Les principes de calcul des maisons passives ont été élaborés dans les années 80 en Allemagne.
Et même si le climat allemand est continental, donc avec des étés qui peuvent être plutôt chauds, nous étions à l’époque loin du climat que nous commençons à ressentir, et puis surtout loin de ce qui nous attend.
Ce principe est-il toujours d’actualité ou nécessite-t-il des adaptations ?
Dans les années 80, le climat était plutôt stable, malgré des variations de météo certaines, mais plutôt mesurées en termes d’amplitude.
Les principes de conception des maisons passives ont donc été élaborés en partant de données météo statistiques passées, et en pariant sur la bonne inertie des maisons passives pour absorber les épisodes extrêmes qui sont relativement rares et courts à l’époque.
En effet, si un coup de froid surgissait en hiver, même s’il durait deux semaines, ça n’influait que très peu sur la consommation globale annuelle de chauffage.
Et à l’opposé, le coup de chaud était à peine abordé, tant il était rare et surtout jugé non problématique.
En effet, le critère pour être passif est qu’il ne faut pas dépasser 10% de temps d’inconfort dû au chaud, c’est-à-dire avec une température supérieure à 25 degrés Celsius.
C’est-à-dire de l’ordre de 35 jours entiers en inconfort.
C’est dire si cela ne les préoccupait pas.
Et puis qu’il fasse 25 degrés,1 ou 35 degrés, c’est la même chose pour le calcul passif.
Pas tout à fait, parce que la puissance nécessaire au refroidissement est calculée, mais c’est juste un indicateur et cela ne remet pas en cause l’obtention du label.
J’ai toujours trouvé pour ma part que cette valeur était bien trop grande.
Donc moi, je pars sur moins de 1 % de jours d’inconfort dans nos conceptions.
Vous pouvez penser que c’est un peu trop rigoureux.
Cela ne représente que finalement trois jours d’inconfort.
Mais je rappelle que le calcul est fait sur le climat passé et moyen.
Il n’inclut donc pas d’épisodes extrêmes comme les canicules.
Par ailleurs, le PHPP modélise le comportement thermique à partir de données moyennes, soit mensuelles pour les consommations, soit pour une journée pour le calcul de la puissance.
Il ne prend pas en compte la variation de température au cours de la journée, et qui est un élément fondamental pour le confort thermique.
Vous allez donc voir qu’il faut donc dépasser l’approche du PHI pour prendre en compte le changement climatique.
Attention, je ne remets pas en cause ces principes, ils restent parfaitement valables, d’autant que les données climatiques sont régulièrement mises à jour pour traduire le réchauffement déjà observé.
D’ailleurs, une mise à jour des données a été faite pour la France l’année dernière, avec une réelle influence.
Nous avons gagné de l’ordre de 2 kWh par mètre carré par an sur la région lyonnaise par rapport aux anciennes données climatiques.
Donc l’application des principes passifs reste la base de départ incontournable pour démarrer une conception.
Mais une fois qu’on en maîtrise bien tous ces aspects, il n’est pas interdit d’exercer son esprit critique et d’améliorer les points qu’on trouve soit incomplets, soit sous-évalués.
Le problème, c’est que autant les principes passifs pour se protéger du froid sont assez simples à comprendre, plutôt faciles à quantifier, et objectivement, ils sont parfaitement validés par les retours d’expérience depuis bientôt près de 50 ans.
Autant la protection contre le chaud est autrement plus complexe et surtout pour l’instant, plutôt empirique.
Nous avons déjà évoqué ensemble les notions d’inertie, de déphasage thermique et les propriétés des matériaux (la capacité calorifique, la diffusivité, etcetera, etcetera).
Si vous n’êtes pas trop à l’aise avec ces notions, je vous invite à compléter cette vidéo avec celles qui ont déjà traité du sujet.
Voyons donc comment se protéger de la chaleur en été.
Dans un cas normal, c’est-à-dire de la chaleur la journée, de l’ordre de 30 à 35 degrés, et de la fraîcheur la nuit, c’est-à-dire en dessous de 20 degrés.
Le principe est simple : éviter que la chaleur ne rentre la journée et refroidir la nuit.
Chaque matin, le bâtiment est redevenu frais et on cherche à garder cette fraîcheur jusqu’au soir.
C’est ce que tout le monde fait dans une maison classique ou un appartement : tout fermer (fenêtres et souvent volets aux heures chaudes) et ventiler fortement la nuit en ouvrant les fenêtres et en créant des courants d’air.
Dans une maison passive, cela fonctionne plutôt bien si les parois opaques sont isolées avec un isolant à forte capacité calorifique, comme une fibre végétale par exemple.
Le déphasage thermique empêchera la chaleur de se propager de l’extérieur vers l’intérieur, notamment parce qu’elle retardera la progression de la chaleur, dont une grande partie repartira vers l’extérieur pendant la nuit.
La chaleur, souvenez-vous, se propageant du plus chaud vers le moins chaud.
C’est le principal avantage du déphasage thermique.
De plus, le vitrage étant triple, avec des masques solaires bien adaptés comme des BSO, non seulement le soleil ne rentrera pas, mais en plus, il ne touchera pas les vitrages, donc générera peu de conduction thermique.
Et enfin, la double flux fait son travail en été en récupérant une grande partie de l’écart de température.
Elle va donc refroidir l’air entrant avec l’air sortant, à l’opposé de ce qu’elle fait habituellement en hiver.
Malgré cela, un peu de chaleur va rentrer : les murs, les vitrages, par la présence humaine, les appareils électriques, les fuites thermiques dues au réseau d’eau chaude par exemple.
Et donc la température de l’air va donc monter progressivement.
D’où l’intérêt d’ajouter de la masse à l’intérieur, ce qu’on appelle de l’inertie, pour absorber au cours de la journée une partie de la hausse de la température.
Puis, lorsque la fraîcheur revient le soir, la double flux se met en bypass et en surventilation, ou on ouvre toutes les fenêtres traversantes pour générer un fort courant d’air qui va décharger la masse de la maison pendant la nuit.
Vous comprenez donc l’intérêt d’avoir des menuiseries traversantes, notamment nord-sud, et puis surtout en oscillo-battant.
Si ces principes sont respectés, ça fonctionne plutôt pas mal.
Ça fonctionnait pas mal.
Parce que le cas de l’été normal est de plus en plus rare, ou plus exactement, il est entrecoupé d’épisodes très chauds qui n’ont pas été anticipés dans les conceptions.
Et ces épisodes sont d’année en année plus fréquents et plus longs.
Les caractéristiques de ces épisodes sont des températures en cours de journée qui atteignent, voire qui dépassent les 40 degrés, et surtout des températures nocturnes qui restent aux alentours de la température de confort, c’est-à-dire aux alentours de 25 degrés, voire quelquefois plus.
Là, la stratégie décrite plus avant n’est plus efficace, car même si nous arrivons à nous protéger de la chaleur et du rayonnement en cours de journée, le refroidissement nocturne est bien moins efficace, car plus l’écart de la température est faible entre l’air la nuit et celle de la maison, plus il faudra de temps pour refroidir la maison.
Et dans tous les cas, la maison restera plus chaude que l’extérieur pendant la nuit.
Donc elle va accumuler progressivement de la chaleur, car tous les matins, elle commencera la journée chaque jour un peu plus chaude.
Pour les épisodes courts, de l’ordre de quelques jours, c’est plutôt gérable.
On va prendre de l’ordre de, allez, 1 degré par jour de température moyenne, et donc rester dans une zone admissible.
Mais cela devient plus compliqué quand la durée de l’épisode s’allonge, d’autant plus que la stratégie à base d’inertie risque d’aggraver l’épisode en stockant beaucoup de chaleur et en allongeant le temps de retour à la normale.
Ces dernières années, nous avons vécu des épisodes plutôt courts, de l’ordre de la semaine.
Mais souvenez-vous qu’en 2003, il y a plus de 20 ans, la canicule a duré plus de 2 semaines.
Et elle était déjà due à ce fameux dôme de chaleur dont on parle beaucoup.
Et les prévisionnistes aujourd’hui alertent sur l’augmentation du risque de ces dômes de chaleur, aussi bien en fréquence qu’en durée.
Il est maintenant question de dômes pouvant durer plusieurs mois.
Donc ces dômes sont dus en partie aux fluctuations des courants atmosphériques qui séparent l’air chaud du sud et l’air froid des pôles.
Ces courants sont d’autant plus rapides et puissants que la différence de température entre la zone chaude et la zone froide est importante.
Mais si la différence de température diminue, ils ralentissent et donc fluctuent plus et créent ainsi des gouttes froides et des dômes, ce qu’on a vécu tout en 2023.
Et comme les pôles se réchauffent quatre fois plus vite que le reste du monde, la différence d’amplitude se réduit en température.
Donc ces phénomènes vont nécessairement s’amplifier.
Donc même si nous assistons aujourd’hui à des épisodes généralement courts, il faut se préparer à leur intensification et à leur augmentation dans la durée.
Quelles sont les pistes complémentaires de conception à explorer ?
Aujourd’hui, j’en vois qu’une.
Faut pas tourner autour du pot.
Si on ne peut pas trouver de l’air froid pour rafraîchir le bâtiment pendant la nuit, il va falloir produire du froid.
Calmez-vous, ne hurlez pas tout de suite, attendez un peu avant de me cataloguer tout de suite dans les boomers inconscients.
Il y a des solutions.
D’ailleurs, reprenons la philosophie des maisons passives.
Comment concevoir, calculer et construire des maisons optimisant les besoins de chauffage en hiver ?
Il n’a jamais été question de ne pas avoir de chauffage.
D’ailleurs, l’objectif est de ne pas consommer plus de 15 kWh par mètre carré par an d’énergie pour se chauffer.
Il faut donc reprendre le même principe directeur pour l’énergie consacrée au rafraîchissement, ou aux deux, par exemple, à la somme des deux.
Sachant d’ailleurs que, logiquement, plus le besoin de chauffage va diminuer avec le réchauffement climatique, plus le besoin de rafraîchissement risque d’augmenter.
Et les performances des maisons passives permettent d’envisager bien d’autres stratégies que la climatisation de base.
Vous le savez, la climatisation, c’est coûteux à construire énergétiquement, c’est coûteux financièrement à maintenir, et c’est surtout très énergivore et très peu performant.
Personne ne me fera croire que faire de l’air à 20 degrés avec de l’air à 40 degrés peut se faire de façon économique.
Et puis, dernier point, elle amplifie le problème : il faut de l’énergie pour la produire, elle consomme de l’énergie et provoque des phénomènes d’îlots de chaleur en rejetant du chaud vers ceux qui n’en possèdent pas.
Elle ne va donc pas du tout dans le sens de l’histoire.
Par contre, il existe deux solutions intéressantes à regarder : le puits climatique et le rafraîchissement adiabatique.
Ces deux solutions ont plusieurs mérites.
Elles sont plutôt simples techniquement, donc moins coûteuses à maintenir ou à entretenir, nécessitent peu d’énergie électrique à l’usage, mais ont toutes les deux le même inconvénient : elles sont peu puissantes, donc peu développées car pas adaptées à la très grande majorité des logements actuels.
Mais dans le cas de nos maisons passives ?
Regardons le puits climatique tout d’abord.
Le principe est simple, j’en ai déjà parlé dans la vidéo sur le puits canadien relié à la double flux.
Il s’agit d’utiliser la fraîcheur de la terre en profondeur (environ 2 m) ou de l’eau d’un puits pour faire circuler un liquide qui va se refroidir et ainsi rafraîchir l’air par l’intermédiaire d’un échangeur.
L’investissement est surtout dans le réseau d’échange.
Il s’agit d’enfouir assez profondément entre 100 à 200 m de tuyaux à 2 m sous terre.
Donc c’est plutôt compliqué à faire après la construction.
En revanche, si c’est pensé dès le début, si c’est prévu au moment des terrassements par exemple, ou on peut les mettre dans les fonds de fouille des fondations, ça devient tout de suite moins coûteux.
Regardons son efficacité.
Voici l’exemple d’une abaque d’un échangeur du marché.
Nous voyons que si l’entrée de l’air est à 28 degrés, que la température du puits est à 12 degrés, avec un débit de 60 décimètres cubes par seconde, soit 216 mètres cubes par heure, l’air soufflé sera aux alentours de 17 degrés.
Vous allez me dire si l’air qui arrive dans l’échangeur est à 28 degrés, c’est pas très chaud, on n’est pas en canicule.
Oui, mais n’oubliez pas que la position optimale du puits climatique est après la VMC double flux.
Donc l’air chaud est déjà passé par la VMC.
Donc si on prend de l’air intérieur à 25 degrés Celsius avec une VMC qui a à peu près 85 % de rendement, ce qui est classique, c’est qu’on a pris de l’air à l’extérieur à 45 degrés Celsius.
Le calcul est rapide : 3 degrés d’écart avec l’air intérieur divisé par 0,15, soit 20 degrés d’écart à l’origine.
Donc ce sont bien des conditions caniculaires.
Cela représente quelle quantité de refroidissement ?
216 m3/h avec 8 degrés d’écart (25 – 17) fois la capacité calorifique volumique de l’air (0,34 Wh/m3.K) = 587 Wh apportés en une heure, soit environ 0,6 kW de puissance.
Vous voyez, ce n’est pas énorme.
Et puis d’ailleurs, ça va se dégrader au fur et à mesure, parce que le puits va se réchauffer.
Donc il faudra l’utiliser par intermittence et laisser le temps au puits climatique de décharger sa chaleur.
Mais malgré tout, cela couvre environ 50 % du besoin de puissance calculé précédemment par le PHPP.
Donc ce n’est pas suffisant, mais c’est quand même de l’ordre de grandeur du problème.
Heureusement, il existe une seconde solution : le rafraîchisseur adiabatique.
Le principe est calqué sur la transpiration ou sur le rafraîchissement par brumisation.
L’air passe à travers une membrane humide et le passage de l’eau de l’état liquide à l’état gazeux va pomper de l’énergie dans l’air, donc va le refroidir.
C’est ce que fait d’ailleurs votre peau en transpirant pour refroidir votre corps, et c’est plutôt efficace.
Dans notre cas, il s’agit d’un autre échangeur qui refroidit l’air du réseau d’air de la VMC.
Alors, à l’origine, c’était plutôt des systèmes d’humidification de l’air dans les maisons passives pour pallier le risque d’assèchement de l’air en hiver.
Il a été détourné de son usage, un peu boosté pour gagner en efficacité, et surtout, il est placé sur l’air rejeté avant la double flux.
L’air intérieur vicié est refroidi avant le passage par la double flux.
Donc la performance de l’échangeur va augmenter, et surtout, l’humidité générée sera rejetée à l’extérieur, et ça c’est plutôt malin.
Ce n’est pas nouveau, cela existe déjà sur les grosses CTA (les centres de traitement de l’air) industriels, par exemple les ventilations des immeubles ou de bureaux.
Sur des maisons, c’est plutôt rare.
Ça va consommer de l’ordre de 30 litres par jour, soit de l’ordre d’une douche.
Et sa performance est d’environ 2 kW pour 800 m3/h maximum de débit et 5 litres par heure.
Donc pour 200 m3/h, on aura une puissance du quart, à peu près de 0,5 kW, et ça va consommer un peu plus d’1 litre par heure, ce que je vous disais, de l’ordre d’une douche.
Une fois de plus, ce n’est pas très puissant.
Mais souvenez-vous, le besoin de puissance de refroidissement pour ma maison passive était de 1100 W.
Donc si je combine les deux systèmes, et ça c’est possible puisque un est sur l’air soufflé et l’autre c’est sur l’air repris, nous arrivons à peu près à cette puissance.
Évidemment, ce sont des calculs approximatifs et qui demandent à être affinés.
Mais l’idée de ce propos est de montrer que c’est le même ordre de grandeur, et qu’une fois de plus, une maison passive bien conçue est non seulement adaptée au climat actuel, mais surtout possède une capacité de résilience bien supérieure aux autres maisons en cas d’aggravation des conditions climatiques.
Elle permettra de mieux gérer les épisodes extrêmes, et avec un panel de solutions bien plus étendu.
Et les consommations d’énergie nécessaires à supporter les épisodes caniculaires sont relativement modestes et peuvent largement être générées par une petite installation solaire.
Et c’est ça la solution intelligente : des panneaux solaires sont très productifs au moment où on en a besoin d’énergie pour rafraîchir la maison, ce qui garantit non seulement un coût d’exploitation bas, mais surtout une autonomie à un moment où, je le rappelle, l’électricité va être fortement demandée pour alimenter toutes les climatisations puissantes que nos concitoyens vont installer sans se poser aucune question.
Pour compléter, j’aimerais aborder une autre idée qui intuitivement paraît futée.
Si nous anticipons que dans l’avenir plus ou moins proche, le problème principal sera de se protéger contre la chaleur et moins contre le froid, on peut être tenté de sacrifier le confort d’hiver, de moins en moins nécessaire, en privilégiant le confort d’été.
Par exemple, une idée serait de poser la maison sur une dalle béton non isolée.
Elle profitera ainsi de la fraîcheur que la terre apporte par sa masse directement par le sol.
Quoi de mieux que de marcher pieds nus en pleine canicule sur un sol frais ?
L’idée est tentante, mais voyons plutôt ce que ça donne précisément.
J’ai repris le même exemple, la même maison passive.
Elle est en ossature bois avec une dalle bois isolée.
Sa consommation de chauffage, souvenez-vous, 13 kWh par mètre carré par an, et avec un besoin de puissance maximum de 15 W par mètre carré.
Et sa consommation de froid est de 4,6 kWh par mètre carré par an pour une puissance de 1100 W de froid, soit 9 W par mètre carré.
Si je modifie dans mes paramètres la dalle bois en mettant une dalle béton de 15 cm avec 10 cm de gravier en dessous et en contact direct avec la terre, donc sans aucun isolant, excepté une isolation périphérique pour couper les ponts thermiques avec les longrines de la maison.
On a un contact très direct avec l’inertie de la terre.
Et les résultats sont les suivants.
Effectivement, j’annule presque mon besoin de rafraîchissement avec une consommation de 0,3 kWh par mètre carré par an et une puissance de l’ordre de 500 W, soit moins de 5 W par mètre carré.
Mais le problème, c’est le comportement en hiver : 43 kWh par mètre carré par an et une puissance nécessaire de 23 W par mètre carré.
Et là, on est très loin du passif.
Concrètement, ça signifie quoi ?
Le problème principal ne sera pas la consommation.
43 kWh par mètre carré par an reste relativement économique par rapport à l’habitat classique, et devrait d’ailleurs logiquement diminuer avec le réchauffement climatique.
Mais c’est le confort thermique qui va être le plus problématique.
En hiver, cette masse fraîche sur toute la surface de la maison va nécessiter non seulement de chauffer dans chaque pièce, puisqu’il y aura des déperditions partout, mais en plus, le rayonnement de la dalle va certainement pousser à monter la température de confort, donc accentuer la consommation.
Vous le voyez, cette idée ne semble pas fonctionner.
Et même si nous anticipons des modifications de température moyenne, il continuera à faire froid l’hiver.
Et il n’existe pas encore de moyen simple de retirer l’isolant en été pour le remettre à chaque hiver.
Enfin, un dernier point moins problématique à traiter, mais qui risque de s’intensifier dans l’avenir : le cas des surchauffes intersaisons.
Nous pouvons observer cette année en 2023 des températures bien au-dessus de la moyenne au printemps et surtout en septembre-octobre.
Ce n’est pas un problème en tant que tel.
En journée, la température pouvait atteindre 33-34 degrés, mais avec des nuits fraîches qui permettaient donc de bien refroidir la maison.
Donc on se retrouve dans un cas classique d’été.
Pas tout à fait.
Parce qu’à ces dates, on est loin du solstice d’été qui est vers le 20 juin.
Donc le soleil, même s’il est moins puissant qu’en été, il est bien plus bas.
Donc toutes les protections passives fixes comme les casquettes, les pergolas ou les larges débords de toit, qui sont habituellement calculées pour empêcher le soleil de toucher les vitrages orientés au sud les deux mois problématiques d’été, tous ces systèmes sont bien moins efficaces en intersaison.
Et le risque de surchauffe est bien réel.
On a des apports solaires directs, mais très peu de déperditions pour équilibrer l’ensemble.
Et même si on ouvre les fenêtres, et dans ce cas, on va assister à de fortes variations au cours de la journée, car l’effet de serre, celui qui est censé nous chauffer, va fonctionner à fond.
La maison va donc accumuler énormément de chaleur.
Par exemple, ici, le 7 octobre, on est monté à plus de 30 degrés à l’intérieur.
C’est pourquoi on ne peut pas tout baser sur des systèmes fixes, ou même sur la végétation à feuillage caduc, ou aussi sur la simple architecture du bâtiment comme de grandes dépassées de toiture.
Il est donc impératif de compléter les systèmes passifs par des occultations extérieures mobiles : des volets coulissants ou battants, et puis les BSO évidemment.
Que pouvons-nous conclure ?
L’approche passive, même si elle s’appuie sur des données passées, reste parfaitement adaptée à une conception prenant en compte les évolutions du climat que les scientifiques sont en train d’anticiper.
Il suffit de consacrer un peu plus de temps au risque de surchauffe et d’être plus exigeant sur ce point que le minimum requis par la démarche passive.
D’ailleurs, il y a fort à parier que les prochaines évolutions du PHPP intègrent la problématique caniculaire à ses calculs de manière plus poussée qu’aujourd’hui.
Et même si une maison passive n’empêchera pas le besoin d’une source de rafraîchissement pour les cas les plus extrêmes, elle en réduit fortement la puissance.
Et donc permet d’envisager des solutions qui s’inscrivent dans une démarche plus simple, plus économe et surtout plus résiliente face à ce défi qui va se présenter à nous.
Et donc les deux solutions que j’ai présentées ici sont à envisager dès la conception du projet, même si elles ne sont pas installées tout de suite, car elles possèdent aussi un dernier avantage.
Imaginez que les conditions se dégradent, ce qui n’est pas très dur.
Vous avez déjà un puits climatique, donc un échangeur entre l’eau du puits et l’air soufflé.
Et s’il se révèle plus assez puissant, une toute petite pompe à chaleur eau-eau associée au puits climatique permettra de générer très facilement plus de froid et facilement utilisable par le biais de l’échangeur de la VMC.
Cela en fait donc une solution évolutive en cas de durcissement des conditions climatiques.
Voilà, surtout si vous avez un avis sur ce sujet et si vous avez déjà expérimenté d’autres solutions, faites-nous en profiter, mettez ça dans les commentaires.
Je répondrai à tous les commentaires qui permettent de faire évoluer le sujet ou de compléter le sujet.
Je ne répondrai pas aux questions personnelles ou propres à chacun, le principe est vraiment que ça profite à tous.
Donc, sentez-vous libre de pouvoir faire ce genre de commentaires et ce genre de réactions.
À bientôt.
