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Maison passive

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La notion de maison passive est une norme (allemande) énergétique d'un bâtiment ainsi qu'une appellation utilisée pour certains types de maisons. C'est une maison à très faible consommation énergétique. Elle offre toute l'année - contrairement à une maison de construction conventionnelle - une température ambiante agréable sans l'application conventionnelle d'un chauffage...

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Qu'est-ce qu'une maison passive ?

La maison passive est une maison construite en vue de réduire fortement la consommation d'énergie.
On dénomme aussi ce type de maisons sous les termes : low-energy-house, ou maison basse conso, ou maison basse énergie.






Normes énergétiques

On désigne généralement par maison passive un bâtiment qui est pratiquement autonome pour ses besoins en chauffage. Il se contente des apports solaires, des apports métaboliques (habitants, machines) et d'une bonne isolation, ce qui relègue le rôle du chauffage à un simple appoint.

Principe de la maison passive, ici avec puits canadien...

La norme allemande "Passivhaus" est accordée à partir d'un besoin de chauffage inférieur à 15 kWh/m²/an, et un besoin de moins de 50 kWh/m²/an d'énergie finale (les 15 kWh/m²/an du chauffage + l'énergie nécessaire au chauffage de l'eau + l'électricité consommée par la ventilation + climatisation+électricité domestique). Un besoin calorifique aussi faible signifie qu'en pratique ces habitations n'utilisent un système de chauffage que quelques jours par an (et non pas qu'elles ont besoin d'une chaudière miniature). En comparaison, les logements des années 1960 et 1970 nécessitent en moyenne, 320 kWh/m²/an.

La norme fixe également des exigences minimales au niveau de la résistance thermique des différents éléments de l'ouvrage (murs, fenêtre, toit, etc.), cependant, il est possible d'obtenir les performances d'une maison passive sans pour autant respecter ces exigences. En effet, il y a deux manières de réduire les besoins énergétiques :

La plupart du temps, une maison passive est le résultat de ces deux méthodes, mais la norme Passivhaus et le label MinergieP suisse (sensiblement équivalent) penchent toutes deux plus du côté surisolation. La limite de cette démarche est son coût, car les grandes épaisseurs d'isolants et les vitrages performants ne sont pas bon marché. (10% sur le coût global de la construction selon plusieurs témoignages d'habitants.) On peut se passer de système de chauffage.

Enfin, puisque les besoins sont diminués, la part des apports internes dus aux occupants de la maison et à leurs activités n'est plus négligeable, et au contraire devient un apport important. C'est pour ces raisons que l'on utilise le terme de "passif" car la majeure partie des besoins de chauffage sont remplis automatiquement, sans appareil mécanique ni surveillance ou programmation. L'inconvénient est que les performances de la maison deviennent vite dépendantes du mode de vie de ses occupants. Ceux-ci peuvent donc nuire au bilan final en utilisant mal les fenêtres ou le système de ventilation (par exemple).

Principes de fonction

Principe I - réduire au maximum les pertes de chaleur

  1. Diminuer les déperditions thermiques par transmission : pour ce faire, le coefficient de transmission thermique des parois extérieures de la construction (coefficient U) doit être inférieur à 0,15 W/m²K, voire 0,10 W/m²K pour des maisons de type unifamilial. Le coefficient de transmission thermique de la fenêtre, constituée du vitrage, de son intercalaire et du châssis (Uw) doit être inférieur à 0,8 W/m²K. Le facteur solaire du vitrage doit, lui, être supérieur à 50% afin de pouvoir encore bénéficier des gains d'énergie solaire en hiver.
  2. Diminuer les déperditions thermiques par ventilation : L'approvisionnement en air frais est assuré par une VMC (ventilation mécanique contrôlée) à double flux. L'alimentation et l'extraction mécanique permettent d'optimiser la ventilation suivant les besoins, et ce, indépendamment des conditions climatiques extérieures. Pour réduire les déperditions liées à la ventilation, la « maison passive » sera obligatoirement équipée d'un récupérateur de chaleur (système double flux). Le taux de récupération de l'échangeur doit être au moins égal à 80%. Pour respecter l'objectif d'efficacité énergétique, il est impératif que l'énergie de ventilation soit inférieure ou égale à 0,4 Wh par mètre cube de volume d'air acheminé. L'efficacité thermique du système de ventilation peut être améliorée par l'usage d'un échangeur air/sol (puits canadien ou puits provençal) ou eau/sol qui préchauffe en hiver et pré-rafraîchit en été l'air neuf. Il supprime aussi totalement les risques de gel de l'eau condensée dans l'échangeur récupérateur.

Les pertes de chaleur par transmission de l'enveloppe sont très réduites grâce à une isolation thermique renforcée si bien que les pertes calorifiques par « infiltration » d'air peuvent devenir prépondérantes et constituer la principale cause de perte de chaleur. C'est pourquoi, une attention toute particulière doit être portée à la réalisation de l'étanchéité du bâtiment, mûrs et surtout ouvertures portes et fenêtres. Il est donc indispensable d'utiliser une VMC afin de renouveler l'air consommé par les habitants. En effet, dans une maison étanche il faut renouveler l'oxygène et évacuer dioxyde de carbone et vapeur d'eau, ainsi que toutes les odeurs et émissions créées à l'intérieur du bâtiment (cuisine, produits de nettoyage, résidus de construction comme les solvants de peinture, vernis ou colles, aérosols et en règle générale, tous les composés organiques

Avantages

Les quatre piliers du standard « maison passive »

Par rapport à un bâtiment conventionnel, une « maison passive » présente bien des avantages. Elle génère de grandes économies de chauffage, offre un meilleur confort thermique et garantit une excellente qualité de l'air.

Ainsi, alors que le besoin d'énergie de chauffage d'une maison classique neuve (selon les normes en vigueur actuellement) s'élève à environ 110 kWh/m²/an, celui d'une maison passive est réduit à 15 kWh/m²/an. Comment parvenir à une telle performance? Il suffit de prendre en compte les quatre principes suivants, que nous appelons les quatre piliers de la « maison passive ».

Premier pilier : L'isolation thermique

Emballée chaudement dans une épaisseur importante d'isolation thermique, la « maison passive » subit une perte de chaleur très limitée. Les besoins en chauffage encore nécessaires sont presque réduits à néant. Ici, des « radiateurs » qui passent habituellement inaperçus - la chaleur humaine, les appareils électroménagers et l'éclairage - commencent à prendre toute leur importance. Cette chaleur de fonctionnement est généralement négligeable dans les bâtiments qui ne sont que peu isolés (ou pas du tout). Mais ici, elle n'est plus perdue, elle est valorisée.

Là où l'isolation thermique est traditionnellement épaisse de huit à dix centimètres, elle dépasse couramment les trente centimètres dans « une maison passive ». Il ne faut pourtant pas croire que seule l'épaisseur de l'isolant compte. Sa position dans l'épaisseur du mur est primordiale. Ainsi, dans une maison passive, l'isolant se trouve à l'extérieur. Il recouvre ainsi l'intégralité de la maison sans qu'il n'y ait de points faibles (les ponts thermiques). L'isolation par l'intérieur est proscrite, car justement elle "fabrique" intrinsèquement des ponts thermiques (au niveau des dalles, cloisons, balcons...) et donc, dépasser 10 cm d'isolant lorsqu'on utilise l'isolation intérieure n'a aucun intérêt, car cela ne fait que renforcer les pertes de ces zones. L'isolation peut également être répartie, dans ce cas c'est le matériau du mur lui-même qui est isolant (par exemple : maison à ossature bois ou briques monomur), mais une épaisseur minimale doit être respectée !

L'absence d'investissement dans un système de chauffage conventionnel entraîne une diminution considérable des coûts de chauffage annuels. Cependant, le bilan investissement montre un surcoût qui décroit avec le développement des compétences (10 à 15% en France, 6 à 8 % en Allemagne ou en Autriche). L'amortissement est de quelques années (6 à 10 ans) et dépend fortement de l'évolution du prix de l'énergie. Sur le cycle de vie conventionnel de 50 ans la rentabilité est excellente et l'impact environnemental très fortement réduit.

Deuxième pilier : La ventilation

Le deuxième pilier du concept de « maison passive » est la ventilation en fonction des besoins. Elle assure continuellement une parfaite qualité de l'air interne et cela indépendamment des conditions climatiques externes. C'est, en quelque sorte, le cœur de la « maison passive ».

Une ventilation mécanique contrôlée (VMC) à double flux avec récupération de chaleur insuffle de l'air frais dans les espaces de vie (chambre, séjour, bureau) et extrait l'air vicié des espaces utilitaires (salles d'eau et de bain, cuisine, toilette). Moyennant un échangeur de chaleur efficace, l'air frais est préchauffé par la chaleur de l'air vicié évacué sans mélanger les flux.

VMC2flux.jpg

Une bonne ventilation à double flux assure un renouvellement d'air adapté à l'occupation de la maison et indépendant du climat ou de la météo. Cependant, pour que le système marche convenablement, il est indispensable de laisser les fenêtres et portes fermées. En effet, l'air est insufflé dans certaines pièces et aspiré dans l'autre, il circule des unes vers les autres en passant sous les portes intérieures (qui pour cette raison doivent avoir au moins 1 cm d'espace entre le bas de la porte et le sol). Si une porte ou une fenêtre extérieure est ouverte, le flux d'air entre les pièces sera complètement modifié, les échanges ainsi créés ne passeront plus par l'échangeur et donc, la chaleur récupérable ne le sera pas. Dans une maison équipée d'une bonne VMC double-flux, la ventilation par ouverture des fenêtres est inutile, car les débits sont supérieurs aux besoins de renouvellement. Cela ne veut pas dire qu'il est interdit d'ouvrir les fenêtres, mais seulement que ce plaisir doit être bref. Enfin, les fenêtres à oscillo-battant qu'on peut entrouvrir sont à proscrire dans une maison passive. Le comportement de l'occupant peut ainsi faire très largement baisser les performances de l'ensemble par une mauvaise utilisation.

Un tel système de ventilation permet de contrôler en permanence l'air introduit dans la maison (puisque l'entrée d'air est unique) ce qui permet de le filtrer et de le débarrasser de toutes particules, pollen ou agent allergène. Attention cependant, les filtres exigent un entretien régulier sous peine de réduire le débit, d'augmenter la consommation énergétique et de diffuser de l'air encore plus pollué que celui d'origine. Ce système est coûteux en énergie (entre 350 et 500 kWh/an pour une maison individuelle) et entretien (nettoyage des filtres obligatoire une fois par an, nettoyage des conduites une fois par an aussi dans l'idéal). Il est judicieux d'alimenter directement la ventilation à l'aide de capteurs photovoltaïques et de batteries tampon.

Troisième pilier : La fenêtre

La fenêtre est, d'un point de vue thermique, le maillon faible de la paroi extérieure. C'est à travers elle que se perd la plus grande partie de la chaleur. Mais, dans le même temps, elle laisse pénétrer le rayonnement solaire qui participe à chauffer le bâtiment.

Dans la « maison passive », la déperdition de chaleur d'un double vitrage classique est encore diminuée de moitié par l'utilisation d'un triple vitrage à basse émissivité. Le point faible n'est désormais plus la surface vitrée, mais le châssis de fenêtre, ce qui mène à favoriser un nombre restreint de grandes surfaces vitrées plutôt qu'une multitude de petites fenêtres.

L'utilisation d'un triple vitrage augmente le confort thermique par sa température de surface voisine de l'air intérieur. Par ailleurs, l'utilisation de fenêtres de grande taille laisse pénétrer plus de chaleur et de lumière naturelles.

L'orientation du vitrage est également primordiale : une vitre verticale sud est excédentaire en énergie (d'autant plus si elle est occultée la nuit par un volet). Il faut donc placer le plus possible de fenêtres au sud. Les vitres nord sont toujours déficitaires, il faut donc éviter d'en mettre. Les vitres est et ouest sont déficitaires également, elles ne jouent donc aucun rôle d'apport solaire en hiver, par contre, elles apportent beaucoup de chaleur en été alors qu'on cherche à l'éviter. En pratique, les vitres situées à l'est provoquent moins de surchauffes que celles de l'ouest. En résumé, il faut maximiser les ouvertures au sud, être raisonnable sur celles de l'est, et en mettre le minimum à l'ouest et au nord. Ce sont les principes de bases des maisons bioclimatiques et solaires.

Pour parfaire l'étanchéité mieux vaut, là ou cela est possible ( nettoyage extérieur) avoir des châssis fixes (non ouvrants). Pour les châssis ouvrants, privilégiez des châssis à triples joints d'étanchéité. Enfin, les vitrages seront collés en périphérie dans les cadres (et non pas calés) ce qui élimine tout passage d'air à travers les parcloses.

Enfin, un double vitrage qui n'est pas occulté par un volet plein la nuit perd plus d'énergie au total qu'un simple vitrage qui est occulté la nuit (c'est valable également pour les doubles et triples vitrages avec ou sans volets) ce qui signifie qu'il est très important également de prévoir des volets isolants (roulants ou battants, mais sans persiennes, ouvertures ou trous de toute nature) et de les fermer dès que la nuit est tombée en hiver. Encore une fois, une mauvaise gestion des ouvrants par l'occupant peut engendrer une baisse sensible de l'efficacité de la maison.

caméra thermique

Quatrième pilier : Les ponts thermiques et l'étanchéité à l'air (infiltrométrie)

Des ponts thermiques peuvent provenir, d'une part, d'une mauvaise conception des détails et, d'autre part, d'une exécution non appropriée sur chantier. C'est pourquoi une « maison passive » doit être conçue et construite d'une manière méticuleuse. La suppression des ponts thermiques permet de diminuer les pertes de chaleur, mais aussi d'éviter les pathologies dues à la condensation sur les parois froides de l'humidité contenue dans l'air intérieur (moisissures...).

Par ailleurs, une bonne étanchéité à l'air augmente le confort, diminue les pertes et évite tout problème de condensation dans la paroi, qui peut provoquer la ruine du bâtiment. D'autre part, c'est cette bonne étanchéité à l'air qui garantit le bon fonctionnement de la ventilation mécanique.

Avec le standard de la « maison passive », l'habitant dispose d'un bâtiment garantissant un grand confort thermique et une qualité constructive supérieure, ceci grâce à une conception intelligente et non grâce à une infrastructure technique démesurée. Il reste cependant très largement dépendant de son système de ventilation, qui doit être suffisamment sûr et potentiellement redondant (il reste cependant la solution de la ventilation manuelle par ouverture des fenêtres la durée de la réparation) ! La solution idéale est une ventilation décentralisée (plusieurs petits ventilateurs interchangeables en basse tension qui peuvent être alimenté par des panneaux solaires photovoltaïques et une batterie tampon en complément du réseau) qui évite les défaillances simultanées.

Peut-on autoconstruire une maison passive ?

Une maison passive est une construction qui ne peut atteindre ses performances optimales que si l'ensemble est parfaitement cohérent.

La finesse des calculs thermiques nécessaires demande une remise en cause intégrale des règles actuelles de conception thermique des bâtiments. Des logiciels spéciaux ou des modèles nouveaux peuvent être utilisés qui s'appuient sur des connaissances en thermique du bâtiment peu répandues dans le milieu professionnel en France. Ensuite l'élément le plus important d'une maison passive est sa ventilation, et là aussi une remise en cause complète des VMC classiques s'impose. Il faut réduire les pertes de charge (grands diamètres de tuyau, limiter le nombre de coudes, qui seront à grand rayon), choisir soigneusement les ventilateurs (à vitesse variable) et déterminer l'échangeur récupérateur air/air qui sera impérativement à contre-courant (courants croisés exclus par leur rendement maximum théorique limité à 80%). L'autoconstruction est délicate, mais possible en maîtrisant les connaissances théoriques et le savoir-faire et en cherchant les bons composants.

Il faut également être particulièrement minutieux pour l'isolation de l'enveloppe de la maison et sur la répartition matériaux massifs (inertie thermique à l'intérieur) / matériaux isolants (extérieur). Les autres éléments-clefs d'une maison passive sont les ouvertures : portes, fenêtres et vitrages. On trouve les vitrages dans le commerce, mais la conception et la réalisation des cadres de fenêtres ou des portes sont délicates (résistance mécanique, isolation thermique et étanchéité à l'air). On en trouve en France depuis 2008. Par contre le choix d'une serre (paroi vitrée) en face sud est plus simple et permet d'utiliser des ouvertures doubles-vitrages classiques dans le mur derrière la serre.

Enfin, il faut que la réalisation soit très soignée, car réaliser une enveloppe parfaitement étanche sur un objet de la taille d'une maison est un travail tout particulièrement difficile (les mousses polyuréthanne qui se réduisent en poussières au bout de quelques années sont à proscrire par exemple, il faut utiliser des joints à écrasement ou à lèvres, ou des joints silicones souples et durables). Il est aussi important dès la conception de prévoir un accès facile aux composants divers pour leur maintenance (simple vérification ou remplacement 10, 20, ou 30 ans plus tard !).

En conclusion, il est possible d'autoconstruire sa maison passive si l'on est déjà un spécialiste du sujet, ou si on prend le temps de se documenter/former pendant une durée suffisante avant de se lancer dans son projet... Mais il est difficile de donner la bonne recette pour construire soi-même sa maison passive.

Histoire

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La conception "passive" des bâtiments existe depuis toujours. Il s'agit de l'adaptation du bâtiment aux principes physiques de son environnement. Le développement de la technologie et l'abondance des sources d'énergie disponibles ont fait mettre de côté ces notions. C'est à partir de la crise du pétrole des années '70 que plusieurs projets expérimentaux ont intégrés les principes passifs, notamment dans les pays d'Europe du nord et d'Amérique du nord. Les scientifiques ont étudiés ses phénomènes et ont ainsi enrichis la science du bâtiment. Le concept de « maison passive » a été élaboré plus spécifiquement en 1988 par l'institut « Wohnen und Umwelt » (habitat et environnement) de Darmstadt, en Allemagne, avec la collaboration de l'université de Lund, en Suède. Des chercheurs regroupent alors en un standard toutes les notions et connaissance de la science du bâtiment. Ils ont poussé au maximum la compréhension et le calcul des phénomènes physiques reliés. Le premier prototype de maison passive fut réalisé à Darmstadt-Kranichstein, en 1991. Il génère une économie de chauffage de 90% par rapport aux standards allemands de l’époque. Il fait, depuis lors, l'objet d'une surveillance approfondie. En 1996, un groupe de recherche a travaillé à faciliter l’application du concept en mettant en place des critères de certification pour les matériaux, les fenêtres et les systèmes de ventilation. La certification s’est répandue en Europe grâce, entre autres, au programme CEPHEUS (Cost Efficient Passive Houses as Europeen Standard) soutenu par l’Union Européenne à partir de 2000. 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. Depuis, plus de trente-sept mille « maisons ou bâtiments passifs » ont été construits à travers le monde. (réf. conférence internationale de 2012) De nombreux composants constructifs et techniques répondant spécifiquement aux exigences de ce type de bâtiment sont commercialisés. Depuis 2009, deux cent bâtiments certifiés ont été réalisés aux États-Unis et le mouvement prend son essor au Canada comme dans plusieurs autres régions du monde.

Voir aussi

Liens internes

Liens externes

Informations générales

Projets réalisés

Projets collectifs en cours de réalisation

Projets isolés en cours

Bibliographie

Guide raisonné de la construction écologique - fournisseurs - vitrages, fenêtres, ventilation double flux, isolation, etc. Table des matières

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