Technique et chantier Performance énergétique

Les défis du bâtiment sans chauffage

Mots clés : Démarche environnementale - Efficacité énergétique - Energie renouvelable - Equipements techniques et finitions - Réglementation thermique et énergétique

D’ici à quelques mois, la réglementation thermique va adopter l’actuel BBC comme standard de la construction neuve.
Dans ce contexte, le bâtiment sans chauffage, ou presque, est un jalon possible, voire souhaitable, avant l’étape suivante, celle du bâtiment à énergie positive.
Il passe par la valorisation des apports gratuits, la réduction des déperditions et l’intégration des énergies renouvelables.

Objectif souhaitable pour les uns, utopie ou même non sens économique pour les autres, le bâtiment sans chauffage est l’objet de toutes les controverses. « En France, il n’existe pas et n’existera jamais, hormis quelques prototypes qu’on trouvera ici ou là dans le Sud », assène Vincent Pierré, gérant du bureau d’études Terranergie. Ce dernier préfère parler de bâtiment passif, au sens du label allemand Passivhaus entre autres (15 kWh maximum d’énergie utile par an et par mètre carré de surface habitable pour l’ensemble des besoins de chauffage). Tout en précisant que, en raison de leur coût élevé, les constructions passives ne sont pas nécessairement pertinentes dans la maison individuelle, mais qu’elles ont plus de sens pour les logements en bande ou collectifs.

Stockage de chaleur

Alain Liébard, enseignant à l’École d’architecture de Paris-La-Villette et président de l’Observatoire des énergies renouvelables, approuve quant à lui le concept sans aucune réserve. « En Allemagne, on trouve des maisons solaires construites autour d’énormes cuves surisolées pour le stockage intersaisonnier d’eau chaude. Plutôt que de payer éternellement un chauffage d’appoint, même faible, il peut être intéressant de mettre dès le départ les moyens nécessaires pour s’en affranchir », dit-il. Moyennant 240 000 euros, le constructeur allemand Sonnenhaus propose ainsi une maison « catalogue » dont les 135 m² habitables sont intégralement chauffés l’hiver par l’énergie solaire captée au moyen de 35 m² de panneaux, puis emmagasinée dans une cuve de 60 m3. En France, l’Agence nationale de la recherche s’intéresse, elle aussi, à ce sujet par le biais du programme Prossis qui privilégie pour sa part le stockage thermochimique par concentration puis dilution de sels (en général, du bromure de lithium). La question qui se pose avec de telles solutions est évidemment celle du retour sur investissement.

Ventilation double flux

Mais sans aller jusqu’à ces options extrêmes ou futuristes, on peut, dès à présent, profiter d’évolutions techniques très favorables au plan de l’efficacité énergétique, ne serait-ce qu’en matière de récupération de chaleur sur l’air extrait des bâtiments. « La suppression du chauffage central implique un équilibre entre les déperditions d’énergie du bâtiment d’un côté, et les apports solaires et internes de l’autre », note Thierry Salomon, dirigeant du bureau d’études Izuba Energies et président de l’association négaWatt. Et d’expliquer que la réalisation de cet équilibre peut difficilement se passer d’un recyclage de la chaleur au niveau de la ventilation, de type double flux, quitte à injecter un complément thermique dans le bâtiment via ce même vecteur air (pompe à chaleur ou simple résistance électrique) lorsque l’équilibre n’est pas tout à fait atteint.

Conception bioclimatique

« Dans ce contexte, l’étanchéité à l’air devient un point clé. Cela ne veut pas dire absence de ventilation mais suppression des fuites incontrôlées pour lesquelles aucune récupération d’énergie n’est possible, insiste Thierry Salomon. Si cette étanchéité est réalisée, la mise en œuvre d’une ventilation à 85 % ou 90 % de rendement réduira en revanche le différentiel énergétique à un très faible niveau, au moins dans le sud de la France. » A condition toutefois d’avoir suivi les principaux préceptes de la conception bioclimatique, parmi lesquels l’orientation au sud, pour un maximum d’apports solaires, la protection vis-à-vis des vents dominants, la compacité et l’isolation renforcée du bâti. « Dans les Vosges, la réalisation d’un bâtiment sans chauffage conventionnel exige la pose de 30 à 35 cm d’isolant à l’extérieur, pour mieux traiter les éventuels ponts thermiques, et aussi celle d’un triple vitrage », indique Jean-Claude Tremsal, fondateur du cabinet OZE (Objectif zéro énergie). Si l’exercice paraît globalement à la portée de toutes les entreprises, pour un surcoût qu’il estime à 20 % par rapport aux exigences de la réglementation thermique RT 2005, « elles ne possèdent pas forcément la rigueur d’exécution nécessaire, regrette cet ex-entrepreneur (La Vieille Montagne) du haut de ses quinze ans d’expérience. Beaucoup d’échecs sont par ailleurs imputables au manque de moyens alloués aux architectes car les choses se jouent aussi dans les détails, et donc dans la précision des dessins. »

Blocage culturel

A l’agence d’architecture Patriarche & Co, c’est plutôt la frilosité des maîtres d’ouvrage que l’on pointe du doigt, surtout dans le tertiaire. « Côté logement, les mentalités avancent, mais c’est beaucoup plus compliqué pour les immeubles de bureaux, souligne Sébastien Clert, responsable qualité environnementale. On a beau démontrer la faisabilité technique des bâtiments sans chauffage, il demeure un blocage d’ordre culturel. » Blocage qui serait selon lui moins sensible chez nos voisins suisses, allemands et même nordiques.
« En Allemagne, on commence à trouver pas mal de sièges sociaux extrêmement sobres en chauffage, en particulier dans les rangs des PME familiales », confirme Alain Liébard. Tout en admettant la réalité des freins psychologiques, François Roulet, responsable développement d’Artesol (filiale de la foncière Artea), fait quant à lui preuve d’un certain optimisme. « Grâce à sa conception bioclimatique et à ses vitrages très performants, un ouvrage comme le Rubis, à Aix-en-Provence, ne consommera pas plus d’énergie pour le chauffage que pour l’éclairage. C’est surtout la climatisation qui nous préoccupe mais il est clair qu’en matière de chauffage, nos bâtiments pourront bientôt se satisfaire des apports solaires étoffés par la dissipation des serveurs informatiques et des onduleurs dans le cas d’une installation photovoltaïque. »

Tour modèle

Dotée en tout et pour tout d’une chaudière à bois de 100 kW pour chauffer 5 000 m² de bureaux, la tour Elithis de Dijon (voir l’article ci-dessous) fait pour l’instant figure de modèle en France.
« Avec une absence ou une quasi-absence de chauffage nocturne, économie à laquelle s’ajoutent des apports énergétiques internes conséquents liés à la puissance électrique de l’éclairage et à la présence humaine toujours dense dans les bureaux, il est relativement facile de descendre en deçà de 15 kWh/m².an, voire de parvenir au zéro chauffage », confirme Thierry Salomon.

Déphasage saisonnier

Pour Armand Dutreix, gérant du bureau d’études Athermia, la réduction des besoins de chauffage est aussi très souvent, en grande partie, une question d’inertie. Dans le logement du moins. « La nuit, un mur de pierre à l’ancienne de 40 cm d’épaisseur pouvait faire profiter les occupants de la chaleur captée aux périodes les plus ensoleillées de la journée. Mais c’est vrai aussi pour un simple parpaing de 20 cm, à condition qu’il soit isolé par l’extérieur. » Une mise en conserve du soleil qui constitue également le principe de base du fameux mur Trombe, placé en l’occurrence derrière une lame d’air et un vitrage. Lorsque ce décalage ne se compte plus en heures mais en mois, on entre alors dans un domaine encore plus intéressant qui est celui de l’hyperinertie ou du déphasage saisonnier. « Dans un projet d’établissement culturel des Alpes-de-Haute-Provence sur lequel je travaille, l’idée est de réchauffer un terrain, préalablement isolé thermiquement, d’une vingtaine de degrés l’été, de façon à récupérer cette chaleur l’hiver grâce à plusieurs dizaines de puits climatiques », précise Armand Dutreix. Un schéma séduisant mais malheureusement difficile à mettre en œuvre comme le montre l’expérience de la famille Molinier dans les Pyrénées-Orientales (lire notre encadré). La preuve en tout cas qu’à 1 600 m d’altitude, malgré le soleil le chauffage n’est pas encore tout à fait prêt à rendre les armes…

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L’EXPERT - Armand Dutreix, gérant du bureau d’études Athermia - « Beaucoup d’intelligence architecturale et une pincée de technique »

« En France, on ne s’intéresse pas assez aux bâtiments sans chauffage. Et ce n’est hélas même pas, ou pas seulement, une question de moyens financiers. Il y a bien sûr quelques appels d’offres pour des bâtiments hyperéconomes, mais la plupart des professionnels du bâtiment ne sait pas comment s’y prendre ou, tout simplement, n’y croit pas. Heureusement, la réglementation technique (RT) 2012 va un peu changer les choses. Notamment parce que le BBC de la RT 2005, considéré jusque-là comme un objectif ambitieux, va progressivement devenir le bas de gamme de la construction performante. Si elle n’admet pas davantage les bâtiments sans chauffage que la RT 2005 – d’où parfois l’ajout réglementaire de convecteurs électriques à des réalisations exemplaires qui pourraient s’en passer -, la RT 2012 a au moins le mérite de faire référence au bioclimatisme à travers l’indicateur BBio (besoins bioclimatiques) qui cumule les besoins de chauffage, de refroidissement et d’éclairage. La minimisation de ce paramètre synthétique est pour l’essentiel une question d’intelligence architecturale. On ne peut évidemment pas se contenter de transposer en France les modèles allemands ou autrichiens, sauf à construire des étuves en région Paca par exemple. En revanche, on pourra toujours s’inspirer des vieux mas provençaux qui pouvaient gérer les apports solaires aussi bien l’hiver que l’été. A ce savoir ancestral s’ajoutent bien entendu les avancées enregistrées dans le domaine de la ventilation, de l’isolation, des vitrages, des châssis ou encore de la gestion automatisée des ouvertures. Mais il s’agit somme toute de techniques et de produits à portée de main. »

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Dijon Bilan en demi-teinte pour la tour Elithis

Baptisée du nom de la société d’ingénierie des fluides qui l’a conçue, avec Arte Charpentier Architectes, la tour dijonnaise Elithis se devait d’être exemplaire au plan énergétique. Elle l’est, ne serait-ce qu’en raison de ses 560 m² de toiture photovoltaïque, mais moins que le maître d’ouvrage ne l’espérait…

Au plan constructif, elle a pourtant été pensée dans les moindres détails. La section ovoïde de l’ouvrage ainsi que sa hauteur limitée à 33,5 mètres réduisent la prise au vent, et donc les déperditions thermiques. L’hiver, le vitrage important de la façade (75 % de sa surface) garantit un haut niveau d’apports solaires (apports limités l’été grâce à une résille métallique filtrant le soleil lorsqu’il est au plus haut). Un système de ventilation double-flux permet par ailleurs de valoriser les apports internes, ceux des hottes de la cuisine en particulier, tant et si bien que les appoints de chauffage n’auraient pas dû excéder 2 kWh d’énergie primaire par m² HON par an. Établi après un an d’exploitation et de mesures, le premier bilan énergétique fait en réalité état d’une consommation de chauffage de 6,32 kWh (ep)/m².an. Des besoins certes faibles au regard de la moyenne dans le tertiaire, mais tout de même trois fois plus élevés que l’estimation.
« L’écart s’explique en grande partie par le choix que nous avons fait de monter la température moyenne à 22°C au lieu des 20°C prévus, en réponse aux demandes des occupants », analyse Thierry Bièvre, directeur général d’Elithis. A cela s’ajoute le manque de souplesse de la chaudière à bois (100 kW) dont le taux de modulation de puissance ne peut descendre en dessous de 30 %, même en cas de très faibles besoins. « De ce point de vue, nous aurions peut-être mieux fait de choisir le gaz, mais le bois était et reste une volonté forte. » Pour autant, Thierry Bièvre ne désespère pas de redresser la barre, en agissant notamment sur l’équilibrage du réseau d’eau chaude. « L’inconfort thermique ressenti, auquel nous avons remédié en relevant la température moyenne, n’était patent que pour une dizaine de bureaux sur les 180 occupés l’hiver dernier. Nous allons homogénéiser l’ensemble en corrigeant les débits concernés. »

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