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Performances : un bâtiment sans chauffage (ou presque)

mercredi 13 mars 2013, par baraka

Conception bioclimatique, isolation renforcée, étanchéité, ventilation, récupération de la chaleur permettent d’envisager des performances thermiques de 5kWh/m2/an en énergie utile.

Performances attendues - consommation énergétique

Au vu de la situation de notre terrain, et en intégrant dès les premières esquisses, les exigences d’une conception de bâtiment passif, nous attendons des performances thermiques de 5kWh/m2/an en énergie utile. La méthode de conception et de calcul (Passiv Haus Planning Package, ou Minergie-P) sera choisie lors de l’approfondissement des études en fonction de cette exigence de performances en énergie utile.

Cette exigence affichée nous permet de répondre aux exigences de l’appel à projet, qui réclame une consommation d’énergie primaire de 5kWh/m2, pour le chauffage, le refroidissement, la ventilation, la production d’ECS et l’éclairage des locaux).

En effet, en adoptant une conception de maison passive, nous traitons les principaux postes — chauffage et de refroidissement - avec des critères plus sévères.

Les autres postes de consommation d’énergie dans l’immeuble Baraka seront :

  • Les machines de la cuisine du restaurant, qui ne sont pas prises en compte dans les exigences, mais que nous traiterons grâce à l’achat d’équipement performant et adéquat.
  • La ventilation, qu’il faudra mettre au point dans l’étude thermique. On gardera pour objectif une consommation minimale d’énergie. Dans cette optique, un système d’échangeur de chaleur avec l’air chaud extrait de la cuisine sera créé et mis au point.
  • L’ascenseur.
  • L’éclairage, qui sera composé de lampes à basse consommation et de Led. Par ailleurs la faiblesse des masques solaires du site — tout à fait exceptionnelle en milieu urbain—, mis en valeur par la conception architecturale de l’édifice, permettra d’optimiser l’éclairage naturel dans les espaces de vie.
  • Les autres équipements liés à l’occupation de l’immeuble (ordinateurs, dispositifs de sonorisation et de projection d’image...) et qui ne sont pas non plus pris en compte dans les exigences de l’appel à projet.
  • Le dispositif de pompe, de contrôle et d’assistance à la production par capteurs solaires thermiques de l’eau chaude sanitaire.

Notons encore qu’en plus de prévoir une forte réduction de l’énergie consommée au cours de la vie de l’immeuble Baraka (au regard des standards actuels de la construction), nous sommes aussi attentifs à l’énergie consommée lors de sa fabrication et, nous le verrons ensuite, les matériaux ont été et seront choisis en intégrant les critères d’énergie grise et de cycle de vie.

Pour la performance thermique, les facteurs pris en compte lors de l’esquisse du projet sont les suivants :

  • Conception bioclimatique (composition, orientation).
  • Isolation renforcée (bottes de paille et laines agro-sourcées).
  • Traitement des ponts thermiques.
  • Étanchéité à l’air.
  • Ventilation assistée, tempérée, assujettie à l’occupation de l’immeuble.
  • Inertie thermique du bâti.
  • Valorisation de l’énergie solaire.
  • Confort d’été.

Conception bioclimatique

Le terrain bénéficie d’un bon ensoleillement : il est situé à l’angle de deux rues qui permettent des façades sud-est et sud-ouest. Ces rue sont étroites mais au sud de l’édifice, un terrain promis à un avenir de parc urbain évite la présence de masques solaires importants.

C’est une situation exceptionnelle pour un environnement urbain. La composition du bâtiment optimise cette situation : au sud, les pièces de vie, éclairées par des vitrages abondants et performants. Au nord, les pièces secondaires, contre des murs mitoyens à isolation renforcée. Un hall de distribution joue le rôle de sas qui permet de réguler les échanges d’air avec l’extérieur.

Isolation renforcée

L’isolation sera réalisée par le remplissage de l’ossature bois du bâtiment avec des bottes de paille. Un mur en bottes de paille avec, tel que nous envisageons de le construire, des enduits de terre à l’intérieur et une vêture de feutre de bois puis de bardage à l’extérieur, atteint un coefficient de transmission thermique de 0.17 W/m2.°C. La paille ne craint pas le feu car elle est trop dense et les flammes n’y trouvent pas assez d’oxygène, elle ne craint pas les insectes et les rongeurs qui n’y trouvent rien à manger (on utilise de la paille, pas du foin) ; le grand méchant loup, qui terrorise les malheureux petits cochons, n’a pas encore été aperçu à Roubaix.
La botte de paille est une ressource renouvelable (chaque année !) qui valorise un sous produit agricole. À l’instar du bois, la paille stocke le CO2. Son cycle de vie est exemplaire, nécessitant une énergie grise extrêmement faible (à condition de s’approvisionner localement, ce qu’évidemment nous ferons), la paille ne génère que très peu de nuisance lors du chantier (matériau léger, qui se découpe sans bruit, qui ne nécessite pas d’eau), dont la pollution est quasi nulle (des poussières non toxiques) et qui se valorise facilement après un démontage (compostage). La "perspiration" de la paille et sa capacité à agir comme un volant hygrothermique font de sa mise en œuvre un atout certain pour le confort et la santé des usagers de notre immeuble. Dans les cas où la pose de paille ne sera pas possible, on réalisera l’isolation par insufflation de ouate de cellulose, matériau sain, perspirant et très efficace.

Par ailleurs, les fondations et la dalle du rez de chaussée bénéficieront d’une isolation renforcée. On prévoit de réaliser une dalle de chaux et de chanvre. Les éléments porteurs en béton armés seront isolés par l’extérieur, avec un isolant hydrofuge, du sol naturel.

Traitement des ponts thermiques

L’immeuble Baraka sera construit en ossature bois, son isolation sera réalisée par un remplissage de bottes de paille qui viendront entre les montants de structure bois, mais aussi en saillie par rapport à ceux ci.

Les ponts thermiques à traiter se situent alors dans les liaisons murs-planchers, murs-toiture, et refend-façades. C’est pourquoi les nez de ces murs et des éléments de bois massif faisant plancher et toiture seront recouverts d’une laine agro-sourcée (lin, chanvre ou même bois) qui neutralisera le pont thermique. Les linteau, tableau et appuis des baies. On pré-fabriquera des pré-cadres, assemblés et isolés, autour des menuiseries de sorte à annuler tout pont thermique et aussi à faciliter la mise en œuvre.

Une isolation performante, avec un matériau adéquat et des ponts thermique traités, est aussi tributaire de la qualité de sa mise en œuvre. En effet, une infiltration d’air non souhaitée ou non contrôlée dégrade sérieusement (jusqu’à 50%) les performances de l’isolant. D’une part parce que dans l’isolant, ce qui isole, c’est l’air immobile, et d’autre part parce que la vapeur d’eau va s’y infiltrer irrégulièrement, jusqu’à condenser. C’est pour cela que nous devrons particulièrement soigner l’étanchéité à l’air.

Étanchéité à l’air et confort hygrométrique

C’est un aspect décisif de la qualité de la construction, habituellement ignoré, mais qui est indispensable pour réaliser une construction passive. Le choix du mode constructif est particulièrement avantageux pour réussir l’étanchéité.
La réalisation du dispositif d’étanchéité, pris en compte dès la conception constructive de l’édifice, sera réalisée avec des enduits en terre et de chaux, sur la face intérieure des murs en bottes de paille. Les enduits sont souples, parfaitement continus et micro-poreux. On évitera les trous dans l’enduit pour passer les gaines d’électricité, le câblage de l’immeuble Baraka sera réalisé en goulottes. Des films freine vapeur, mi textile, mi papier, qui fonctionnent comme les tissus gore tex. Ces films envelopperont tous les murs non enduits. Ils seront ensuite recouverts par une plaque de gypse renforcée. Le film sera indispensable pour réaliser toutes jonctions entre planchers, murs, baies et gaines. Tous les éléments nécessitants d’être "emballés" le seront avec des pliages dignes de l’art de l’origami.

On construira ainsi une enveloppe soignée, parfaitement continue.
Pour être clair, il faut noter ici que l’étanchéité à l’air ne signifie pas que les murs construits seront imperméables et étanches à la vapeur d’eau comme le sont les sacs plastiques. Au contraire, à l’image d’un vêtement gore tex bien fermé, les murs du bâtiment seront "perspirants", ils laisseront migrer la vapeur d’eau vers l’extérieur afin de réguler l’ambiance intérieure : il s’agit d’y préserver un air sec pour le confort et la santé.

Ainsi, les murs seront composés de matériaux micro-poreux, organisés en fonction de leur perméabilité (la face extérieure -le pare pluie sous bardage- sera ainsi cinq fois plus "ouverte" que l’enduit en terre ou le film freine vapeur sous plaque de gypse de la face intérieure).

Pour contrôler la qualité de notre étanchéité à l’air, on aura recours au test de la "porte soufflante" (plus répandu sous son nom anglophone blowerdoor) qui met la construction sous pression pour observer toutes les fuites et les traiter.

Ventilation

Ici encore, les objectifs sont très clairs : atteindre la performance thermique visée, tout en limitant la dépense d’énergie et en préservant la qualité de l’air.

Du fait de l’occupation irrégulière des locaux -le plus souvent vides et parfois combles pendant plusieurs heures-, la ventilation devra, a priori, être assistée par une machine.

D’autre part, nos exigences en matière de performances thermiques ne nous permettent pas, a priori encore, de faire entrer l’air neuf nécessaire directement depuis l’extérieur.

Des dispositifs de ventilation double flux, de ventilation assujettie à des capteurs (humidité, présence et vitesse du vent), de ventilation naturelle et d’utilisation de la chaleur dégagée par l’évacuation des hôtes de la cuisine sont envisagés et feront l’objet de toutes les attentions lors de la conception thermique, menée avec le bureau d’étude.

Nous serons particulièrement vigilants au choix et à la mise en œuvre du système de ventilation au regard de la qualité de l’air, car les gaines de ventilation sont généralement sales, et dans le cas de l’air entrant, un système de filtre ne pourra pas tout résoudre et nécessitera un entretien contraignant.

Inertie thermique

Dans une optique de régulation de la température des locaux malgré l’irrégularité de la présence des éléments de chauffage, à savoir le soleil d’une part, et les occupants de l’autre, et malgré la diversité de l’occupation des locaux (bureaux occupés toute la journée, restaurant comble à treize heures, salle comble à vingt heures...), il sera indispensable d’utiliser les qualités d’inertie de différents matériaux (paille, chape chaux, terre crue...) de sorte que le bâtiment absorbe/restitue la chaleur qu’il reçoit. La nature, la disposition et la dimension des éléments réalisant l’inertie sera précisée par les études thermiques.

Valorisation de l’énergie solaire

On l’a vu, les façades sud-est et sud-ouest seront ouvertes par de larges baies qui permettront de faire entrer les rayons du soleil dans les espaces de l’immeuble Baraka. Ces espaces auront des sols et des murs "captants" faits de matériaux à bonne inertie thermique, comme nous venons de le voir. Par ailleurs un dispositif de production d’eau chaude par capteurs solaire thermique sera placé en toiture.

De valorisation de l’énergie solaire, nous parlons encore en évoquant le fait que notre immeuble sera abondamment végétalisé, bénéficiant d’une toiture végétale (végétation extensive) et de nombreux bacs à jardins (végétation intensive) sur le toit terrasse et suspendus à la façades. Toutes ces plantes absorberont une belle quantité d’énergie solaire au cours de la photosynthèse (en absorbant au passage du CO2), synthèse dont nous pourrions goûter les produits, sous formes de légumes et d’aromates.

Confort thermique d’été

La modénature des façades sud-est et sud-ouest sera faite de petits ouvrage en bois saillants, accueillant de petits bacs plantés sur le dessus et débordant par rapport à la façade d’une longueur qui correspond à un quart de la hauteur des baies qu’ils surplombent. En somme, il s’agit que la modénature serve de pare-soleil, ou bien que les pare-soleil forment une modénature, c’est selon. Les baies seront ainsi protégées du rayonnement solaire agressif des journées d’été, tout en bénéficiant du soleil de l’hiver.

L’importante végétation installée en toiture et en façade permettra d’absorber l’énergie solaire et fera de l’ombre à la construction. Un dispositif de rafraichissement de l’air entrant en été sera étudié dans l’étude thermique, mais, sans attendre ses conclusions, nous avons d’ores et déjà banni tout climatiseur.

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