Construction d'une maison écologique

Calcul des économies d'énergie de notre maison écologique consommant 10 fois moins d'énergie et produisant 100 fois moins de CO2

Le calcul présenté ci-dessous a pour but d'estimer le gain en énergie qu'on peut raisonnablement atteindre grâce aux procédés mis en oeuvre pour la construction d'une maison écologique.

Un de nos amis, écologiste de longue date, a construit (de ses mains) une maison avec structure en bois et d'épais murs en bottes de paille enduits de chaux, le tout chauffé uniquement au bois, avec d'excellents résultats à la fois esthétiques, thermiques et au niveau du confort (et la maison tient toujours 15 ans après, contrairement à ce que certains pourraient craindre au premier abord en ne connaissant pas ces techniques de construction). Toutefois cela requiert du temps et des talents de bricoleur qui ne sont pas à la portée de tous, et une telle construction ne serait pas forcémment autorisée par la commission d'urbanisme qui délivre les permis de construire dans la plupart des villes françaises.

Nous souhaitons que notre maison écologique, aussi performante que possible thermiquement et sur le plan du confort, soit cependant facile à construire et surtout à faire construire par des entreprises et artisans utilisant des matériaux disponibles dans la plupart des grandes surfaces de bricolage type Castorama ou Leroy-Merlin. Dans la suite ci-dessous nous étudions donc une maison faisant l'objet d'une construction traditionnelle réalisable par des maçons et ouvriers ordinaires (ou bricoleurs du dimanche expérimentés), en faisant à différents niveaux les choix les plus judicieux (sans trop se ruiner quand même).

Notre maison écologique ressemble donc très fortement à une maison ordinaire (pratiquement aucune différence sur le plan visuel hormis quelques détails que seuls les spécialistes verront), que ce soit vu de l'extérieur ou de l'intérieur.

Elle est cependant dotée de particularités (listées ci-dessous) dont chacune lui donne un avantage thermique (que nous chiffrons ci-dessous) permettant, pour un surcoût raisonnable et facile à couvrir en réalisant soi-même une partie des travaux (cette question fera l'objet d'un autre document ultérieurement) d'améliorer grandement, comme nous allons le voir, les performances thermiques d'une habitation (maison ou apartement), allant jusqu'à multiplier par 3 (comme nous allons le voir) les performances thermiques du bâtiment.

Il est intéressant de remarquer que les choix ci-dessous améliorent non seulement les performances thermiques, mais aussi dans bien des cas le CONFORT et la QUALITE (tenue dans le temps) de l'habitation. Une maison écologique ainsi construite est plus stable thermiquement, a moins de courants d'air, ne présente pas de condensation sur les fenêtres, murs ou planchers (donc les papiers peints ne se décollent pas dans les angles), l'air y est plus pur (étant filtré par le système de ventilation écologique), etc. Il y a donc des gains (sans doute plus difficiles à chiffrer, mais bien réels) à d'autres niveau que les économies de CO2 sur le chauffage, pour le confort et la santé.

La réglementation thermique en France a beaucoup évolué avec le temps (dans le bon sens) et une maison construite aujourd'hui consomme déjà environ 2 fois moins d'énergie à chauffer qu'une maison moins bien isolée construite dans les années 1970. Cela va dans le bon sens, mais il est possible de faire encore beaucoup mieux, comme nous allons le voir.

Nous prenons comme référence une construction classique conforme à la réglementation thermique actuellement en vigueur en France (RT 2005).

Cette habitation RT 2005 typiquement construite en France aujourd'hui comporte des murs en parpaings, des double-vitrages standard avec vitres 4/16/4, une isolation des murs par l'intérieur au moyen de 8 ou 10 cm polystyrène + 1 cm de plâtre (BA13) et 15 cm de laine de verre de qualité standard sous toiture.

Nous étudierons le cas typique de notre maison écologique en région parisienne.

Les pertes thermiques d'une habitation standard (selon l'ADEME) se répartisssent de la maière suivante :

- 30% de la chaleur s'échappe par la toiture
- 25% par les murs
- 20% par la ventilation
- 13% par les fenêtres
- 7% par le sol
- 5% par les ponts thermiques au niveau des planchers et des murs de refend.

Ceci est résumé sur le schéma suivant :
http://www.comby.org/photos/maison/ecolo/maison-ecolo-pertes.jpg

Sans trop se ruiner il est possible d'agir sur chacun de ces niveaux pour minimiser les pertes thermiques de l'habitation, simplement en choisissant les bonnes méthodes de construction, de chauffage et de ventilation.

Par rapport à l'ensemble de la consommation d'énergie pour le chauffage d'une maison standard de même surface, on peut gagner :

- Isolation sous toiture avec 30 cm de laine de verre en deux couches croisées entre et sous chevrons équivalente à 45 cm de laine de verre ordinaire (par exemple, laine de verre type ISOVER/St Gobain système intégra Vario GR32 avec lambda = 0,0032 W/(m.°C) ; on pourra utiliser d'autres matériaux isolants telles que la laine de chanvre, la plume de canard, les flocons... avec des résultats plus ou moins bons selon les cas) au lieu de 15 cm de laine de verre ordinaire sous toiture : l'efficacité de l'isolant étant multipliée par 3, gain des 2/3 de 30% = 20%

- VMC double-flux : récupère 90% de la chaleur de l'air de ventilation, soit un gain par rapport au total des pertes thermiques de 90% de 20% = 18%

- Isolation des murs extérieurs de l'habitation avec 10 cm de laine de verre performante (lambda = 0,0032 W/(m.°C) équivalente à 15 cm de laine de verre ordinaire, par exemple le système OPTIMA GR32 d'ISOVER qui en plus est très facile à poser) au lieu de 8 cm + construction avec des briques isolantes type MONOMUR ou MURBRIC POROTHERM dont la conductivité thermique est environ 10 fois moindre que celle des parepaings, posés avec joints minces de 1 mm permettant aussi des économies de mortier et de temps sur la pose: gain sur l'isolation murale de 70% de 25% = 17,5%

- Vitrages à isolation renforcée (par rapport au double vitrage classique 4/16/4) par traitement qui retient les infra-rouges, et comprenant une lame d'argon entre les deux vitrages pour améliorer l'isolation, le surcoût par rapport au double vitrage classique est faible et permet un gain d'environ 30% sur les pertes thermiques par les fenêtres qui réprésentent 13% des déperditions thermiqques habituelles d'une habitation ; 30% de 13% = 4%

- Réduction ou suppression des ponts thermiques (en utilisant des planelles de rives isolantes ou en effectuant une rupture des ponts thermiques par 2 ou 3 cm de polystyrène extrudé placé à la jonction entre les murs périphériques et les murs de refend ou les planchers) : gain de 40% sur 5% = 2%

- Meilleure isolation des sols et du sous-sol : gain de 40% sur 7% = 3%

- Puits canadien : il permet la climatisation quasimment gratuite en été et un gain de 10% sur les pertes thermiques en hiver (environ la moitié des pertes thermiques par la ventilation), chiffre qu'il convient de ramener à 1% (la moitié de 2% dans notre cas avec une VMC double-flux, soit = 1%

TOTAL GAGNE DU FAIT DES TECHNIQUES DE CONSTRUCTION= 65,5%
CECI INDEPENDAMMENT DU MODE DE CHAUFFAGE) (20 + 18 + 17,5 + 4 + 2 + 3 + 1)(coef de 0,345)

Soit, s'agissant d'un ordre de grandeur théorique, la possibilité de progresser d'un facteur 3.

Remarque : en hiver, dans notre cas, du fait de la présence d'une VMC double -fllux (bien plus efficace) le puits canadien participe peu aux économies d'énergie (mais quand même un peu). Il permet cependant de gagner environ 1% sur la dépense énergétique global (ce qui est faible, mais pas négligeable) et de préconditionner l'air distribué qui étant à meilleure température améliore le confort, supprime tout risque condensation même par temps froid en hiver et par temps chaud et humide en été. Le puits canadien permet surtout une climatisation gratuite de l'habitation en été.

Remarque : l'isolation par l'extérieur est une autre option possible. Cela permet de gagner au niveau des ponts thermiques, gain supplémentaire possible maxi à ce niveau de 3%), mais il s'agit alors en général de polystyrène extrudé de 100 ou 120 mm d'épaisseur, moins performant thermiquement que notre isolation intérieure équivalente à 150 mm de laine de verre standard. Sauf à faire une double isolation (intérieure ET extérieure, ce qui surenchérirait nettement le prix de l'habitation) ce n'est donc pas intéressant (mais reste une option possible pour plus tard).

Remarque : le choix des briques plutôt que des parpaings permet de diminuer la consommation d'énergie au niveau des matériaux de construction par rapport aux parpaings. En effet un parpaing, c'est du ciment, et la fabrication du ciment consomme beaucoup d'énergie. Il faut environ 5 fois plus d'énergie pour fabriquer un parpaing qu'une brique.

Les économies d'énergie ci-dessus (facteur 3) de notre maison écologique ne dépendent aucunement du mode de chauffage : l'habitation consomme trois fois moins d'énergie que l'on se chauffe avec une pompe à chaleur ou au feu de bois (ce qui est vivement recommandé), à l'électricité (moins bien) ou pire encore (émissions de CO2, pas bon pour la planète) au gaz, au charbon ou à l'électricité.

EN L'OCCURENCE NOUS AVONS DECIDE DE CHAUFFER NOTRE MAISON AVEC UNE POMPE A CHALEUR. Comme nous avons la chance d'avoir de l'eau sous la maison (nappe phréatique à 19 mètres de profondeur) nous avons choisi une pompe à chaleur EAU/EAU qui donne le meilleur COP (coefficient de performance) pour un maximum d'économies d'énergie. Avec la pompe à chaleur DIMPLEX type WI 14 CS que nous avons choisie, le COP est de 6 (pour la pompe à chaleur toute seule) avec dans notre cas une eau à 14°C, produisant 14kW de chaleur pour chauffer la maison (et l'eau chaude saintaire accessoirement) avec une consommation électrique de 2,33 kW, mais il faut rajouter 1kW pour la pompe immergée au fond du puits qui remonte l'eau de -19 m à 0 m d'altitude avec un débit de 6m3/h et 200 W pour la pompe de circulation qui distribue la chaleur dans l'habitation). Le COP réel de l'ensemble en fonctionnement est donc de 14/2,33+1,2 = 4 (gain en énergie par rapport à un chauffage électrique classique, soit un coefficient s'appliquant globalement de 1 / 4 = 0,25

En conjuguant POMPE A CHALEUR et TECHNIQUES DE CONSTRUCTION : coef global de 0,25 x 0,345 = 0,086

NOTRE MAISON ECOLOGIQUE CONSOMME DONC 10 à 12 FOIS MOINS D'ENERGIE que la même maison construite conformément aux normes actuellement en vigueur.

MAISON POSITIVE EN ENERGIE : avec quelques mètres carrés de capteurs solaires photovoltaiques sur le toit, cette maison est capable de produire plus d'énergie qu'elle n'en consomme. Remarque n°1 : pour que cela puisse être le cas, il faut avoir gagné d'abord le facteur 10 ci-dessus, sinon la surface de panneaux nécessaires est trop grande. Les économies d'énergie restent donc l'objectif prioritaire.

EMISSION de CO2 : en France, l'électricité est nucléaire+ hydraulique à plus de 90% et chaque kWh d'électricité émet 10 fois moins de CO2 dans l'atmopshère que dans un pays comme le Danemark ayant largement recours au gaz et au charbon pour sa production d'électricité. Donc, par rapport à la même maison écologique construite au Danemark, la nôtre construite en France et chauffée à l'électricité ou par pompe à chaleur rejette 10 fois moins de CO2. Remarque : du point de vue du CO2, le citoyen français standard chauffé à l'électricité est aussi performant que le citoyen Danois habitant dans la maison la plus écologique et la plus économe en énergie. Par rapport à une maison pas écologique construite au Danemark, notre maison écologique en France émet 100 FOIS MOINS DE CO2 DANS L'ATMOSPHERE (pour la même maison, à climat égale, même nombre de m2 et d'habitants, toutes choses égales par ailleurs).

Ce résultat montre qu'il existe de grandes possibilités (avec les techniques de cosntruction existantes, connues et abordables) pour les économies d'énergie dans la construction chez nous (facteur 10) et une marge plus importante encore pour réduire les émissions de CO2 provenant du chauffage des habitations dans le monde (réduction drastique d'un facteur 100 dans les pays non nucléarisés en conjuguant techniques écologiques de cosntruction et électricité nucléaire).

CONSOMMATION D'EAU : en récupérant l'eau de pluie par une citerne ou en utilisant l'eau du puits plutôt que l'eau du réseau sur les WC, machine à laver, lave-vaisselle, douche, WC et l'arrosage extérieur, on divise la consommation d'eau du réseau au moins d'un facteur 10 également (le volume de l'eau de boisson et cuisson qui continuerait à être pris sur l'eau de la ville est faible, moins de 10% du total consommé.

EAU CHAUDE SANITAIRE : 4 à 5 m2 de capteurs solaires sur le toit permettent de produire les deux tiers de l'eau chaude d'une famille typique en France. Le troisième tiers est généralement de l'électricité (pour les jours sans soleil). Dans le cas de notre maison écologique, nous disposons d'une pompe à chaleur (pour le chauffage) qui permet de transformer 1 calorie d'électricité en 3 calories pour l'eau chaude. Ce résultat est aussi bon qu'avec les panneaux solaires, nous avons donc décidé de ne pas installer de panneaux solaires et d'opter plutôt pour l'eau chaude par pompe à chaleur. dans ce cas, ce qui revient au même du point de vue du bilan énergétique final, gagnant un facteur 3 sur le chauffage de l'eau chaude domestique (par rapport à un chauffe-eau électrique classique). En termes de CO2 cela n'économise pas grand chose vu que notre électricité (en France) émet de toutes façons très peu de CO2, mais c'est toujours autant de gagné en écnomies d'énergie. Les panneaux solaires (ou la pompe à chaleur) sont particulièrement très intéressants pour lutter contre le réchauffement climatique, surtout lorsqu'ils remplacent un ancien chauffe-eau au gaz (ou au fioul) qui sont de gros émetteurs de CO2.

Tout ce qui est écrit ci-dessus correspond à des gains d'énergie à confort de vie égal (même température de 20°C dans la maison ou l'apartement, même consommation d'eau chaude, même quantité de plats cuisinés et de lessives à l'eau chaude, etc.)..

Il est possible de faire encore mieux et de gagner encore un facteur 2 en acceptant quelques menues modifications au niveau de son mode de vie.

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GAINS D'ENERGIE PAR LE MODE DE VIE :

- moins de cuisson ou cuisson solaire = pas de cuisinière à gaz et pas de plaques électriques (consommation estimée : une plaque de 1kW fonctionnant 2 heures par jour = économie de 700 kWh par an)

- faire sécher son linge dehors plutôt qu'en sèche-linge : 2kW x 1 h par jour x 365 jours par an = économie d'environ 700 kWh par an)

- faire la vaisselle à la main plutôt qu'au lave-vaisselle : environ moitié moins de gagné, aux alentours de 300 kWh par an. (un lave-vaisselle consomme environ la moitié de l'énergie d'un sèche linge pour une famille typique)

- ampoules basses consommation : gain d'un facteur 5 sur l'éclairage. 10 ampoules de 100 W = 1 kW brillant 6 heures par jour = 6kWh x 80% de gagné x 365 jours par an = économie de 1750 kWh par an)

Rappelons enfin qu'en France un °C de moins dans l'habitation c'est 7% de gagné sur la facture de chauffage, qu'une douche (pas trop longue) consomme environ 4 fois moins d'eau (et de chaleur pour l'eau chaude) qu'un bain, et qu'une douche froide de temps en temps (surtout en été), c'est excellent pour la santé !

TOTAL ECONOMISE AU NIVEAU DU MODE DE VIE / MODE DE CONSOMMATION environ 3000 kWh/an pour une famille

(à qualité de vie presque égale, juste un peu de temps pour étendre le linge et santé améliorée par une meilleure alimentation). Ce n'est pas rien ! Surtout si on a divisé par 10 l'énergie de chauffage, cela représente un pourcentage élevé de notre consommation d'énergie totale.

Un million de maisons en France ainsi équipées permettraient d'économiser la production d'énergie de l'équivalent de plusieurs centrales nucléaires fonctionnant en permanence à pleine puissance.

Comme il se construit environ 200 000 logements neufs en France chaque année, en supposant qu'une habitation sur deux ressemble à notre maison écologique, ce but est atteignable en une dizaine d'années.

Tout cela n'est pas négligeable du tout : on voit clairement qu'il reste des gisements d'économies d'énergie considérables à exploiter, si on le voulait vraiment.

Conclusion : Il faut relancer la chasse au gaspi des années 1970 !

Nous étudierons dans un prochain document la manière de faire des écnoomies d'énergie (et plus encore de CO2) dans le domaine des transports. Là aussi, il reste encore beaucoup de progrès à faire à la fois en utilisant de nouvelles technologies (voitures électriques) et en faisant évoluer nos comportements.

Qu'est-ce qu'un puits canadien ?

Voici quelques photos concernant la réalisation par des amis et membres
de l'AEPN d'un prototype de puits canadien, hautement écologique, mais
qui nécessite comme vous le verrez pas mal d'huile de pioche et une
bonne maitrise de la pelle, de la barre à mines et de la pelleteuse.

Voici les photos :
http://www.comby.org/photos/maison/puits-canadien/

Dans une maison correctement isolée, il y a peu de pertes thermiques par
les murs et les fenêtres et donc la majeure partie de l'énergie de
chauffage sert... à réchauffer l'air extérieur qui rentre dans la
maison. En effet la VMC (ventilation mécaniqque controlée) est
obligatoire dans toutes les constructions neuves est obligatoire et
impose un débit d'air minimal à chaque habitation (en l'occrrence 300
m3/h ce qui représente pas moins de 400 kilos d'air environ à renouveler
- et donc à réchauffer.

Le puits canadien consiste à placer un tuyau enterré (en l'occurrence en
PVC) sur 50 à 100 m de longueur (50m est le minimum recommandé) dans des
tranchées zigzaguant à 2,80 m de profondeur (au moins 1,50m) dans un
carré de 10m de côté. Le sous-sol est thermostaté toute l'année à 15°
environ à 2,50 m de profondeur. L'avantage est de réchauffer l'air avant
qu'l ne rentre dans l'habitation (et de le déshumidifier en été) ce qui
diminue substantiellement la facture de chauffage (environ 25-30%
d'économie sur le chauffage en hiver pour une maison bien isolé, l'air
entrant dans la maison à +15° même quand il fait 0° ou -25° dehors) et
100% d'économie sur la climatisation qui devient quasi gratuite tout en
augmentant le confort. En effet on climatise un grande maison avec un
simple ventilateur d'environ 100 W en été en faisant rentrer l'air dans
l'habitation à 15-18°C environ même quand il fait 30-35°C à l'extérieur.

Quelques commentaires

Le matériau recommandé est le PVC de terrassement (le même que pour les
égouts, cela se trouve chez les grossistes en fournitures de
terrassement et travaux publics), par exemple PUM. D'autres matériaux
sont possibles également : tuyau ciment (plus poussiéreux, moins bon
conducteur thermique), tuyaux annelés à l'extérieur lisses à
l'intérieur, etc.

Le diamètre du tuyau doit être de 200 mm pour un débit de 300 m3/h et
dépend aussi du nombre de coudes (à éviter car entrainent des pertes de
charge). Il faut veiller à ne pas dépasser une vitesse d'air dans le
tuyau de 3m/s. Un tuyau trop petit ne convient pas (pas assez de débit)
et trop gros non plus car l'air ne circule plus alors que dans la partie
centrale, empechant les échanges thermiques avec les parois. Le tuyau
doit être en pente douce (1% = 1 cm par mètre) pour évacuer dans un
petit regard (étanche) à l'arrivée dans l'habitation l'eau qui condense
dans le tuyau en été.

Il faut respecter un espace d'environ 1 mètre entre les tuyaux (mini =
50 cm) pour éviter de refroidir ou réchauffer tout le bloc de terrain
trop rapidement.

Faire des tranchées qui se croisent comme on y était obligé dans ce cas
compte tenu de la dimension limitée du terrain est assez délicat
techniquement pour la pelleteuse (je ne suis pas certain que même des
professionnels accepteraient de faire des tranchées aussi proches les
unes des autres et de réaliser ce genre de tracé à près de 3m de
profondeur).

Nos deux conducteurs de travaux amateurs s'en sont cependant pas trop
mal tirés (non sans peine). La pelleteuse est tombé en panne deux fois à
force de racler les cailloux du matin au soir.

Il a fallu une semaine de travail à deux. En l'occurrence on a utilisé
une pelleteuse de 2,5 T (modèle professionnel) équipée d'un godet de 50
cm. Sous la couche de terre végétale (50 cm) le terrain était
caillouteux et très dur. C'est assez physique.

En tout cas l'écologie nécessite pas mal d'huile de coude, de pioche...
et n'est pas de tout repos.

Vous remarquerez le petit tuyau rouge, collecteur de radon, placé à côté
du gros tuyau en PVC gris. Le petit tuyau rouge, percé d'un trou d'un mm
tous es 20 cm environ, débouche dans l'habitation. Une mini-pompe à air
placée à l'extrémité du tuyau permet ainsi d'aspirer l'air du sous-sol
et de disposer à volonté des bienfaits de l'hormésis pour ceux qui le
souhaitent (et permettra de faire des expériences sur le dosage optimal
de radon pour améliorer la longévité des souris par exemple).

En tout cas, après avoir bien sué, on se sent fier de pouvoir dans
l'avenir contribuer ainsi à protéger - un peu - la planète en consommant
moins (tout en améliorant le confort de son habitation).

Avec un grand merci à Pierre-François (et à Michel...) pour le coup de main.

L'AEPN rejoint ainsi le petit club très fermé des spécialistes du puits
canadien, car il y en a très peu d'installés en France (à vrai dire, même
au Canada, c'est très peu connu). On n'en recense actuellement qu'une
dizaine sur internet. Il y en a donc au total probablement pas plus que
quelques dizaines en tout actuellement installés en France.

Précisons que dans le cas où le terrain est un peu plus spacieux (au
moins 20-30 m de long, c'est nettement plus facile à réaliser (il suffit
de creuser une tranchée toute droite ou comportant peu de coudes avec la
pelleteuse, ce qui est alors à la portée de n'importe quel amateur ou
presque).

Ecologiquement vôtre,

Bruno

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