Comment réussir une enveloppe passive ?

lundi 6 novembre 2023 | La maison passive

Une étan­chéi­té à l’air de 0,6 vol/h, un besoin de chauf­fage infé­rieur à 15 kWh/m².an des consom­ma­tions en éner­gie pri­maires réduites infé­rieures à 120 kWh/m².an… La concep­tion de la mai­son pas­sive semble simple, sur­tout si on la com­pare aux com­plexi­tés de notre RE2020… Dans la réa­li­té, elle exige une rigueur à tous les stades de la construc­tion, de sa concep­tion à la mise en œuvre qui exige un tra­vail en équipe des entre­prises et la for­ma­tion et la sen­si­bi­li­sa­tion de chaque inter­ve­nant sur le chan­tier. La réus­site ne peut se faire que si tous sont convain­cus ! Voici quelques recom­man­da­tions à rete­nir pour une enve­loppe pas­sive !

Photo de une : Maison Carré 21 – CMB

Passif Enveloppe1
Maison pas­sive construite en 2006 et tou­jours effi­cace ! A décou­vrir dans Habitat Naturel n°70. Arch. Achim Siegele.

Une conception bioclimatique bien étudiée

Architecture favo­ri­sant les apports pas­sifs (d’où le nom) per­met­tant de limi­ter les besoins en éner­gie et les risques de sur­chauffe esti­vale. Cela se tra­duit par un bâti­ment com­pact, vitré au sud, fer­mé au nord, même s’il est pos­sible de com­pen­ser une mau­vaise orien­ta­tion par un ren­for­ce­ment de l’enveloppe.

Orientation

La façade prin­ci­pale sera idéa­le­ment plein sud et par­ti­cu­liè­re­ment vitrée. En retour, la façade nord fera l’objet d’une pro­tec­tion ren­for­cée et d’un mini­mum d’ouvertures, voire d’un sas pour la porte d’entrée si néces­saire. Si la concep­tion bio­cli­ma­tique repose sur cette orien­ta­tion opti­male, il arrive que cette implan­ta­tion ne soit pas pos­sible (mau­vaise orien­ta­tion du ter­rain, masque au sud…), aus­si une mai­son pas­sive peut être envi­sa­gée avec une autre orien­ta­tion. Dans ce cas, le « manque à gagner ther­mique » est com­pen­sé par ailleurs. 

Compacité

Le but est d’avoir le moins de sur­face en contact avec l’extérieur (= moins de sur­face à iso­ler) pour la plus grande sur­face habi­table. Ce rap­port s’appelle le fac­teur de com­pa­ci­té. Plus ce fac­teur est faible, plus la construc­tion est ther­mi­que­ment per­for­mante. Au delà de la com­pa­ci­té, la sim­pli­ci­té de la forme est essen­tielle. Ainsi, décro­che­ments, bal­cons rap­por­tés sur la façade ou élé­ments en saillie – qui peuvent se révé­ler très péna­li­sants – sont à évi­ter.

Ouvertures et apports solaires

L’importance de la sur­face vitrée en façade sud et la qua­li­té des vitrages sont une garan­tie de béné­fi­cier d’apports solaires consé­quents et de dimi­nuer d’autant les besoins en chauf­fage. On peut encore ampli­fier ces apports en cha­leur gra­tuite en ajou­tant à la mai­son une serre bio­cli­ma­tique sur la façade sud. La sur­face vitrée sup­plé­men­taire et l’effet de serre joue­ront le rôle d’un véri­table chauf­fage natu­rel. Il est impor­tant de sou­li­gner que le Passivhaus Institut recom­mande la mesure en ce qui concerne les parois vitrées : la sur­face vitrée ne devrait ain­si pas dépas­ser 25 % de la sur­face utile d’un bâti­ment pour évi­ter les sur­chauffes.

Les baies portant des triples vitrages sont très lourdes à poser ! Ici, chantier Passiv'Home, menuiseries Couval.
Les baies por­tant des triples vitrages sont très lourdes à poser ! Ici, chan­tier Passiv’Home, menui­se­ries Couval.

Quels vitrages ?

Dans un pro­jet pas­sif, les apports solaires couvrent envi­ron 50 % des besoins totaux en cha­leur, les apports internes seule­ment 15 %. Il va donc fal­loir trou­ver le bon com­pro­mis entre fac­teur solaire (g, mini­mum 50 %) et iso­la­tion (Ug pour le vitrage, maxi­mum 0,8 W/m².°C ), et ce, en tenant compte des orien­ta­tions et des sur­faces vitrées de chaque ouver­ture. Le logi­ciel PHPP per­met dif­fé­rentes simu­la­tions pour opti­mi­ser les choix. On pour­ra ain­si véri­fier si le triple vitrage est indis­pen­sable, ce qui est géné­ra­le­ment le cas, ne serait-ce que pour cou­per l’effet paroi froide en hiver.

Quelles menuiseries pour une maison passive ?

Plus la pro­por­tion du cadre de la menui­se­rie est impor­tante, plus il y aura de ponts ther­miques et moins la fenêtre sera iso­lante. Il vaut ain­si mieux avoir un grand vitrage que plu­sieurs petites fenêtres. Les menui­se­ries intègrent des iso­lants (idéa­le­ment du liège) per­met­tant de cou­per les ponts ther­miques internes. Les menui­se­ries cou­lis­santes vrai­ment étanches sont plus rares à trou­ver. Enfin, il ne faut pas négli­ger la qua­li­té des portes pleines. Dans tous les cas, il est plus que recom­man­dé de choi­sir des menui­se­ries cer­ti­fiées par le PassivHaus Institut (Bader, Fenêtres Franc-Comtoises, Internorm, Menuiserie André, Menuiseries Bieber, Minco, Raico…). Le mon­tage doit garan­tir l’étanchéité à l’air de la menui­se­rie. Plus la menui­se­rie est proche du nu exté­rieur du mur, moins le pont ther­mique est impor­tant. On uti­lise géné­ra­le­ment des joints « com­pri­bandes » (ruban de mousse expan­sive) et des adhé­sifs pour garan­tir l’étanchéité entre le mur et le bâti de la fenêtre.

Sur-isolation, ponts thermiques et inertie

La démarche pas­sive recom­mande une bonne résis­tance ther­mique des parois, entre 6,6 et 10 m².°C/W, ce qui se tra­duit par 30 à 40 cm d’un iso­lant stan­dard. L’enveloppe consti­tue un man­teau iso­lant pour la mai­son. L’isolation doit être inin­ter­rom­pue et les ponts ther­miques trai­tés. La construc­tion doit favo­ri­ser l’inertie. A ce titre, l’isolation par l’extérieur est la tech­nique la plus adap­tée. 

Isolation et inertie

Tous les iso­lants (laines, pan­neaux, vrac…) sont envi­sa­geables. Le cal­cul du point de rosée est impé­ra­tif : l’eau ne doit jamais conden­ser dans le mur et sur­tout pas dans l’isolant. L’isolation par l’extérieur est qua­si­ment géné­ra­li­sée en pas­sif : c’est un moyen effi­cace de gérer les ponts ther­miques situés aux points de jonc­tion mur/toiture, mur/dalle etc. Le prin­cipe consiste à « enve­lop­per » le bâti­ment dans un « man­teau » iso­lant conti­nu. L’inertie et le dépha­sage de tem­pé­ra­tures pour­ront par­ti­ci­per au confort, notam­ment l’été, sous réserve de ne pas lais­ser péné­trer la cha­leur dans le bâti­ment : plus il y aura d’inertie, plus il sera dif­fi­cile de faire redes­cendre la tem­pé­ra­ture après une sur­chauffe. 

En cas d’iso­la­tion par l’intérieur, les ponts ther­miques devront être trai­tés sépa­ré­ment. Dans tous les cas, le concep­teur doit s’assurer que l’espace chauf­fé est iso­lé de manière conti­nue.

Limiter les ponts thermiques

Les ponts ther­miques sont la consé­quence d’une rup­ture dans l’isolation qui peut se trou­ver dans la paroi, le toit et le sol. On dis­tingue les ponts ther­miques ponc­tuels (rares), des ponts ther­miques linéaires. Ils peuvent éga­le­ment être dus à des contraintes géo­mé­triques (angles et rebords) ou au choix de maté­riaux, de per­ce­ments et de bran­che­ments. Si les pre­miers sont dif­fi­ciles à gérer, les seconds peuvent être consi­dé­ra­ble­ment amé­lio­rés par une mise en œuvre atten­tive. Ils sont géné­ra­le­ment situés au niveau des dalles de bal­cons, plan­chers bas ou inter­mé­diaires, rac­cor­de­ments de fenêtres, murs de refend, poteaux etc.

Quatre règles permettent de limiter le risque :

1/ Prévention
Dans la mesure du pos­sible, ne pas inter­rompre l’enveloppe ther­mique

2/ Règle de péné­tra­tion
Là où une inter­rup­tion est inévi­table, la résis­tance ther­mique dans le plan d’isolation doit être aus­si haute que pos­sible

3/ Règle d’articulation
Aux arti­cu­la­tions entre les élé­ments du bâti­ment, les couches d’isolation doivent se rejoindre sans inter­rup­tion ni déca­lage

4/ Règle de géo­mé­trie
Préférer autant que pos­sible les angles obtus, les angles aigus favo­risent en effet la dis­per­sion de la cha­leur.

Architecture et produits

Des astuces archi­tec­tu­rales per­mettent de limi­ter les ponts ther­miques. Par exemple, en sépa­rant ther­mi­que­ment le bal­con du plan­cher de l’étage (par une cour­sive par exemple), ou en ajou­tant une iso­la­tion sup­plé­men­taire à l’extérieure des menui­se­ries pour réduire les pertes liées aux connexions et aug­men­ter les tem­pé­ra­tures des sur­faces internes. De nom­breux « rup­teurs de ponts ther­miques » ont éga­le­ment été déve­lop­pés par les indus­triels. 

Systèmes constructifs et ponts thermiques

Pour une construc­tion clas­sique en par­paings ou en briques avec iso­la­tion par l’intérieur, les prin­ci­paux ponts ther­miques sont loca­li­sés à la liai­son entre la façade et la toi­ture, au niveau des plan­chers inter­mé­diaires, des murs de refend, des dalles de bal­con et de la jonc­tion entre la façade et le plan­cher bas. Avec une iso­la­tion par l’extérieur, il ne reste plus qu’à gérer le pro­blème du bal­con, sous réserve d’être atten­tif aux jonc­tions façade/plancher bas et façade/toiture.

Pour une construc­tion en iso­la­tion répar­tie ou en mur man­teau, le prin­ci­pal point noir reste la dalle de bal­con, et la liai­son façade/plancher bas.

Les construc­tions bois iso­lées par l’extérieur ne pré­sentent pra­ti­que­ment pas de ponts ther­miques. Seule la liai­son plan­cher bas/façade reste à trai­ter.

Calculer les ponts thermiques

Le coef­fi­cient de déper­di­tion de cha­leur psi 𝝍 est le cal­cul de base pour détec­ter un pont ther­mique. Il indique la quan­ti­té de cha­leur en watt qui se pro­page à tra­vers un maté­riau épais d’un mètre, lorsque la dif­fé­rence de tem­pé­ra­ture entre les deux faces est de 1°C. Une construc­tion ne com­porte pas de pont ther­mique si PSI<0,01 W/m.°C.

Conséquences des ponts thermiques

La for­ma­tion de ponts ther­miques peut cau­ser d’importantes pertes de cha­leur ain­si que des dégâts dans une construc­tion. Des élé­ments de construc­tion mal iso­lés pré­sentent de faibles tem­pé­ra­tures de sur­face. Un taux d’humidité ambiant trop éle­vé peut entraî­ner des pro­blèmes de conden­sa­tion sur la paroi exté­rieure qui est bien plus froide que la tem­pé­ra­ture inté­rieure. Pire encore, le risque de for­ma­tion et pro­li­fé­ra­tion de moi­sis­sures et de spores sur les zones humides.

Une construc­tion pas­sive néces­site ain­si une grande qua­li­té dans le choix des matériaux/équipements, mais éga­le­ment une atten­tion de tous les ins­tants dans la mise en œuvre. C’est pour­quoi, la sen­si­bi­li­sa­tion et un sui­vi atten­tif par toutes les entre­prises sur le chan­tier sont incon­tour­nables pour atteindre la qua­li­té requise par le label.

Etanchéité à l’air

Test du blower-door sur la cantine scolaire passive de Loos (59). Arch.: Vincent Delsinne - Bureau d’études : Energelio. Voir hors-série n°23
Test du blo­wer-door sur la can­tine sco­laire pas­sive de Loos (59). Arch.: Vincent Delsinne – Bureau d’études : Energelio. Voir hors-série n°23

Bien plus exi­geante que la RE2020 (0,6 m³/h.m² de sur­faces déper­di­tives sous 4 pas­cals, cor­res­pon­dant à un vent de 9 km/h), la construc­tion pas­sive impose une étan­chéi­té à l’air de 0,6 vol/h sous 50 pas­cals (soit envi­ron 0,16 m³/h.m² sous 4 pas­cals), ce qui cor­res­pond à un vent de 32 km/h. 

Quantifier l’étanchéité

L’étanchéité se mesure en fonc­tion des mou­ve­ments d’air (inté­rieur vers exté­rieur) dans un bâti sous une pres­sion don­née, dif­fé­rente de la pres­sion atmo­sphé­rique pour faci­li­ter la mesure. Pour le pas­sif, on quan­ti­fie des volumes d’air extraits (le volume d’air conte­nu dans le loge­ment étu­dié) par heure sous une pres­sion de 50 Pascals. La mai­son pas­sive est par­ti­cu­liè­re­ment exi­geante sur cette ques­tion : trois fois plus que la règle­men­ta­tion ther­mique fran­çaise. Le stan­dard pré­co­nise ain­si des valeurs infé­rieures à 0,6 vol/h, tout en sou­li­gnant qu’un résul­tat situé entre 0,2 et 0,6 est tout à fait acces­sible. Cette valeur limite de 0,6 vol/h cor­res­pond à une sur­face déper­di­tive de 56 cm². Les cer­ti­fi­ca­tions du pas­sif imposent une véri­fi­ca­tion de cette étan­chéi­té par une entre­prise spé­cia­li­sée indé­pen­dante. 

Tester l’étanchéité

Réalisé avec une porte souf­flante per­met­tant de maî­tri­ser la pres­sion de l’air à l’intérieur du bâti­ment (Blower Door), le test d’infiltrométrie vise à quan­ti­fier les débits d’air qui tran­sitent invo­lon­tai­re­ment hors d’un bâti­ment, bref : les fuites. La mise sous pres­sion (sur­pres­sion ou dépres­sion) inten­si­fie les fuites d’air habi­tuelles per­met­tant une quan­ti­fi­ca­tion pré­cise. L’installation est reliée à un sys­tème infor­ma­tique qui enre­gistre toutes les valeurs utiles pour com­prendre le com­por­te­ment de l’air dans la mai­son. Les infor­ma­tions sont ins­tan­ta­né­ment trai­tées par l’ordinateur afin de don­ner une mesure d’étanchéité. Ce test est réa­li­sé en cours de chan­tier (à la mise hors d’eau hors d’air) et à la fin du chan­tier, selon le même pro­to­cole que pour le neuf de la RE2020.

Une vérification dans le PHPP

L’étude PHPP contient les don­nées cli­ma­tiques, la com­po­si­tion de chaque parois (struc­ture, iso­lant, pare­ments exté­rieurs, cou­ver­ture, sou­bas­se­ment) per­met­tant de cal­cu­ler pré­ci­sé­ment valeurs U et ponts ther­miques, et les carac­té­ris­tiques pré­cises des fenêtres, portes d’entrée et ven­ti­la­tion (les carac­té­ris­tiques des VMC double flux cer­ti­fiées figurent déjà dans le logi­ciel). Toutes les dimen­sions exté­rieures des sur­faces sont ren­sei­gnées (fenêtres, portes, murs, pla­fonds, toi­ture, dalle, etc.), afin de cal­cu­ler au plus juste les déper­di­tions. Les masques sont impor­tants car ils influent sur les apports solaires pas­sifs. Enfin, il fau­dra entrer les apports internes (incluant éclai­rage, appa­reils élec­tro­mé­na­gers, bureau­tique… pré­vus dans le bâti­ment), les modes de chauf­fage et de pro­duc­tion d’ECS choi­sis. Le logi­ciel pro­duit alors la feuille de véri­fi­ca­tion qui valide ou non les choix du concep­teur : besoin de chauf­fage, éner­gies pri­maires totales, méthode men­suelle, sur­chauffe esti­vale… Il peut être néces­saire de modi­fier des épais­seurs d’isolants, des qua­li­tés de vitrage, la ven­ti­la­tion etc., le but étant de satis­faire aux exi­gences du label. Notons que les cal­culs préa­lables sont faits en consi­dé­rant une étan­chéi­té à l’air conforme à n50 ≤ 0,6 vol/h, ce qui reste à véri­fier en cours de chan­tier.

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