Habitat passif / Maison passive

L'habitat passif est une notion pour qualifier un bâtiment dont la consommation énergétique au m² est particulièrement basse, ou alors entièrement compensée par les apports solaires ou émises par les apports internes.



Catégories :

Bâtiment HQE, passif ou à énergie positive - Thermique du bâtiment - Génie énergétique

Maison passive à Darmstadt, en Allemagne

L'habitat passif est une notion pour qualifier un bâtiment dont la consommation énergétique au m² est particulièrement basse, ou alors entièrement compensée par les apports solaires ou émises par les apports internes (matériel électrique et occupation).

Une maison passive réduit d'environ 80% les dépenses d'énergie de chauffage comparé à une maison neuve construite selon les normes allemandes d'isolation thermique de 1995, normes déjà particulièrement strictes.

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.

Les principes de bases (murs passifs et utilisation du solaire) remontent à l'antiquité mais ils bénéficient de savoirs et matériaux nouveaux. Il existait déjà des bâtiments économes en énergie (low-energy house), et une norme allemande (Niedrigenergiehaus Passivhaus, en allemand), mais aussi des normes suédoises ou danoises particulièrement strictes et adaptées aux pays froids. Mais la construction passive est devenue un standard de qualité dans plusieurs pays (Allemagne, Suisse et pays nordiques surtout).

Dr Feist, fondateur du Passivhaus Institut and co-auteur du concept
Prof. Bo Adamson, co-auteur du concept

Le concept de construction passive a été développé dans les années 1970, surtout en France par EdF avec le label oficiel Haute performance énergétique (HPE), devenu Haute qualité environnementale (HQE) ,

Il 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 [1]). )

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% comparé 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, mais aussi pour des dispositifs de ventilation à hautes performances. Des maisons passives ont été construites à Stuttgart (1993), Naumberg, Wiesbaden, et Cologne (1997) [2] 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 découverts pour la construction passive (ex : briques creuses collées de type Monomur). Des normes et labels ont été particulièrement créés, d'autres sont de simples améliorations de techniques et technologies existantes (surisolation par exemple).

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 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 pour limiter les ponts thermiques. La construction doit être assez compacte pour limiter sa surface extérieure. L'ensemble des parties opaques du bâtiment sont à isoler de façon optimale. Habituellement pour le climat européen central, leur cœfficient de transmission de chaleur U ne doit pas excéder 0, 15 W/m²K mais il est recommandé aujourd'hui 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 particulièrement importantes (il est inutile de réaliser une isolation performante des parties opaques si tout est gaspillé par les parties transparentes... ). En effet, le cœfficient de transmission U ne doit pas dépasser 0, 8 W/m²K ce qui est particulièrement 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 fréquemment utilisé. Plus que le vitrage en lui-même, c'est la totalité de la fenêtre qui doit être cohérent. Il faut surtout 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, légèrement plus doux que celui de l'Allemagne, il est envisageable de diminuer la valeur de U (mur, toiture, sol, fenêtre) et de l'optimiser grâce à des calculs effectués avec le tableur PHPP (Passivhaus Planning Package) apporté par le Passivhaus Institut.

La suppression des ponts thermiques

A partir du moment où le bâtiment est particulièrement sérieusement isolé, les ponts thermiques, c'est-à-dire les lieux où la chaleur s'échappe plus vite qu'à d'autres, doivent être limités au maximum. Ceux-ci sont le plus souvent 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 diminuer ces zones de manière drastique. En effet au niveau d'isolation obligation par le concept de maison passive, les éventuels ponts thermiques prennent une part excessive dans les déperditions de chaleur.

Les déperditions par une mauvaise étanchéité à l'air peuvent être particulièrement 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 spécifique aux liaisons entre les éléments, aux encadrements de baies ainsi qu'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.

Limiter les déperditions thermiques sous-entend de s'isoler totalement de l'extérieur. Un dispositif de ventilation à double-flux avec récupération de chaleur installé dans la maison passive sert à 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) sert à 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 dispositif sera court-circuité. En outre une bonne ventilation sert à 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's, formaldehydes, etc.

La thermographie montre dans l'infra-rouge que la construction passive (à droite) perd nettement 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 dispositifs passifs.

Pour valoriser le potentiel apporté par le soleil en hiver, au printemps et en automne, il est indispensable 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, …) ainsi qu'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.

Des appareils ménagers économes

Pour ne pas dépenser inutilement ce qui a été gagné d'autre part, le concept de maison passive fixe une valeur maximale de consommation énergétique globale en terme d'énergie primaire consommée (ce autorise tout un chacun de réfléchir aux énormes déperditions d'énergie causées par l'utilisation des énergies fossiles... ) qui nécessite le plus souvent l'utilisation d'appareils faibles consommateurs d'énergie. Si on utilise l'électricité par exemple, les 120 kWh/ (m2. an) d'énergie primaire correspondent par conséquent à 120 / 2, 58 (le cœfficient de rapport énergie primaire/énergie finale qu'on connait bien avec le DPE) soit par conséquent 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. Par conséquent l'utilisation d'appareils énergétiquement efficaces devient un impératif, ce qui apporte en outre l'avantage de ne pas former un dispositif de chauffage parallèle.

Le standard de maison passive vise principalement à diminuer les consommations, somme toute beaucoup inutiles de nos maisons. Pour qualifier ce qui a été dit plus haut, les "3 critères" définissant une maison passive ont été établis comme suit :

  1. Consommation d'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.

Comme on le voit, le concept de "maison passive" correspond à une habitation à particulièrement 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 reconnue. Cette surface correspond à la surface intérieure nette du bâtiment. Elle a été définie particulièrement 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 [1].

Une maison passive coûte entre 7 et 15% de plus qu'une maison respectant les traditions. Selon les cas, l'investisseur rentre dans ses frais entre une dizaine et une vingtaine d'années grâce aux économies d'énergie réalisées. [2]

Un des freins identifiés est le manque d'artisans qualifiés, d'architectes constitués à ces standards et la hausse des coûts entrainée par une demande qui dépasse l'offre. Pour diminuer la consommation énergétique des bâtiments de 22% d'ici à 2010 en Europe, une Directive "performance énergétique des bâtiments" (EPBD) est en cours de transposition en 2007 dans les droits nationaux, elle pourrait peut-être encourager la formation.

Mais les 1ères 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.

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). Tandis que le prix du pétrole et de l'énergie devraient inéluctablement augmenter (Cf. manque de pétrole, manque d'uranium à partir de 2024 selon l'AIEA). Une Directive européenne sur la performance énergétique des bâtiments vise à diminuer leur consommation énergétique de 22% d'ici 2010.

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 ainsi qu'à la santé et sécurité au travail (cf. salaire des ouvriers, etc. ). Ce standard est d'ailleurs quelquefois confondu avec ceux du HQE, qui sont plus larges (14, ou alors 15 cibles) mais sans commune mesure de performance au niveau énergétique.
Les formes architecturales sont moins complexes, et fréquemment 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 (d'autre part particulièrement bien insonorisées), même si le renouvellement d'air y est fréquemment 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 d'autre part fréquemment rapidement compensé par un confort thermique et sonore accru.

Un autre type de critiques provient de l'incorrection des standards actuels, développés dans des pays de type nordique ou continental, comparé à des climats de type méditerranéen. L'application irréfléchie du modèle "passif nordique" en région méditerranéenne revient à construire des "bouteilles thermos" complètement invivables l'été. Le développement de standards passifs méditerranéens qui restent à finaliser, tels qu'étudiés par le PRIDES[3] "Bâtiments Durables Méditerranéens", prenant en compte les spécificités climatiques de ces régions, est la réponse à apporter à ces critiques.

  1. FEIST, W., PEPER, S., GÖRG, M. (2001). CEPHEUS : Final Technical Report. Rapport en PDF
  2. (fr) Exemple d'uns installation de taille moyenne, clé en main pour une maison individuelle.
  3. Pôle Régional d'Innovation et de Développement Économique Solidaire

écologique]

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"sain - Habitat passif"

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La version présentée ici à été extraite depuis cette source le 10/01/2010.
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