiter les consommations énergétiques et leurs effets sur l’environnement. En France, depuis 25 ans, la question thermique a été marquée par l’apparition successive de quatre réglementations, qui ont permis de réduire de deux tiers la consommation de chauffage dans les logements neufs. La dernière évolution de ce nouveau contexte réglementaire est visée par la Loi d’orientation sur l’énergie (LOE) du 13 juillet 2005, première loi-cadre sur l’énergie depuis 1973.À l’heure actuelle, les énergies ­renouvelables ne comblent que 6 à 7 % de nos besoins énergétiques, provenant essentiellement de l’hydraulique, du bois et du traitement des déchets. En France, le nombre de capteurs solaires représente seulement le sixième de celui en Allemagne.

De surcroît, le taux d’équipement de l’Autriche, moins ensoleillée et moins peuplée que la France, est supérieur au nôtre. Nous avons donc un retard considérable, alors que les chiffres de 2000 montrent du doigt un ­bâtiment responsable de 17 % des émissions de CO2 et d’environ 26 % des émissions de gaz à effet de serre. Il est par conséquent vital de construire dans une optique de développement durable, des ouvrages bien isolés utilisant le maximum d’apports gratuits. Car une telle démarche favorise toutes formes d’énergies renouvelables, l’arrivée de nouveaux matériels et matériaux et une conception architecturale bioclimatique prenant en compte l’environnement. Reste qu’une réalisation durable se doit d’être abordable, ce qui suppose une optimisation du rapport architecture/technique/coût.

Alors que l’on trouve chez nos voisins des maisons « zéro chauffage », « antigaspi », voire « actives » qui produisent plus d’énergie qu’elles n’en consomment, la France fait dans ce domaine figure de pays arriéré. « Il existe des projets intéressants, mais qui ont été faits il y a 30 ans par les pionniers du bioclimatique, à l’heure des premières expériences, précise Samuel Courgey, de l’Ajena, une association qui milite pour construire des maisons Minergie en Franche-Comté. Mais ils posent des problèmes de ventilation. En outre, les exemples dont nous disposons ne sont pas reproductibles, en raison d’un important surcoût. Et lorsqu’ils sont judicieux, ils ne sont pas optimisés de façon ­globale. Or, un bon projet doit être pertinent à la fois en technique, en thermique et économiquement viable ».

Des solutions types d’installations techniques

Pourtant, l’habitat passif ne ­relève pas de l’utopie. Il relèverait davantage de l’habitat d’hier, qui tenait parfaitement compte de la position géographique, du climat et de l’orientation d’un habitat par rapport au soleil ou aux vents dominants. En effet, sa définition passe par l’optimisation des apports énergétiques solaires et intérieurs, grâce à ses composants, en prenant en compte tout type de consommations énergétiques générées par un bâtiment. En suivant cette orientation, on estime que l’on peut diviser environ par quatre la consommation d’énergie par rapport à une construction standard, réalisée selon les normes actuelles. Créé en 1990 en ­Allemagne par Wolfgang Feist, le label Habitat passif offre ainsi une valeur maximale théorique de 15 kWh/m²/an, calculée par un bureau d’études à partir des performances des installations techniques, de la volumétrie du bâtiment et des caractéristiques thermiques des matériaux. Délivré par l’Institut für Passivhaus, il labellise déjà plusieurs centaines de logements répondant à des exigences très contraignantes en Allemagne, en Suisse et en ­Autriche. « Attention, ajoute Samuel Courgey, il faut bien distinguer les bâtiments à basse de ceux à très basse énergie (label PassivHaus) qui n’offrent aucune pertinence économique au coût actuel du baril de pétrole ! Mais entre cet extrême et un bâtiment standard, la voie à suivre est celle du bâtiment basse énergie ». C’est l’équivalent du label Minergie, dont l’exigence de consommation se situe entre 40 et 50 kW/m²/an en énergie primaire pour le chauffage et l’eau chaude sanitaire. Pour approfondir cette démarche, la Suisse a même développé le label Minergie P, issu de l’association des labels Minergie et Maison passive, dont les exigences écologiques sont encore plus poussées.

Habitat passif : comment ça fonctionne

« On peut en effet toujours se faire plaisir avec 2 ou 3 projets très basse énergie par an, mais ce n’est pas cela qui contribuera à faire baisser les gaz à effet de serre, ainsi qu’on nous le demande à l’horizon 2050. Il est donc plus rationnel de réaliser des logements ou bâtiments basse énergie en plus grand nombre, moins exigeants, mais reproductibles », conclut Samuel Courgey. Dans le ­chapitre Stratégies pour des bâtiments économes et confortables du livre qu’il a coécrit avec Jean-Pierre Oliva (1), Samuel Courgey propose d’ailleurs une stratégie « de solutions types » d’installations techniques pour des bâtiments performants.

Le tableau ci-dessus reprend certaines données du Cstb et de l’association Minergie permettant d’atteindre les performances de la basse ou de la très basse énergie. En France, une maison construite avant les années 80 utilise près de 300 kWh/m²/an, contre (environ) 10 fois moins pour une maison basse énergie actuelle (ce qui représente encore le double d’une maison labellisée Passivhaus) et 110 kWh/m2/an d’énergie de chauffage pour les ­logements construits aujourd’hui. Pour atteindre une si faible consommation énergétique, un bâtiment passif offre une conception articulée autour de deux impératifs : valoriser l’énergie solaire et supprimer les déperditions. Pour le premier, il s’agit d’orienter correctement le bâtiment, avec une bonne répartition de ses ouvertures. Ainsi, la façade principale sera tournée vers le sud, à  ou – 25 °, afin d’optimiser en hiver les apports énergétiques du soleil. C’est sur cette façade que sera placée la majorité des ouvertures, notamment celles des pièces à vivre (dans l’habitat), les autres pièces (services, pièces d’eau, rangements) seront exposées au nord.

Des intercalaires à rupture thermique

Nécessitant peu d’ouvertures et utilisés de manière intermittente, ces espaces deviennent des espaces tampons. Des ouvertures moins nombreuses et plus petites peuvent être pratiquées dans les façades est et ouest. On n’oubliera pas non plus de prendre les vents en considération : un vent soufflant à 70 km/h double les déperditions énergétiques d’une maison.

Il existe plusieurs façons d’éviter les déperditions thermiques :

– l’enveloppe du bâtiment doit être la plus compacte et lisse possible, afin de réduire la surface d’échange. Faciliter l’écoulement de l’air réduit d’autant les ponts thermiques qui se situent essentiellement au niveau du socle et des angles des bâtiments, des vitrages et des encadrements de baies ou de fenêtres, des portes, des auvents, des balcons/dalles de balcons, des liaisons mur-plancher ou mur-toiture, des toits en saillie, etc.,

– renforcer l’isolation et l’inertie thermique qui favorise une restitution déphasée (par convection et rayonnement) des calories emmagasinées le jour. Les ouvertures doivent être constituées de vitrages doubles, triples et/ou peu émissifs. Les 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.

– Prendre des composants de qualité. Le vitrage, qui fonctionne comme un collecteur solaire passif, doit posséder un coefficient de transmission de chaleur d’une valeur située entre 0,5 et 0,8 W/m²K et un degré de passage d’énergie supérieur à 0,45. Dans ce sens, les vitrages à isolation renforcée (VIR) deviennent la norme. Pour garantir ces performances en doubles vitrages à isolation renforcée (VIR) et obtenir une isolation parfaite au niveau des châssis, les fabricants ont également fourni de gros efforts. Ainsi, Saint-Gobain Glass a lancé des intercalaires à rupture thermique (« warm-edge »), réalisés à partir d’un matériau composite isolant renforcé par des fibres de verre. Grâce à sa composition issue de la recherche spatiale, ce produit élimine presque totalement le pont thermique autour du vitrage et permet d’améliorer encore d’environ 10 % le coefficient thermique de la fenêtre.

– Réaliser une étanchéité performante du bâti. Cela nécessite de vérifier les interfaces murs/menuiseries, et de réflechir sur les passages de gaines dans l’isolant.

L’indispensable gestion de la ventilation

Étancher la construction nécessite en contrepartie d’installer une ventilation capable de maîtriser le renouvellement de l’air et le degré d’hygrométrie intérieure. Un système de ventilation à double-flux gère les flux d’air dans le bâtiment et permet de chauffer ou de rafraîchir l’air intérieur. La VMC avec récupération de chaleur permet de se passer d’un système de chauffage complémentaire. En période froide, la chaleur de l’air rejeté est récupérée dans un échangeur double-flux de rendement supérieur ou égal à 80 %. Cette ventilation associée à l’inertie thermique permet aussi un excellent confort d’été en réduisant les surchauffes. On peut aussi associer un système VMC double-flux thermodynamique à un échangeur air/sol tel qu’un puits canadien pour des performances optimisées. D’ailleurs, la conception d’un puits canadien ne peut se faire sans une approche globale de la ventilation de la maison, notamment l’intégration d’une VMC à récupération de chaleur double-flux. Comme il est spécifié chez Aldès, le calcul d’un puits canadien est fonction de plusieurs paramètres, dont le volume de la maison, le débit nécessaire en hiver et en été, le choix de la ventilation de la maison (VMC par extraction, double-flux statique ou thermodynamique, etc.), l’architecture, la nature du sol, la place disponible pour l’enfouissement du tuyau et la localisation géographique. La longueur, le diamètre et le type du conduit enterré ont également une influence directe sur l’échange thermique entre l’air extérieur et le sol. Les équipements de l’enveloppe joueront un rôle de modérateurs. Il s’agit des occultations fixes (casquettes qui bloquent la pénétration des rayons solaires l’été) ou mobiles (volets). Sans oublier le rôle majeur d’une végétation à feuillage caduque, bien positionnée et ­entretenue. Que ce soit sous forme d’arbres, arbustes ou treillage protecteur.

TABLEAU Paramètres pour une ultraperformance thermique

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