Maison passive
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.
Sommaire
Qu'est qu'une maison passive?
Norme énergétique
La maison passive est une conséquence du développement des maisons à basse consommation d'énergie (low-energy-house, ou maison basse conso, ou maison basse énergie). 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. 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 primaire (les 15 kWh/m²/an du chauffage + l'énergie nécessaire au chauffage de l'eau + l'électricité consommée par la ventilation + climatisation). 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 minima 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 première consiste à isoler le bâtiment pour diminuer ses pertes, c'est la surisolation, qui utilise par exemple des triples vitrages et des épaisseurs d'isolant de plusieurs dizaines de cm.
- la seconde consiste à augmenter les apports solaires, c'est le bioclimatisme, qui cherche plus à capter mieux qu'à perdre moins (puisque l'énergie est gratuite et renouvelable).
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.
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 qu'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 c'est que les performances de la maison deviennent du coup dépendantes du mode de vie de ses occupants : ceux-ci peuvent tout à fait plomber le bilan final en utilisant mal les fenêtres ou le système de ventilation (par exemple).
Principe de fonction
Principe I: réduire les pertes de chaleur au minimum
- 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.
- Diminuer les déperditions thermiques par ventilation: L'approvisionnement en air frais est assuré par une ventilation mécanique contrôlée (VMC) 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) 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 volatils, abrégés COV). La ventilation permet donc d'empêcher l'accumulation d'éléments toxiques dans l'air qui rendraient l'intérieur particulièrement malsain.
Dans la plupart des maisons passives, l'air extérieur est au préalable préchauffé dans un échangeur à chaleur air/sol (un puits canadien ou puits provençal). Ensuite cet air préchauffé se réchauffe à nouveau dans le récupérateur de chaleur qui extrait la chaleur de l'air sortant (un avantage majeur de l'échangeur air/sol est qu'il assure une température > 0°C à l'entrée du récupérateur air/air et évite totalement le risque de givrage). Enfin, il est encore possible d'ajouter un système de chauffage directement à la sortie de l'échangeur pour rajouter les derniers °C nécessaires (ça peut être une batterie d'eau chaude, ou une résistance électrique).
Le besoin en chaleur est si faible (inférieur à 10W/m²) qu'il peut être comblé par les simples apports métaboliques, les appareils de cuisson de la cuisine, les équipements électriques (hifi, ordinateur, télévision,...) et la récupération de chaleur de la ventilation (si l'échangeur de la VMC récupère les 4/5 de la chaleur qui sort, il suffit que les habitants et les appareils de la maison produisent l'équivalent du cinquième restant pour que la température reste stable). Une source supplémentaire (par exemple poêle à bois, radiateur ou chauffage par le sol) n'est pas nécessaire.
Principe II: Maximiser les gains de chaleur
Le réchauffement général a lieu passivement:
- l'utilisation du chauffage solaire passif au travers des fenêtres ou des façades de verre;
- la chaleur perdue des appareils électriques et l'habitant.
Sur la base des faibles besoins en énergie de chauffage, une maison passive devrait pouvoir fonctionner sans un chauffage conventionnel, mais avec un simple chauffage d'appoint.
Avantages
- Conservation de la valeur à long terme (sous réserve d'utilisation de matériaux d'isolation durables).
- Bien moins de problèmes d'humidité (sous réserve du bon entretien de la VMC).
- Plus de confort grâce à un meilleur équilibre de la température et de l'humidité (réserves identiques).
- Une meilleure qualité de l'air (réserves identiques).
- Économiquement attrayant grâce à des frais de chauffage minimaux. Il faut toutefois entre 5 et 10 ans pour rentabiliser le surcoût du départ.
- Écologique: protection des ressources, émission réduite de CO2.
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 par mètre carré de surface chauffée par année, celui d'une maison passive est réduit à 15 kWh par mètre carré par 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, voire pas du tout isolés, 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 (maison à ossature bois, ou briques monomur par ex) 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, l'économie réalisée ne comble pas le surcoût de l'isolation renforcée. Il y a donc un surcoût à l'achat (qui peut être rentabilisé ensuite).
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, wc). Moyennant un échangeur de chaleur efficace, l'air frais est préchauffé par la chaleur de l'air vicié évacué sans mélanger les flux.
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 1cm 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 chassis fixes,(non ouvrants). Pour les châssis ouvrants, privilégiez des châssis à triples joints d'étanchéité. Enfin, les vitrages seront collés périphériquement dans les cadres ( et non pas callés) 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.
Quatrième pilier: Les ponts thermiques et l'étanchéité à l'air
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 comporte des pièces mécaniques, s'use, et finit par tomber en panne. L'utilisateur doit être particulièrement attentif à ce genre de panne, car dans une maison étanche, la panne signifie aussi un développement des moisissures, acariens et problèmes d'humidité fulgurant! La solution est une ventilation décentralisée (plusieurs petits ventilateurs interchangeables) qui évite les défaillances simultanées.
Peut-on autoconstruire une maison passive ?
Une maison passive est une construction de haute technologie 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). Elles ne se trouvent pas encore en France et doivent être importées. 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
Le concept de « maison passive » a été élaboré 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. Le premier prototype de maison passive fut réalisé à Darmstadt-Kranichstein, en 1991. Il fait, depuis lors, l'objet d'une surveillance approfondi. Depuis, plus de mille « maisons passives » ont été construites à travers l'Europe et de nombreux composants constructifs et techniques répondant spécifiquement aux exigences de ce type de bâtiment sont commercialisés.
Voir aussi
- Le puits provençal ou puits canadien
- Construire son habitat
- Utilisation de l'énergie
- Les énergies renouvelables
- L'isolation
- La laine pour l'isolation
- Les toits végétaux
Webographie
- Novethic: Allemagne : succès croissant des maisons écologiques
- Architecture et Développement Durable
- Le Passivhaus Institut de Darmstadt
- Le projet de recherche Passive On
- Collection de maisons (en allemand)
- Un projet de maison passive à Nice
- Une maison à faibles besoins energétiques en Isère (France)
- de.wikipedia.org maison passive (de)
- http://www.passiefhuisplatform.be/ (nl)
- http://de.wikipedia.org/wiki/Blow-door-Test (de)
- Le principe de la maison passive
- lamaisonpassive.fr
- Passivhaus brochure (Cephus projet) en francais
Bibliographie
Guide raisonné de la construction écologique (fournisseurs - vitrages, fenêtres, ventilation double flux, isolation, etc. pour la Passivhaus) Table des matières
