CPP – MPT A Février 07 · Transfert de la chaleur ... Ce transfert a lieu selon trois formes différentes : la conduction, la convection et le rayonnement. La conduction On désigne

CPP – MPT A Février 07

Jonas Guerdat, Malik Schaffner, Johan Vuillaume

Février 2007 Travail interdisciplinaire – L’isolation des bâtiments CPP – MPT A

- 1 - Schaffner-Vuillaume-Guerdat

Table des matières

Préface ....................................................................................................................... 2

Introduction................................................................................................................. 3

1. Développement .................................................................................................. 5

1.1. Présentation et historique.............................................................................. 5

1.2. Technique et matériaux ................................................................................. 8

1.2.1. Transfert de la chaleur ............................................................................ 8

1.2.2. Présentation des calculs des valeurs énergétiques .............................. 10

1.2.3. Présentation des grandes familles d’isolants thermiques ..................... 13

1.2.4. Philosophie de construction .................................................................. 17

1.3. Législations et normes................................................................................. 23

1.3.1. La loi et les normes en bref................................................................... 23

1.3.2. Norme SIA 380/1:2001 ......................................................................... 25

1.3.3. Label Minergie ...................................................................................... 27

1.3.4. Le standard « Passivhaus ».................................................................. 30

1.3.5. Comparaison des normes..................................................................... 31

1.4. Economie et financement ............................................................................ 32

1.4.1. Problématique....................................................................................... 32

1.4.2. Avantages, inconvénients ..................................................................... 32

1.4.3. Comparatif des coûts variables............................................................. 35

1.4.4. Bilan économique ................................................................................. 36

1.5. Ecologie, environnement et santé ............................................................... 39

Conclusion................................................................................................................ 41

Bibliographie............................................................................................................. 43

Remerciements ........................................................................................................ 45



Préface

Titulaires d’un CFC, nous étudions actuellement tous les trois au Centre Professionnel de Porrentruy (CPP), en classe de maturité professionnelle technique. Cette dernière nous permet d’acquérir des connaissances générales et techniques supplémentaires et d’entrer en HES sans examen d’admission.

Durant cette année d’étude, nous devons réaliser un travail interdisciplinaire. L’exécution de ce travail doit faire appel à des connaissances d’origines diverses. Une semaine d’étude a été consacrée à sa rédaction.

Le choix du thème s’est imposé naturellement du fait de notre sensibilité aux phénomènes de pollution de l’environnement et à une utilisation excessive de l’énergie. Cette problématique environnementale rejoint la préoccupation croissante de nombreux gouvernements. Dès lors, il nous a paru intéressant d’y participer en réfléchissant sur les moyens dont nous disposons pour enrayer et diminuer les effets pervers de la pollution et de la consommation à outrance. L’habitat fait partie des nombreux projets allant dans le sens de ces nouvelles mesures d’adaptation. C’est pourquoi nous avons décidé de traiter la problématique de l’isolation thermique des bâtiments, en particulier celle des maisons individuelles.

Avant tout, cette action participe d’une sensibilisation accrue de la population à ce grave problème en l’amenant à réfléchir et à adopter un comportement plus adéquat, face à un avenir bien incertain si rien ne change dès maintenant.



Introduction

Au milieu du XXe siècle, la seconde révolution industrielle s’identifie principalement à l’arrivée des énergies fossiles. Dès lors, ces dernières ont été de plus en plus convoitées.

Après la seconde Guerre mondiale, les populations touchées ont fait preuve d’un véritable élan de solidarité dans la volonté de reconstruire, de revivre. A l’idée de « réparation » a coïncidé celle « d’évolution » ; les énergies fossiles se sont ainsi répandues très rapidement. Et c’est tout aussi promptement qu’elles ont été utilisées pour l’industrialisation des pays, notamment européens. En effet, l’expansion de ces nouveautés technologiques et industrielles a créé une augmentation exponentielle de la consommation d’énergie. Autrement dit, les activités économiques se sont multipliées avec une rapidité considérable et la société ne s’est guère souciée des nuisances engendrées par une telle production jusqu’à aujourd’hui.

Dans les années 1970, est apparue la première crise pétrolière. On croyait alors à un manque imminent de l’or noir. Ce premier avertissement a sans doute permis de constater à quel point une société est dépendante de ses sources d’énergie.

Puis, petit à petit, l’idée de pollution et d’émission de gaz à effet de serre s’est introduite. Bien que certains scientifiques

se soient solennellement chargés de prouver que le taux de pollution de l’atmosphère était excessif, le reste du monde n’y prêtait que peu d’attention.

Depuis quelques années seulement, les catastrophes naturelles telles les cyclones, inondations ou fontes des glaciers ont provoqué la réflexion et la décision de s’atteler au problème.

Aujourd’hui, des questions comme la consommation excessive de l’énergie, la pollution de l’atmosphère et de l’environnement, mais aussi le réchauffement climatique, ne cessent d’apparaître périodiquement à la une de l’actualité médiatique.



Depuis lors, divers moyens ont été développés, les énergies renouvelables représentent une part importante de la recherche actuelle. Sous la pression des milieux écologiques et scientifiques, de nombreux dirigeants et gouvernements commencent à agir au moyen de lois, de taxes ou d’accords, tel le Traité de Kyoto. A travers ces différentes actions, se dégage peu à peu une volonté politique et sociale d’améliorer la situation.

La consommation d’énergie des bâtiments est largement concernée par ces faits et représente une opportunité réelle de « faire mieux ». En Suisse, l’essentiel de l’énergie est utilisé en tant que combustible de chauffage. Le parc immobilier suisse représente ainsi une priorité en matière d’économie d’énergie. Malheureusement, les contraintes légales dans ce domaine ne sont pas encore assez sévères. Les bâtiments de construction récente répondant aux nouvelles normes, représentent toujours une minorité, à l’inverse du nombre de constructions recensées précédant les nouvelles lois et les normes actuelles. En effet, plus d’un million de bâtiments ont été construits en Suisse avant 1975 et mériteraient d’être assainis.

Quatre mesures principales sont à prendre en compte pour l’abaissement progressif de la consommation des énergies fossiles dans le bâtiment, à savoir :

Leurs substitutions par des énergies renouvelables.

Une économie d’énergie par une isolation thermique plus importante des bâtiments et un assainissement du parc immobilier.

Un meilleur rendement des installations de production et de distribution de chaleur.

Un comportement mieux adapté des usagers dicté par une information plus ciblée.

Par ce travail, nous avons surtout tenté de

développer le second point sous l’aspect technique et physique, écologique ainsi que financier, dans le but d’accentuer l’information et la sensibilisation.

chercher les mesures indiquant qu’il est raisonnable de veiller aux pertes thermiques et à leurs conséquences.

traiter les possibilités de construction et de rénovation, les coûts ainsi que l’impact des différentes alternatives sur l’environnement.

répondre à la question principale de ce dossier : « Pourquoi est-il important de diminuer les pertes thermiques, notamment dans l e secteur de l’immobilier ? »

sensibiliser la population - si possible toutes les générations - au problème du gaspillage d’énergie car c’est une action importante et visiblement impérative.

La problématique de l’isolation des bâtiments est un sujet plus ciblé et concret. Bien qu’elle recouvre un vaste public, elle s’adresse principalement aux personnes en âge de s’investir dans un projet d’acquisition ou de construction d’un bien immobilier, aux jeunes générations représentant l’avenir de notre société, de même qu’à toutes les familles, couples, actifs et retraités susceptibles de pouvoir agir dans ce sens. Notre travail se destine au public cible précité et en premier lieu aux Jurassiens.

(Les photos de cette introduction proviennent d’Internet, « Une vérité qui dérange »)



PowerPoint du service cantonal de l’énergie de Neuchâtel.

1. Développement

1.1. Présentation et historique

De nos jours, la situation devient alarmante du point de vue de la consommation d’énergie et du réchauffement climatique. Ces deux problèmes sont liés puisque l’augmentation de la consommation d’énergie influence directement le rejet de gaz à effet de serre dans l’atmosphère qui provoque l’élévation des températures moyennes.

(CAD : Chauffage à distance)

Vous avez pu lire, dans l’introduction, l’historique de la consommation d’énergie. Le graphique ci-dessus nous prouve que tout cela est bien une réalité. S’il est tout à fait normal que l’on consomme plus d’énergie, il l’est moins que l’augmentation se fasse d’une manière si intense. Après la crise pétrolière, on remarque assez nettement la prise de conscience de la population. Malheureusement, cette première conscientisation est insuffisante, il faut faire beaucoup mieux si l’on veut assurer un avenir serein à nos descendants. En effet, en 2007, la Communauté scientifique internationale a reconnu que l’activité humaine était la cause du réchauffement climatique, notamment à cause de la surconsommation d’énergie.

Précisons encore que le graphique s’arrête en l’an 2000. Mais de 2000 à 2007, il y a fort à parier que la courbe continue sa progression dans le même ordre de grandeur, si ce n’est plus rapidement.

Déchets

Gaz

CAD

Electricité

Renouvelables

Carburants

CCoommbbuussttiibblleess

Charbon



Norme SIA 380/1

Brochure Flumroc – Constructions à faible consommation d’énergie

Le graphique ci-contre indique que le 71% de l’énergie consommée est utilisé pour la production de chaleur, dont environ le 50% pour le chauffage des bâtiments. La majeure partie restante est destinée à la mécanique, tels que les moteurs de voiture par exemple. A partir de cette constatation, une utilisation rationnelle de l’énergie par une meilleure isolation thermique des bâtiments, permettrait de diminuer visiblement la consommation énergétique.

Il va sans dire que plus un bâtiment est isolé correctement, moins il consomme d’énergie. Il reste donc à informer le quidam qu’il existe bel et bien des techniques et un savoir-faire appropriés pour mieux isoler sa maison. Même si ces procédés ont un coût, il est possible de rentabiliser ce supplément d’investissement à long terme, à commencer par le fait d’avoir dès le départ une meilleure qualité de vie !

Le graphique ci-contre représente les transferts d’énergie dans un bâtiment. Les premières pertes se situent au niveau du rendement du système de chauffage qui ne transforme pas toute l’énergie (Eh) en chaleur utile (Qh). Ensuite, la valeur Qh, prévue pour réchauffer l’habitation, subit de grandes pertes par transmission (Qt) et par renouvellement d’air (Qv). Les pertes par transmission sont le point essentiel de notre travail puisque l’isolation du bâtiment y est directement liée.

Si les pertes représentent une grande partie du transfert de la chaleur, il existe néanmoins un gain de chaleur (Qg) qui provient du rayonnement solaire et des apports internes.



Et les normes ?

Pour la Suisse, la norme SIA 380/1 sur la consommation énergétique des bâtiments est entrée en vigueur en 2001. Elle représente dès lors une base légale pour les professionnels. A noter que certains cantons plutôt audatieux formulaient déjà des exigences en la matière, avant même que la norme soit entrée en vigueur.

Les effets de cette norme sont assez démonstratifs puisque l’on a constaté, pour les nouvelles constructions, une diminution de plus de la moitié de la consommation de l’énergie au mètre carré et à l’année, par rapport à la moyenne du parc immobilier existant.

En plus de la norme SIA 380/1, est arrivé sur le marché de la construction le label « Minergie ». A la différence de la norme, le label ne revêt pas un caractère obligatoire. Il témoigne cependant d’une façon de construire et d’isoler son bâtiment qui conduit à une consommation d’énergie la plus faible possible. Ce label est reconnu et agréé dans toute la Suisse.



1.2. Technique et matériaux

1.2.1. Transfert de la chaleur

La chaleur se transmet d’un corps chaud à un corps plus froid. Ce transfert a lieu selon trois formes différentes : la conduction, la convection et le rayonnement.

La conduction

On désigne par ce terme un transfert de chaleur à travers un corps sans déplacement de matière. Par exemple, une personne tenant une barre de fer dont on chauffe une extrémité se brûlera, alors qu’elle-même ne sera pas en contact avec la source de chaleur. Dans un bâtiment, ce phénomène se produit lorsque que l’intérieur de la maison est à une température plus élevée que l’extérieur, par exemple la nuit ou en hiver. La chaleur se déplace dans les murs pour atteindre l’extérieur de la maison. La maison subit donc des pertes thermiques. La pose de matériel isolant se traduit par une conductivité thermique moins élevée de la maison, donc une diminution des pertes. Le phénomène inverse se produit en été lorsque l’intérieur de la maison est plus frais que l’extérieur.

La convection

Ce type de transfert thermique est caractérisé par un déplacement de matière. De la matière chaude se déplace et est remplacée par de la matière plus froide. Les pertes

d’une maison par convection se font par les courants d’air dus à une mauvaise isolation et par l’aération des bâtiments, lors de l’ouverture des portes et fenêtres. Des courants de convexion s’établissent aussi à l’intérieur de la maison. Dans une pièce chauffée par un poêle, l’air qui se réchauffe au contact de celui-ci se dilate ce qui fait diminuer sa masse volumique. Un courant de convection s’établit et l’air froid plus dense prend la place de l’air chaud dans le bas de la pièce. L’air chaud se refroidit près du plafond, devient plus lourd et redescend. Le même phénomène peut être observé sur les murs extérieurs, lorsque la surface de la maison est plus chaude que l’air.

http://www.antonine-education.co.uk

http://www.stovesonline.co.uk



Le rayonnement

Le rayonnement est un transfert d’énergie par le biais d’une onde. Comme une onde se déplace même dans le vide, elle peut se mouvoir dans l’espace, du soleil jusque sur terre.

Une onde est caractérisée par une longueur d’onde. Chaque corps émet des ondes spécifiques selon sa température. La lumière est une composition d’ondes diffusées par le soleil, au même titre que les infrarouges sont émis par le corps humain. Sur la photo ci-contre, les infrarouges ont été « convertis » en couleurs visibles, c’est une thermographie. Les zones les plus chaudes du corps apparaissent en rouge, alors que les plus froides sont en bleu.

Dans une maison, le rayonnement est surtout mis à profit par l’utilisation de fenêtres. Il est possible, par le biais de baies vitrées orientées au Sud, de capter les rayons solaires et d’emmagasiner ceux-ci pour chauffer le bâtiment.

La thermographie est utilisée lors de la chasse aux pertes thermiques des bâtiments. Il est ainsi possible de détecter les points chauds d’une maison et par là même les endroits les moins bien isolés, pour ainsi cibler les parties nécessitant un soin particulier lors d’une rénovation.

http://coolcosmos.ipac.caltech.edu/



1.2.2. Présentation des calculs des valeurs énergétiques

Le calcul des pertes par conduction

Le calcul des pertes énergétiques par conduction pour une paroi simple est relativement aisé. Il se traduit par la formule suivante :

te

SQ ∆⋅∆Θ⋅⋅= λ

Q = chaleur transmise [J]

t∆ = durée [s]

S = surface [m2]

λ = conductivité thermique [ Cm

W

°⋅ ]

e = épaisseur du mur [m]

∆Θ = différence de température [°C]

Il est facile de voir que, dans des conditions identiques, les coefficients influant sur la perte d’énergie de deux murs différents sont la conductivité thermique (λ) et l’épaisseur des murs (e).

totR

tSQ

∆⋅∆Θ⋅=

Où

...3

3

2

2

1

1 +++=λλλeee

Rtot

Cette formule un peu plus complexe permet de calculer les pertes à travers une paroi composée de plusieurs éléments.

« Physique expérimentale »

« Physique

expérimentale »



Pour illustrer ces formules, prenons l’exemple d’une paroi composée d’un mur en béton de 25cm (e1), d’une couche de 10cm de laine de verre (e2) et de 3cm de bois (e3).

Conductivité thermique des différents matériaux :

Béton : λ1 = 1.5 à 2.5 [ Cm

W

°⋅ ]

Laine de verre : λ2 = 0.04 [ Cm

W

°⋅ ]

Bois : λ3 = 0.15 [ Cm

W

°⋅ ]

En appliquant la formule : 3

3

2

2

1

1

λλλeee

Rtot ++=, il est possible de calculer la résistance

thermique de la paroi. Ce qui nous donne :

W

CmeeeRtot

°⋅=++=++= 22.825

15.0

03.0

04.0

1.0

2

25.0

3

3

2

2

1

1

λλλ

Ensuite, la formule totR

tSQ

∆⋅∆Θ⋅=permet de calculer la perte énergétique du mur en

fonction du temps. Ce qui donne pour un mur de 10m2 pendant un jour et pour une différence de 10°C le total de :

3.06MJ3058407J825.2

6060241010 ==⋅⋅⋅⋅=∆⋅∆Θ⋅=totR

tSQ

Le Joule est une unité dérivée du système international de mesure. Elle caractérise l’énergie, mais est souvent remplacée par le kilowattheure (kWh) dans les situations quotidiennes. Voici l’équivalence de ces deux unités :

JkWh 6106.31 ⋅= La dépense énergétique du mur précédent est donc équivalente à :

kWhQ 85.0106.3

1006.36

6

=⋅⋅=



Dans les brochures techniques des fabricants de produits isolants, on trouve le coefficient U qui permet de réaliser le calcul encore plus simplement. On peut le calculer par la formule suivante :

RtotU

1= ,

Et la perte dans les murs se calcule alors par la formule :

tUSQ ∆⋅∆Θ⋅⋅= .

C’est aussi ce coefficient U qui est pris en compte pour définir les minima légaux.

En définitive, il est important de souligner le fait que la qualité de la paroi dépend tant de la qualité des matériaux isolants que de l’épaisseur des différentes couches qui la composent. En pratique, on augmente l’épaisseur de l’élément isolant pour améliorer la capacité thermique de la paroi.

Le calcul précédent est purement théorique. Il permet d’estimer les pertes, mais il ne prend pas en compte les défauts de construction et les ponts thermiques, zones conduisant la chaleur d’une façon beaucoup plus grande que le reste de la paroi. De plus, il n’est pas suffisant de mesurer la température de l’air extérieur pour mesurer les pertes à travers une paroi. En effet, d’autres facteurs entrent en compte pour modifier la température externe des murs. Le vent par exemple joue un rôle prépondérant, il augmente les pertes de chaleur des maisons de façon spectaculaire, même à partir d’une légère brise. La constitution de la surface, sa rugosité, son ensoleillement déploient leurs propres effets, ce qui rend les estimations approximatives. Pour modéliser ces phénomènes plus complexes, les professionnels utilisent de puissants outils informatiques. Les personnes intéressées peuvent trouver les versions de démonstration de ces programmes sur Internet.

Le calcul de l’IDE

Tous les bâtiments sont caractérisés par un Indice de Dépense Energétique, IDE. C’est un rapport entre l’énergie dépensée pour chauffer le bâtiment et la surface externe de celui-ci. Il se calcule par la formule suivante :

SRE

QmkWhIDE =]/[ 2

Q = Energie totale utilisée pour chauffer le bâtiment

SRE = surface de référence énergétique (surface de planché chauffée)

L’IDE est un indice permettant de comparer les dépenses d’énergie thermique par rapport à la surface chauffée. Il est expliqué par la norme SIA 416. C’est un excellent moyen de comparer la qualité énergétique de bâtiments différents. Il est fréquent de retrouver ce type de rapport dans la construction. Dans une usine, on pourrait calculer la quantité de chaleur nécessaire par rapport au nombre de postes de travail.



1.2.3. Présentation des grandes familles d’isolants thermiques

Il existe des milliers d’isolants thermiques qui peuvent être classés en plusieurs catégories : isolants minéraux, isolants à base de fibre végétale et isolants de synthèse. Nous avons ajouté une catégorie appelée « isolants de nouvelles générations ».

La liste qui suit n’est pas exhaustive et a un but purement informatif. A noter également que toutes les informations et les photos proviennent d’Internet (les sites en questions sont mentionnés en fin de chapitre).

Afin de préciser la signification de certains mots, un petit glossaire vous est présenté ci-dessous :

Scorie : sous-produit d’une opération métallurgique.

Hydrophile : qui a de l’affinité pour l’eau.

Hygroscopique : qui a de l’affinité avec l’eau et favorise la condensation.

Les isolants minéraux

Les laines minérales : elles possèdent un ensemble unique de propriétés qui combinent résistance élevée à la chaleur et stabilité sur le long terme. Elles sont constituées de verre, de roche ou de scories fondues qui sont filées pour donner une structure fibreuse engendrant un ensemble de propriétés très satisfaisantes.

Leurs propriétés découlent de leur structure, à savoir un mat de fibres qui empêche le déplacement de l'air. Tous les produits à base de laine minérale présentent des propriétés thermiques, anti-incendie

et acoustiques exceptionnelles.

Ordre de grande de la valeur λ pour la laine de verre : 0.031 – 0.048 W/(m*K)

Le verre cellulaire : il est fabriqué à partir du verre recyclé que l’on fait fondre à 1000°C. A ce verre fondu, s’ y ajoute de la poudre de carbone broyée. La masse refroidie est constituée d’un matériau léger à cellules fermées, incompressible et insensible au feu ainsi qu’à l’humidité.

Le verre cellulaire répond techniquement à la plupart des besoins du bâtiment conventionnel, mais son coût en a limité l’usage à des domaines bien spécifiques.

Ordre de grande de la valeur λ pour le verre cellulaire : 0.040 – 0.055 W/(m*K)

Laine de verre

Verre cellulaire



La perlite et la vermiculite : espèces de roches volcaniques. Lorsqu’elles sont chauffées à 1200°C, une violente réaction libère l’ eau et la vapeur, leur faisant subir une expansion jusqu’à 15 fois leur volume initial sous forme de perles.

Les principales utilisations se font en vrac (combles perdus, insufflation entre parois), en bétons et mortiers allégés, en couches de nivellement et en panneaux coupe-feu.

Ordre de grande de la valeur λ pour la perlite et la vermiculite : 0.084 W/(m*K)

Les isolants à base de fibre végétale

La fibre de bois : elle est obtenue à partir du défibrage de chutes de bois résineux. Les matières brutes des panneaux sont très hydrophiles.

Ordre de grande de la valeur λ pour la fibre de bois : 0.044 – 0.065 W/(m*K)

La ouate cellulose : La laine de cellulose provient du papier recyclé, obtenu à partir de journaux non utilisés, ou à partir de coupes de papier neuf d’imprimerie. Le papier est défibré et réduit en flocons, puis stabilisé par incorporation de divers agents. Hydrophile, capillaire et hygroscopique, la cellulose est un matériau très respirant.

La ouate de cellulose est utilisée en rouleaux ou en vrac sous deux formes : compactée (pour application mécanique par insufflation) ou décompactée (pour utilisation manuelle) en isolation des combles, des planchers, des toitures et des murs.

Ordre de grande de la valeur λ pour la ouate cellulose: 0.060 – 0.065 W/(m*K)

Le liège expansé : Il provient de l’écorce du chêne-liège réduite en granules, puis expansée à la vapeur à 300°C. Le pou voir isolant du liège expansé provient principalement de l’air emprisonné dans ses cellules fermées.

Le liège expansé est utilisé en granules (combles, planchers, toitures, murs) ou en panneaux.

Ordre de grande de la valeur λ pour le liège expansé : 0.040 – 0.047 W/(m*K)

Les isolants de synthèse

Le polystyrène : il peut être extrudé ou expansé. Il ne peut être exposé longtemps à une température supérieure à 70°C et il résiste mal au feu.

Ordre de grande de la valeur λ pour le polystyrène expansé : 0.032 – 0.042 W/(m*K)

Liège

Polystyrène expansé



La mousse de polyuréthanne : La mousse de polyuréthane est un isolant alvéolaire, composé de fines cellules emmagasinant un gaz à faible conductivité thermique. Il a une bonne résistance mécanique. C’est un très bon isolant mais il est assez cher.

Ordre de grande de la valeur λ pour la mousse de polyuréthanne : 0.022 – 0.038 W/(m*K)

Les isolants de nouvelles générations

En plus des isolants présentés ci-dessus, il est possible d’obtenir une isolation de très haute qualité en faisant par exemple des matériaux composites. Par l’assemblage de plusieurs composants, nous obtenons une résistance thermique plus élevée. De nos jours, la découverte de nouvelles matières permet aussi d’atteindre une résistance thermique très élevée, comme la « silice nanoporeuse ». Par ailleurs, le vide qui constitue un isolant parfait (pas de conductibilité thermique en l’absence de matière) peut fort bien être utilisé dans le bâtiment. Mais sa mise en oeuvre est difficile et très onéreuse.

Pour l’instant, ces types d’isolations ne sont utilisés que dans des cas bien précis, notamment par manque de place, c’est-à-dire là où ne peut se nicher plusieurs dizaines de centimètres d’isolants.

L’isolation des fenêtres

Les fenêtres constituent une des plus grandes faiblesses d’un bâtiment, en ce qui concerne les pertes énergétiques. Contrairement aux isolants pour les parois

murales, il existe peu de types de fenêtres. On trouve notamment les fenêtres à simple vitrage, double vitrage ou encore triple vitrage. La difficulté réside dans le fait du choix du verre et du type d’isolant utilisé entre les vitres.

En raison de sa très mauvaise résistance thermique, le simple vitrage n’est plus utilisé de nos jours. En revanche, de nombreux bâtiments anciens en sont encore équipés, ce qui représente une énorme perte de chaleur.

Polyuréthanne



Le double vitrage est actuellement la technique la plus utilisée. Il permet d’atteindre une qualité acceptable sans trop de difficulté. Sa performance réside dans le fait d’insérer un gaz rare (argon) entre les deux verres pour diminuer encore plus les pertes de chaleur par conductivité. Un résultat parfait peut être obtenu en faisant le vide entre les deux verres.

Avec cette technologie futuriste, les fenêtres deviennent comparables à un mur. L’image ci-dessus décrit la composition d’une fenêtre utilisant la technologie du vide. Sa fabrication est encore expérimentale.

Le triple vitrage reste hélas peu utilisé dans les maisons individuelles. En employant la même technologie que pour le double vitrage, les résultats sont qualitativement supérieurs.

Voici un tableau récapitulatif des types de fenêtres et de l’ordre de grandeur de leur propriété thermique :

Type Valeur U [W/m2K]

Simple vitrage env. 5.0

Ancien double vitrage env. 2.5

Double vitrage standard env. 1.6

Double vitrage avec argon env. 1.1

Double vitrage avec le vide env. 0.5

Triple vitrage avec gaz rare env. 0.5

Ce tableau démontre visiblement que deux types de fenêtres sont à éviter. Malheureusement, beaucoup d’anciens bâtiments en sont encore équipés.

Le double vitrage avec argon est un bon compromis : il est déjà très satisfaisant du point de vue des pertes. Par la suite et selon la surface des vitres, un triple vitrage peut être envisagé si les pertes en énergie deviennent trop importantes avec une fenêtre normale.

Voici les cites consultés pour l’élaboration de ce chapitre :

http://www.cyberbricoleur.com/

http://www.eurima.org/

http://www.asder.asso.fr/

http://mrw.wallonie.be/energieplus/CDRom/toitureplate/equipements/tptechisol.htm



1.2.4. Philosophie de construction

Précédemment, nous avons mis en évidence quelques exemples de choix des matériaux. Nous avons également observé que l’épaisseur de tout bon isolant thermique était directement responsable de la performance finale d’isolation de la paroi. On obtient en effet, au moyen de matériaux pourtant différents, des structures finales (murs, toits) de qualités énergétiques semblables. Pour se faire, il faut adapter la quantité de matière isolante en fonction de sa résistance thermique. Ainsi, il est possible d’obtenir plusieurs constructions distinctes répondant aux mêmes propriétés.

Inévitablement, il reste des méthodes et des matériaux novateurs qui ne sont pas comparables, ni dans la qualité, ni dans les coûts.

Toutefois, une construction standard se montre finalement très proche d’une construction de qualité « largement supérieure ». Il suffit de quelques centimètres de plus aux parois pour diminuer la consommation énergétique de façon notoire. Sans toucher ni à la structure ni au projet du bâtiment, toutes les parties de la maison peuvent être conçues en ce sens. Par conséquent, il nous paraît indispensable d’insister sur ce mode de faire, tant les effets de cette amélioration se révèlent importants.

Actuellement, les maisons construites en altitude ne sont pas développées sur les mêmes bases de calcul que les maisons de plateau, respectivement de basse altitude. Ainsi, l’art d‘isoler s’effectue en fonction de la température moyenne à l’année de la région, calculée par la société suisse des ingénieurs et des architectes (SIA) et du respect des normes légales en matière de consommation d’énergie de chauffage. Seuls les calculs et les épaisseurs d’isolation des parois changent : entre les habitations de la Chaux-de-Fond et celles de la vallée de Delémont, la limite critique se situant à 800 m d’altitude. En effet, les matériaux utilisés ne diffèrent pas (pour la Vallée de Delémont) ; seule la résistance du toit devra être prise en considération au niveau de l’enneigement.

Cette théorie reste vraie pour toutes les autres parties du bâtiment. Ainsi, les vitrages peuvent aussi être adaptés au concept de faible transfert calorifique. Les doubles vitrages à l’argon cités précédemment sont nettement plus performants que d’autres verres traditionnels. Par ailleurs, les verres à faible émissivité limitent les pertes de chaleur par rayonnement (la nuit et en hiver) et retiennent l’énergie des rayons du soleil tout en laissant passer la lumière. Les grandes baies vitrées ne sont donc pas du tout antagonistes à une construction peu gourmande.

Enfin, de même que les murs, le toit peut présenter des caractéristiques différentes sans pour autant changer de technologie. A noter que, généralement, la toiture est une source de perte d’énergie non négligeable.

C’est ainsi que nous pouvons parler de « philosophie de construction ». Tout peut être pensé dans un esprit rationnel et économique en matière d’énergie sans pour autant s’éloigner des habitudes traditionnelles.



Très brièvement, vous trouverez ci-après quelques systèmes d’isolation utilisés dans la construction.

Le moyen le plus simple et le plus classique est l’isolation intérieure . Cette méthode permet l’encastrement facilité de l’électricité par découpe de l’isolant, à l’intérieur des pièces.

Une autre possibilité est le « monomur », représentant lui-même la partie isolation, il est formé communément de briques alvéolaires. L’avantage de cette méthode réside dans le fait que la pièce, directement en contact avec la phase isolante, possède une inertie thermique très importante ; elle diminue aussi considérablement les ponts thermiques. Les différences de températures sont donc mieux amorties. Cependant, cette méthode nécessite une compétence particulière dans la main d’œuvre ainsi que des matériaux d’extérieur, donc plus chers.

L’isolation extérieure , quant à elle, est utilisée majoritairement dans la nouvelle construction. En effet, il paraît logique de prévenir les pertes le plus à l’extérieur possible des parois. De la sorte, cette manière d’opérer est idéale pour l’assainissement de bâtiments en faisant office de mur « manteau », même si elle n’est pas suffisamment employée pour cette application.

Enfin, le double mur reste également une option en matière de nouvelle construction (voir photo).

Photo personnelle



photo personnelle

Nouveau projet

Lors de la construction d’une nouvelle maison, aucune barrière technique n’existe en ce qui concerne l’économie d’énergie. Cette remarque semble aussi évidente qu’elle est importante. Nous ne considérons que le côté pratique et laissons trop souvent l’architecte raisonner pour nous. Cette tendance engendre des constructions intégrant évidemment les normes légales, mais qui sont peu, voire pas du tout avant-gardistes.

Nous sommes confrontés à réfléchir à ces possibilités dès lors que nous voulons bien nous y intéresser. Il est vrai que la relation traditionnelle entre les agents d’une construction est la suivante :

Le client débloque un prêt hypothécaire auprès de son banquier, après quoi il s’entretient avec son architecte. Ce dernier « gère » alors le projet et agit en fonction du budget à disposition et des critères exigés de la part de son client. Mais ceux-ci, hormis le système de chauffage, ne concernent souvent pas les aspects « environnement et confort de vie nouvelle génération » (voir point 1.3.3).

Cependant, outre la grandeur et l’effectif des pièces, toute une palette de considérations est à évaluer. Cette attention est nécessaire pour procéder à un véritable progrès.

D’autres possibilités d’améliorer cette dépense d’énergie par des moyens très simples demeurent, mais elles exigent des contraintes au niveau esthétique notamment. En effet, un profil compact de maison sera bien plus performant qu’un profil allongé, ou « compliqué » avec des toits mutli-pans par exemple, puisque la surface de diffusion d’énergie au contact de l’air est largement supérieure. Aussi, l’orientation du bâtiment devrait répondre des conditions d’ensoleillement afin de gagner en énergie passive rayonnante ; les fenêtres seraient implantées normalement au versant sud pour les habitations jurassiennes notamment. Le vent et sa direction habituelle entrent également en compte dans cette orientation et dans la disposition des fenêtres.



Rénovation

Il est patent qu’un bâtiment ancien ne pourra que difficilement atteindre les performances énergétiques d’une nouvelle construction, surtout au niveau des installations de chauffage ou des ponts thermiques. Il restera toujours quelque chose à assainir qui demandera un certain investissement, notamment d’un point de vue financier.

Dans le cadre d’une rénovation, malgré ce constat, différentes possibilités d’amélioration existent sans devoir procéder à des dépenses exorbitantes, ni à des démolitions de structures existantes, par exemple :

Isolation du toit Isolation des plafonds de sous-sols non chauffés Isolation des façades extérieures Remplacement du vitrage

www.pplus.ch

Les bureaux d’architecture sont tout à fait habilités à dresser un bilan de qualité énergétique. En effet, par mesures ou par thermographies, les points les plus déficients du bâtiment sont rapidement décelés et une démarche adéquate peut ainsi être entreprise.

Il est bon de savoir que le marché de la rénovation a aujourd’hui dépassé celui des nouvelles constructions.



Comme déjà expliqué, le parc immobilier antécédent à l’imposition des normes représente un excès de dépenses d’énergie colossal. On voit en effet sur le graphique suivant que le taux d’énergie consommé par les bâtiments, exprimé en MJ par m2 et par an, a diminué de plus de quatre fois de la première partie du XXe siècle à maintenant. Toutefois, l’évolution tardive de cette consommation ne s’est manifestée que depuis 1975.

Ainsi, toutes les constructions datant de plus d’une trentaine d’années représentent le parc immobilier le plus nuisible à l’environnement. Il a déjà été mentionné en introduction que cela représente plus d’un million de bâtiments. Sur l’illustration qui suit, la surface de cette demande excessive en énergie correspond aux environs de 85% de la consommation totale.

Bien que les rénovations demandent un certain investissement, elles procurent aussi des avantages financiers immédiats et à long terme. En augmentant la qualité énergétique de l’enveloppe, l’utilisation rationnelle des énergies renouvelables peut être envisagée et fortement recommandée (solaire, bois de chauffage). Cela confère à cet investissement une rentabilité supplémentaire sur les coûts futurs d’énergie. Par conséquent, une rénovation avec adaptation des moyens de chauffage est souvent conseillée lorsque la réalisation et les coûts ne sont pas inconsidérés. Les labels Minergie et « Passivhaus » (cf. chapitre 1.3) participent de cette philosophie.

Une étude soutenue par l’Office fédéral de l’énergie (OFEN) et plusieurs cantons suisses a permis d’établir des statistiques à propos des rénovations effectuées entre 1986 et 2000 dans plus de mille habitations individuelles de tout âge. Les résultats montrent que les causes majoritaires de rénovation sont la durée de vie des matériaux, suivie de la protection de l’environnement. En revanche, l’incitation la plus grande semble être la déduction fiscale.



QuickTime™ et undécompresseur

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Cahier des journées du 13e séminaire suisse 2004.

Selon le tableau ci-contre, seuls 10 % des maisons individuelles étudiées ont bénéficié d’une modification des performances thermiques des façades, les autres modifications n’étant qu’esthétiques ou d’entretien. Pourtant, dans une certaine mesure, rénover sans isoler est un choix lourd de conséquences pour les trente années à venir, en raison de l’augmentation des coûts d’énergie.

En revanche, 40 à 60 % du même échantillon ont bénéficié d’assainissements énergétiques au niveau des fenêtres, contre 20 à 30 % pour le toit.



1.3. Législations et normes

1.3.1. La loi et les normes en bref

Une prise de conscience collective (de la population) est souvent difficile sans l’introduction d’une réglementation idoine. Raison pour laquelle le débat sur la qualité énergétique de construction s’est à l’évidence renforcé grâce aux normes, traités, directives etc., entrés en vigueur.

Le bâtiment est principalement concerné par la législation des permis de construire, dont celle liée à l’énergie. Cette législation se compose comme suit :

Loi fédérale sur l’énergie LEne Ordonnance fédérale sur l’énergie OEne Loi cantonale sur l’énergie Ordonnance sur l’énergie

Les lois et ordonnances précitées sont étroitement liées avec les exigences énergétiques de la norme SIA 380/1, édition 2001, qui définit la méthode de calcul pour la justification thermique de l’enveloppe des bâtiments.

La figure ci-dessous compare la consommation énergétique de chacune des normes suisses ainsi que celle du parc immobilier existant dans son ensemble ; elle montre qu’une nette évolution s’est déjà produite, les technologies ayant naturellement évolué. Une simple observation de la colonne de gauche et de celle de la norme SIA 380/1 de 2001 permet de saisir le sens de l’assainissement des bâtiments.

Cours sur le développement durable, par M. Frey

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Jusqu’en 2001, la norme SIA n’était qu’une recommandation. Actuellement, elle est appliquée dans tous les cantons, de même pour d’autres labels avant-gardistes créés par les spécialistes, reconnus et encouragés par les autorités compétentes.

A propos des performances d’isolation, les normes définissent plusieurs limites. Il s’agira de tenir compte des notions de performances globales et ponctuelles requises. La différence se porte sur un résultat d’ensemble (IDE) ou, au contraire, sur plusieurs parties ; nous prendrons alors des coefficients U pour définir des entités enveloppe, toit, fenêtres, portes, etc.

Par ailleurs, les valeurs limites se distinguent des valeurs cibles : les premières définissent le minimum requis, les secondes concernent l’ambition et l’objectif idéal à atteindre.

Les détails seront évoqués par la suite.

Les différentes techniques se rapportant à l’enveloppe du bâtiment, exigées par la législation en vigueur, dépendent de nombreux facteurs, à savoir :

Température extérieure Rayonnement solaire global Facteur à effet d’ombre permanente Surfaces de références et hauteurs Surfaces de toit Surfaces des fenêtres, des portes et des éléments translucides Longueurs des ponts thermiques (toit/mur, socle/balcon, fenêtre/mur, mur de

cave/sol) …

Dans le Jura, un nombre considérable de dossiers de construction et de rénovations est soumis à une enquête du Service des transports et de l’énergie. Un centre d’information sur l’économie d’énergie reste également à disposition du public pour tout renseignement utile.

Par ailleurs, le Canton de Vaud, par son Service de l’environnement et de l’énergie (SEVEN) fait appel à une rigueur particulière en matière de validation et de calculs des IDE (indice de dépense d’énergie).



1.3.2. Norme SIA 380/1:2001

La Société suisse des ingénieurs et des architectes (SIA) a révisé la norme SIA 380/1 qui servait de recommandation depuis 1988. Aujourd’hui, cette norme représente en quelque sorte la base légale suisse. Le but visé est une utilisation rationnelle et économique de l’énergie pour le chauffage et la production d’eau chaude alimentant les biens immobiliers. Pour y parvenir, des bilans thermiques relatifs à chaque construction sont systématiquement établis.

Une nouvelle édition provenant de la SIA 180 (isolation thermique et protection contre l’humidité dans les bâtiments) est née en raison de l’évolution des technologies. En effet, les améliorations de la qualité des murs comme celle des ponts thermiques jouent un rôle déterminent dans le bilan énergétique.

A noter encore que l’ancienne norme fixait les valeurs U dans le seul but d’éviter la condensation ou des soucis d’inconfort, et non dans un idéal énergétique. En revanche, la nouvelle norme tient compte du renouvellement de l’air et de la protection thermique estivale (les gains solaires entraînant souvent des problèmes de surchauffe en été). Les calculs pour les déperditions ont été affinés. De plus, elle est à présent constituée de nombreuses Euro-normes EN.

La norme différencie les performances s’appliquant aux constructions ou aux éléments d’enveloppe neufs, de celles requises lors de transformations.

Ces performances se rapportent à l’énergie utile, contrairement aux deux labels qui seront exposés plus loin et qui tiennent compte d’autres considérations.

Voici la performance globale de l’IDE (besoin de chaleur). Il est prescrit à un minimum de :

Unités Villa neuve Villa rénovée

kWh/(m2*an) 100 128

MJ/(m2*an) 360 460

Rappel : 3.6MJ = 1kWh



« Vers quel indice d’énergie », normes SIA.

Les principaux coefficients de transmission, en W/(m2*K), prescrits dans le détail (valeurs cibles) sont les suivants :

Eléments d'enveloppe Valeurs-limites U

Valeurs- cibles U

Eléments opaques (toit, murs, sol)

0.3 0.2

Eléments translucides: fenêtre, porte vitrée

1.7 1.2

Portes non vitrées 2 1.6

Objectif au niveau Suisse

Pour représenter et situer au mieux les exigences et objectifs de la norme, le plus simple est de se référer au graphique ci-dessous. En effet, les valeurs limites correspondent aux repères de l’année 2000, tandis que les valeurs cibles se réfèrent aux ambitions approximatives préconisées pour l’an 2020.

On remarque une amélioration majeure au niveau du chauffage et de la quantité d’énergie nécessaire à la production d’eau chaude. Ces progrès sont dus d’une part à l’arrivée des énergies renouvelables et, d’autre part, grâce à l’amélioration évidente des enveloppes de

bâtiments. La quantité d’électricité se voit aussi diminuer avec la notion d’appareils ménagers de classe d’énergie. En effet, dans les années à venir, ces derniers devraient tous se voir appliquer un indice de « gourmandise » en énergie, suscitant chez les consommateurs un esprit plus critique. Certains cycles sont déjà présents sur le marché actuel.



1.3.3. Label Minergie

Qu’est-ce que Minergie ?

Minergie est un standard de qualité qui s’applique, entre autres, aux bâtiments. Les constructions Minergie garantissent un niveau de confort supérieur tout en étant économiquement compétitives et en utilisant rationnellement les ressources énergétiques.

Principes de base

Pour atteindre les exigences du label Minergie, trois principes de bases doivent être respectés, à savoir :

Le point le plus important dans la philosophie Minergie est d’obtenir une excellente isolation thermique pour diminuer fortement les pertes d’énergies par conduction.

L’aération est aussi un point important pour économiser de l’énergie puisqu’elle permet d’éviter l’ouverture des fenêtres. Il faut savoir que chaque fois que l’on ouvre une fenêtre pour aérer, une grande partie de l’air intérieur chauffé s’échappe, d’où une perte en énergie.

Plusieurs solutions sont mises à disposition aujourd’hui pour chauffer un bâtiment d’une manière écologique et économique. De bons systèmes de chauffage diminuent considérablement les dépenses en énergie.

Brochure Minergie : le confort économique



Critères à remplir

L’indice de dépense d’énergie (IDE) est important pour définir si un bâtiment est conforme au label Minergie. Des valeurs limites sont fixées et doivent être absolument respectées. Elles sont nettement plus basses que celles de la norme SIA 380/1 puisque Minergie vise à atteindre une dépense énergétique très faible. L’IDE maximum pour une habitation neuve est de 160 MJ/(m2*an) et de 290 MJ/(m2*an) pour un assainissement.

Cependant, le label incite à utiliser l’énergie renouvelable. C’est pourquoi, le calcul de l’indice de dépense d’énergie est pondéré de la manière suivante :

• L’électricité consommée pour la production de chaleur et de l’aération est comptée à double et ne doit pas excéder 60 MJ/(m2*an).

• Les énergies renouvelables sont favorisées (l’énergie solaire est déduite de l’IDE).

Il sera donc beaucoup plus facile d’atteindre le standard Minergie avec l’utilisation d’une énergie renouvelable. L’exemple le plus utilisé de nos jours reste la pompe à chaleur qui peut avoir un très bon rendement selon sa qualité ; elle s’associe aussi fort bien à des panneaux solaires.

Isolation thermique d’un bâtiment selon Minergie

Ce qui nous intéresse prioritairement est l’isolation thermique du bâtiment. Dans ce domaine, Minergie est un bon moyen de construction, bien que rien n’oblige à utiliser une aération automatique ou un système de chauffage de nouvelle génération. Comme cité précédemment, plus le système de chauffage est gourmand en énergie, plus il faudra isoler sa maison pour atteindre le label.

Voici quelques valeurs indicatives de la conductivité thermique (U) recommandée pour un bâtiment Minergie :

Valeurs U indicatives (ordre de grandeur)

Bâtiments Mur+toiture Sol Vitrages

Neuf 0.18 - 0.20 0.25 - 0.30 1.0 - 1.2

Rénovation 0.20 - 0.30 0.40 - 0.50 1.0 - 1.2

Pour obtenir ces résultats, il suffit d’augmenter de quelques centimètres l’épaisseur de l’isolation de sa maison ou, dans le cas d’une nouvelle construction, d’utiliser un matériau isolant de meilleure qualité. Ces valeurs restent purement indicatives puisqu’elles dépendent directement du moyen de chauffage et surtout de l’emplacement de l’habitation. En effet, plus la température externe est basse, plus l’isolation devra être conséquente.



Minergie-ECO

Minergie-ECO est un complément au standard Minergie. Les habitations qui en bénéficient doivent répondre à des exigences supplémentaires en matière de constructions saines et écologiques. L’utilisation de matériaux recyclables et demandant peu d’énergie à la fabrication est recommandée.

Minergie-P

Comme Minergie-ECO, Minergie-P est un complément au standard Minergie qui s’est inspiré du label « Passivhaus ». Il exige une conception cohérente du bâtiment, orientée vers une basse consommation d’énergie, encore plus basse que le standard Minergie.

Les exigences concernent les cinq domaines suivants :

Besoins spécifiques de puissance thermique Besoins de chaleur pour le chauffage Indice pondéré de dépense d’énergie Etanchéité à l’air de l’enveloppe du bâtiment Les appareils électroménagers



1.3.4. Le standard « Passivhaus »

Ce standard allemand pose, tout comme Minergie, des exigences élevées, il est par ailleurs bien introduit en Suisse.

Ses buts fondamentaux sont de réduire au maximum l’utilisation des énergies fossiles et de diminuer l’effet de serre. Ainsi s’est créé un grand soutien aux nouvelles techniques et aux énergies renouvelables ainsi qu’au développement et à la recherche de celles-ci.

L’idée principale est née de la conviction qu’un chauffage centralisé n’est pas nécessaire dans les bâtiments dont la qualité énergétique est suffisante. L’économie financière du chauffage peut alors être investie à d’autres fins, par exemple l’installation de panneaux solaires.

Les exigences essentielles de ce standard s’appliquent aux besoins en énergie utiles et à la consommation en énergie primaire :

Besoins maximaux de chaleur pour le chauffage :

15 kWh/(m2*an) = 54 MJ/(m2*an)

Consommation maximale d’énergie primaire totale :

120 kWh/(m2*an) = 432 MJ/(m2*an)

Pour la promotion des énergies renouvelables, la consommation d’énergie primaire se calcule par une pondération de facteurs 3 pour l’électricité, 1.8 pour le mazout et 1.7 pour le gaz naturel.



1.3.5. Comparaison des normes

Ce graphique représente le bilan énergétique d’une maison familiale qui répond à la norme SIA 380/1 ainsi qu’aux standards Minergie et « Passivhaus ». Il provient du guide d’utilisation de la norme SIA 380/1, édition 2001.



1.4. Economie et financement

1.4.1. Problématique

Construire une maison coûte beaucoup d’argent. La bâtir en faisant des efforts au niveau de l’épaisseur et de la qualité des isolants coûte encore plus cher. Financièrement, est-ce qu’isoler son bâtiment d’une manière optimale est plus avantageux que de diminuer les frais d’investissement lors de la construction ? Pour effectuer une comparaison, nous prendrons une maison répondant à la norme SIA 380/1 (minimum légal) et une maison répondant au standard Minergie.

Cette dernière coûtera plus cher qu’une maison traditionnelle, les spécialistes évoquent une majoration de 3 à 8%. Les infrastructures engagées dans ce type de construction sont plus développées, au niveau entre autres choses des épaisseurs des isolants thermiques et de l’ajout d’une ventilation. D’un point de vue rigoureux, nous devrions uniquement tenir compte du prix supplémentaire occasionné par les matières isolantes. Pour simplifier cependant, les maisons seront comparées selon les caractéristiques de la norme SIA et du label Minergie.

1.4.2. Avantages, inconvénients

L’investissement financier de base qui garantit une meilleure isolation est, à l’évidence, plus conséquent. Autrement dit, l’optique de créer un habitat à court terme selon ce modèle est moins avantageuse financièrement.

Cette conception présente cependant un gros avantage. Les efforts consentis dans l’isolation font qu’une maison nécessite moins d’énergie pour son chauffage. A long terme, la rentabilité d’un tel bâtiment dépend surtout du prix de l’énergie. Comme sa consommation, par définition, est moins importante que celle d’une maison traditionnelle, elle devient plus avantageuse, malgré l’augmentation des prix de l’énergie.

Il faut aussi souligner que le cours du pétrole ne cesse d’augmenter (cf. graphique ci-dessous), entraînant avec lui le prix du mazout de chauffage. Depuis 2002, le prix du pétrole a triplé, il se trouve actuellement autour de 60€ le baril. Tout tend à prédire que la tendance ne va pas s’inverser dans les années à venir.

Parallèlement, les réserves mondiales de pétrole diminuent constamment. On les estime capables d’assurer nos besoins en carburant pendant une cinquantaine d’années seulement. De plus, les pays en voie de développement, comme la Chine, seront potentiellement de grands demandeurs.



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Au niveau de l’énergie électrique, un problème similaire est sur le point de se produire. Les politiciens évoquent un manque, à partir de 2012 déjà, pour approvisionner la Suisse en électricité. Les pompes à chaleur permettent actuellement de gagner quelques centimes par kilowattheure d’énergie thermique par rapport au mazout, mais la hausse prévue des coûts d’électricité va inévitablement augmenter les coûts de fonctionnement.

D’un autre point de vue, la personne désirant construire avec une isolation maximale peut sans difficulté réaliser son projet moyennant quelques sacrifices. Dans ce sens, des architectes ont fait le pari de construire des maisons Minergie au même tarif que les habitats ordinaires et ils ont réussi ! Comment s’y sont-ils pris ? La préférence a été donnée à des matériaux économes, pratiques et fonctionnels. L’appareillage électrique a été choisi pour sa fonctionnalité, en privilégiant les modèles à bas prix.

Les surcoûts dus à une isolation de qualité présentent d’autres avantages. Il est clair qu’un bâtiment correctement isolé est plus stable thermiquement : les minima et les maxima de la température interne sont beaucoup plus proches les uns des autres, la fluctuation est moins grande, ce qui induit un confort supplémentaire pour les habitants.

Au niveau des privilèges financiers, il est possible, dans le cas d’une rénovation, de bénéficier d’une réduction fiscale. Ajouter de l’isolation lors du rafraîchissement de l’enveloppe d’un bâtiment est donc fortement encouragé, car rentable à moyen terme déjà.

Pour ce qui est des maisons neuves ou rénovées atteignant le standard Minergie, un nombre grandissant de banques propose des tarifs préférentiels à leurs propriétaires. Ces personnes peuvent par exemple bénéficier d’un taux d’intérêt inférieur de 0,5% aux taux en vigueur, pendant 4 ans et sur un montant à concurrence de Sfr. 250’000. Le gain est de Sfr. 5000. Après ces 4 ans, il est bien sûr possible de renégocier son taux de prêt, le détenteur d’un bâtiment Minergie ayant un atout supplémentaire dans cette négociation. En effet, les banques ont compris qu’un propriétaire préférera d’abord payer sa facture de chauffage et ensuite ses intérêts hypothécaires. Les banques s’assurent ainsi de pouvoir toucher leurs bénéfices, même si le prix de l’énergie vient à augmenter promptement.



Au niveau des subventions accordées par le canton du Jura, le montant pour une nouvelle maison répondant au standard Minergie est de Sfr. 5000. Dans le cas d’une rénovation, cette aide porte jusqu’à Sfr. 8000. Elle peut se percevoir comme un encouragement, tant pour l’assainissement du bâtiment, que pour les frais supplémentaires engendrés par des complications d’exécution.

Les bâtiments répondant au label Minergie P, reçoivent une subvention à la hauteur du standard Minergie, et un montant supplémentaire de Sfr. 7'000.

Ces aides ne sont accordées qu’en cas de certification par le label Minergie. Il est donc inexact de prétendre qu’elles sont justes liées à une meilleure isolation thermique.



1.4.3. Comparatif des coûts variables

Pour comparer le standard Minergie et la norme SIA, il est possible de faire un calcul de coûts variables entre ces deux maisons types.

Coûts du kWh : 8ct Surface de la maison : 180m2 Apport de fond propre : 20% du prix de la maison

Coûts de la maison normale (SIA) : Coûts de la maison Minergie :

Sfr.450’000 Sfr.450'000 + 8% = Sfr.486'000

Calcul des intérêts

Subvention : Subvention cantonale pour le Jura :

Aucune Sfr.5000

Apport de fond propre : Apport de fond propre :

Sfr.450'000 x 20% = Sfr.90'000 Sfr.486'000 x 20% = Sfr.97’200

Montant de l’emprunt : Montant de l’emprunt :

Sfr.450'000 - Sfr.90'000 = Sfr.360'000 Sfr.486’000 - Sfr.97’200 = Sfr.388’800

Déduction de la subvention :

Sfr.388'800 - Sfr.5'000 = Sfr.383’800

Taux d’intérêts : Taux d’intérêts :

4.5% 4% sur Sfr.250'000 pendant 4ans

4.5% pour le reste

Réduction de la banque (détail plus bas): Sfr.5’000

Montant de l’emprunt avec la réduction :

Sfr.383’800 - Sfr.5’000 = Sfr.378’800

Coût annuel de l’emprunt : Coût annuel de l’emprunt :

Sfr.360'000 x 4.5% = Sfr.16'200 Sfr.378’800 x 4.5% = Sfr.17'046



Calcul du coût du chauffage

IDE selon la norme SIA : IDE selon le label Minergie :

100 kWh/(m2a) 42 kWh/(m2a)

Dépense d’énergie par année : Dépense d’énergie par année :

Q = IDE * S = 100 *

180 = 18'000 kWh/a Q = IDE * S = 42 * 180 = 7'560 kWh/a

Coûts de l’énergie par année : Coûts de l’énergie par année :

18'000 x Sfr 0.08 = Sfr.1440 5'880 x Sfr.0.08 = Sfr.604.80

Coût total de la maison par année : Coût total de la maison par année :

Sfr.16’200 + Sfr.1440 = Sfr.17’640 Sfr.17'046 + Sfr.604.80 = Sfr.17'650.80

Coût mensuel de la maison : Coût mensuel de la maison :

Sfr.17’640 / 12 mois = Sfr.1'470.- Sfr.17'650.80 / 12 mois = Sfr.1'470.90

Calcul de la réduction de la banque

Taux d’intérêt inférieur de 0.5% au taux normal durant 4 ans pour le montant de Sfr.250'000.

Coûts de Sfr.250'000 à 4,5% sur 4 ans :

Coût annuel de l’emprunt :

Sfr.250'000 x 4.5% = Sfr.11'250

Total sur 4 ans :

Sfr.11'250 x 4 ans = Sfr.45'000

Coûts de Sfr.250'000.- à 4.0% sur 4 ans :

Coût annuel de l’emprunt :

Sfr.250'000.- x 4.0% = Sfr.10'000

Total sur 4 ans :

Sfr.10'000 x 4 ans = Sfr.40'000

Gain sur les 4 années :

Sfr.45'000 - Sfr.40'000 = Sfr.5'000

1.4.4. Bilan économique

Par ces calculs, la preuve est apportée que la maison répondant au standard Minergie ne coûte pas plus cher qu’une maison standard au niveau des frais variables. L’investissement supplémentaire nécessaire à atteindre le label Minergie



est donc totalement justifié. Pour avoir une valeur hypothécaire majorée de Sfr. 36'000.-, le propriétaire n’a déboursé que Sfr. 7'200.- supplémentaires, et doit payer une majoration de 90 centimes par mois. De plus, il ne subira que très peu les variations du prix de l’énergie, tandis que le propriétaire de la maison classique percevra chaque nouvelle augmentation comme une perte sensible au niveau de son porte-monnaie.

Il faut aussi souligner que les Sfr. 7'200.- de fonds propres supplémentaires peuvent être contrebalancés par un investissement minime du futur propriétaire lors de la construction de sa maison. Moyennant quelques efforts et 90 centimes par mois, la maison Minergie pollue beaucoup moins et apporte un confort issu d’une meilleure stabilité thermique et d’une ventilation optimale des locaux.

La réduction faite par la banque est calculée approximativement et ne tient pas compte des intérêts de Sfr. 5000.- sur les quatre ans. Il est aussi impossible ici d’introduire les réductions qu’apporte la renégociation des taux d’intérêts citée en introduction.

Les coûts liés à l’énergie consommée par le système d’aération sont inclus dans les frais de chauffage. Etant déjà pris en compte dans le calcul de l’IDE Minergie, il n’y a pas lieu de leurs ajouter des frais supplémentaires d’électricité pour la ventilation.

Selon le type de maison, il est possible d’obtenir des réductions et subventions supplémentaires améliorant encore le bilan économique du bâtiment. Le centime climatique, les exonérations fiscales et déductions d’impôts permettent aussi d’économiser de l’argent et d’équilibrer le bilan. Dans tous les cas, il est nécessaire de s’informer auprès des organismes compétents et des offices de l’énergie. Toutefois, le soutien octroyé étant de la compétence des cantons, il existe autant de subventions différentes que de cantons.

Tirée d’un document de l’Office de l’énergie du canton de Neuchâtel, la problématique d’une rénovation des façades est abordée sur la base du graphique ci-dessous.

En bleu apparaît le coût par m2 de façade de la maison, sans tenir compte du prix de l’énergie sur le long terme. Le fait de recrépir la maison et de rajouter une couche de peinture ne fait varier que très peu la qualité thermique du mur. La valeur U (perméabilité thermique) est donc élevée, mais le coût de l’opération étant relativement modeste, le prix du m2 de façade augmente peu.

De l’autre côté du graphique, les quatre colonnes bleues culminent à des points beaucoup plus élevés. Le prix du m2 de façade isolée est plus élevé, mais en contrepartie la perméabilité thermique de la maison est moindre. Les murs rénovés avec un ajout d’isolant ont une capacité isolante environ quatre fois meilleure que le mur recrépi. Sur le court terme, il est donc avantageux de ne pas rajouter d’isolation.

Les barres additionnelles en rouge et vert marquent la valeur supplémentaire due au chauffage des pièces de la maison. Dans le cas rouge, la simulation est faite sur la base d’un prix du kWh d’énergie de 4ct. On voit nettement que le prix du m2 de la



PowerPoint du service cantonal de l’énergie de Neuchâtel.

façade augmente de façon pyramidale dans le cas d’une mauvaise isolation. Malgré ce fait, la solution de base, sans ajout d’isolation, reste encore avantageuse.

Imaginons que le coût du kWh d’énergie monte maintenant à 7ct. Cette fois, ce sont les barres supplémentaires vertes que nous devons prendre en compte. Il apparaît dans ce cas qu’il est nettement plus avantageux de mieux isoler la façade que de simplement la recrépir, le coût du m2 étant plus profitable sur le long terme le propriétaire y gagnera financièrement. En refaisant le calcul de l’énergie au prix actuel, c'est-à-dire à 7,3 centimes le kWh, le gain de la façade isolée serait encore plus grand.



1.5. Ecologie, environnement et santé

Dans les points précédents, nous avons comparé deux profils correspondants à la norme SIA 380/1 et Minergie. D’un point de vue financier, il est plus avantageux de construire une maison Minergie, pour autant que les taux d’intérêts n’augmentent pas ou peu ou que le prix de l’énergie augmente dans une même mesure. Par contre, construire en faisant des efforts sur la diminution des pertes thermiques ou selon le label Minergie apporte divers avantages, difficilement quantifiables toutefois sur le plan économique.

Premièrement, construire avec une isolation supérieure permet de réaliser d’importantes économies d’énergie. Dans le contexte actuel, c’est un sujet très sensible. En effet, qui dit consommation d’énergie dit aussi pollution et production de CO2, un des principaux facteurs de l’effet de serre et du réchauffement de la planète, déclaré officiellement par la communauté scientifique internationale. 71% de l’énergie utilisée en Suisse sert à la production de chaleur. Le mode veille des appareils électriques -grand consommateur d’électricité - est souvent évoqué, mais parle-t-on du gain d’énergie réalisable en isolant correctement sa maison ? Trop peu et nous devons rapidement en prendre conscience. L’équilibre climatique de notre planète est gravement perturbé par l’activité humaine. Il est nécessaire d’agir dans toutes les directions pour diminuer les émissions de gaz à effet de serre.

Non seulement une meilleure isolation des habitations va dans ce sens, mais elle apporte aussi un confort accru. L’isolation permet de se protéger du froid et du chaud. Ceci signifie une température mieux régulée et plus constante.

En réponse à l’augmentation du prix du pétrole, de nombreuses personnes ont opté pour la pompe à chaleur. Le prix de l’énergie est plus attractif, mais pas sa consommation.

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Le standard Minergie combat les pertes de chaleur inutiles par l’isolation, mais aussi par la limitation des pertes dues à la convexion thermique. Chaque jour, il est nécessaire d’aérer les locaux où il y a de la vie. Par cet acte, une quantité non négligeable de chaleur est gaspillée. D’un côté, la maison en est totalement refroidie, de l’autre, il faudra produire de l’électricité et polluer pour réchauffer la maison. Pour combattre ce gaspillage, le standard Minergie introduit un système de ventilation avec échangeur thermique qui permet de récupérer la chaleur tout en renouvelant de manière optimale l’air des locaux. Ce système s’inscrit totalement dans la politique de diminution du besoin en énergie, comme l’isolation des bâtiments.

Ce mode de ventilation des locaux permet de limiter plusieurs désagréments - les odeurs liées au trafic automobile, les problèmes d’allergie dus au pollen - par l’ajout d’un simple filtre sur la bouche d’aspiration de l’air.

Revenons à l’isolation des bâtiments. La fabrication des isolants demande une certaine quantité d’énergie. Dans un état d’esprit « puriste », le bilan énergétique se rapportant à une nouvelle maison doit tenir compte de l’énergie utilisée pour fabriquer les isolants, du recyclage des matériaux utilisés et du coût. De ce point de vue, les matériaux isolants facilement recyclables, de même le bois plus écologique que les isolants à base de plastique (donc de pétrole), seront favorisés. En Suisse, le label Minergie-ECO tient compte de l’énergie utilisée lors de la création et de la démolition de la maison.

Bien qu’une amélioration de la qualité des nouveaux bâtiments paraisse essentielle, l’assainissement des bâtiments d’avant 1980 semble être encore plus crucial. C’est aussi et surtout par cette mesu re que la demande globale d’énergie pourra diminuer.

Afin de consommer le moins d’énergie possible, il existe des maisons bioclimatiques, pour lesquelles le chauffage est conçu à partir de l’énergie gratuite du soleil. Pour acquérir une telle qualité de construction, le propriétaire concentrera ses efforts dans l’isolation et l’utilisation des moyens de capter le rayonnement solaire.

Vous comprendrez que la chasse aux pertes thermiques est ouverte : elle se joue sur tous les fronts car gagner quelques kilowattheures par année partout où cela est possible reste la démarche fondamentale d’un tel défi.

Enfin, si « argent » rime définitivement avec « environnement », les efforts fournis lors de la construction ou de la rénovation d’un bâtiment pour diminuer les pertes par une meilleure isolation sont indéniablement payants. Les systèmes permettant de limiter les quantités de chaleur perdues par l’aération des locaux sont aussi très invitants ; ils constituent un pas supplémentaire et non négligeable dans les économies d’énergie, même si des personnes y sont toujours hostiles alors même que les avantages ont été démontrés.



Conclusion

La question de l’isolation thermique est un vaste sujet. Par conséquent, nous avons choisi de prendre en compte deux types de constructions : celui répondant au standard Minergie et celui ne répondant qu’au minimum légal. La réalité étant plus subtile et complexe que les choix précités, elle démontre largement que de nombreuses constructions consomment trop d’énergie. Les standards ne se limitent pas non plus aux deux cas que nous avons énumérés. C’est pourquoi, il est possible de se renseigner auprès d’offices compétents dans ce domaine.

Nous avons arrêté ces deux points de comparaison pour les motifs suivants : la norme SIA incarne le minimum à suivre, c’est-à-dire une exigence limitée en termes d’efforts à fournir pour mieux isoler un bâtiment ; le label Minergie, plus exigeant, représente un standard auquel la majorité des bâtiments devrait répondre.

Notre démarche vise à faire réfléchir le lecteur sur sa maison, actuelle ou future, et à lui faire prendre conscience de l’impact que peut avoir la façon de l’isoler. La vague écologique est en route et nous sommes assaillis par les articles touchant au réchauffement de la planète, à la production de CO2, à la consommation mondiale d’énergie. Il était donc important d’orienter notre travail dans le même sens, tout en proposant des solutions pour consommer moins d’énergie et polluer moins. L’isolation des bâtiments étant un sujet allant dans le sens de notre démarche, il nous a permis de relever ce défi.

Ci-après, vous trouverez la réponse à notre question principale :

« Pourquoi est-il important de diminuer les pertes thermiques en matière de construction immobilière ? ».

La protection de l’environnement, la diminution de la pollution et des gaz à effet de serre représentent de grands défis pour l’humanité. Ils deviendront tôt ou tard des priorités absolues pour la survie de l’homme sur terre. Pour éviter tout scénario catastrophe, il est impératif de réagir sans plus attendre en diminuant le gaspillage d’énergie. La diminution des pertes thermiques et énergétiques des bâtiments s’inscrit dans ce sens.

L’homme possède fort heureusement les moyens techniques pour économiser cette énergie si précieuse. Il existe des matériaux isolants d’excellente qualité et il est possible de s’en procurer très facilement. Les vitrages se sont développés et il est également certain d’en trouver avec des qualités thermiques proches de celles des murs.

Des standards de qualité permettant d‘éviter d’éminentes pertes thermiques et d’excellentes structures d’information - pourvoyeuses de précieux conseils aux futurs propriétaires - servent tous deux de référence et demeurent facilement accessibles.



Enfin et surtout, il ne faut plus croire que construire en axant sur les épaisseurs des matériaux isolants est une perte d’argent inutile. A long terme, les gains d’énergie compensent largement les investissements consentis, tout en ajoutant des qualités de confort non négligeables.

A présent, nous invitons chaque personne désirant construire une maison à se renseigner, à découvrir les nouvelles technologies pour participer activement à la sauvegarde des intérêts de la planète.



Bibliographie

Les ouvrages

Flumroc – Constructions à faible consommation d’énergie

ISOVER –vivre en consommant moins d’énergie

SuisseEnergie – Rénovation des bâtiments

SuisseEnergie – Nouveaux bâtiments à faible consommation d’énergie

SuisseEnergie – Minergie : Le confort économique !

Flumroc – Minergie : Le label de qualité pour la meilleure isolation

Science & Vie – Hors-série – 2005-2015, les révolutions de la maison individuelle

Norme SIA 380/1 – L’énergie thermique dans le bâtiment

L’énergie thermique dans le bâtiment – Guide d’utilisation de la norme SIA 380/1, édition 2001

Les sites Internet

www.flumroc.com

www.minergie.ch

http://www.batirbio.org/

Site de la Confédération : Office fédéral de l’énergie OFEN :

http://www.bfe.admin.ch/

Les illustrations des calculs des pertes énergétiques sont tirées du livre de physique du cours de maturité.

http://etat.geneve.ch/dt/site/protection-environnement/energie/master-content.jsp?componentId=kmelia69&nodeId=488

http://www.linternaute.com/science/environnement/dossiers/06/0601-maison-econome/1.shtml

http://ecohouse.greenpeace.be/Eco_FR/inleiding.html

http://www.eurima.org/downloads_pub/brochure_fr.pdf

http://www.dse.vd.ch/environnement/energie/documents/Renovez.pdf

http://www.manicore.com/documentation/articles/renovation.html

http://www.pplus.ch



http://www.cyberbricoleur.com/

http://www.eurima.org/

http://www.asder.asso.fr/

http://mrw.wallonie.be/energieplus/CDRom/toitureplate/equipements/tptechisol.htm

Les fichiers PowerPoint

Minergie_travail.ppt

L’indice de dépense d’énergie.ppt

LE DEVELOPPEMENT DURABLE.ppt

Ces trois fichiers nous ont été fournis par M. Frey.

Cahier des journées du 13e séminaire suisse 2004, Martin Jakob et Eberhard Jochem



Remerciements

Nous tenons à remercier

• Particulièrement Michel Frey, dont nous recommandons vivement les services pour recevoir des conseils avisés sur tout ce qui touche à l’isolation et au label Minergie, et qui nous a permis de nous informer sur ce thème en partageant généreusement ses connaissances. Un grand remerciement pour le temps passé à nous entretenir et celui qui consistait à éliminer les erreurs embryonnaires de notre travail.

• Monsieur Francis Jeannottat pour avoir tout mis en œuvre et faciliter ainsi notre rencontre pour l’élaboration de notre travail.

• Tous les professeurs qui, par leur collaboration, ont permis à notre travail de prendre forme.

• Monsieur le Directeur Jean Theurillat, pour avoir donné son approbation concernant la diffusion de notre dossier par le biais du site Internet du Centre Professionnel de Porrentruy ; ainsi qu’à Madame Suzanne Dubois pour sa correction préalable à la diffusion Internet de notre travail.

Documents

CPP – MPT A Février 07 · Transfert de la chaleur ... Ce transfert a lieu selon trois formes différentes : la conduction, la convection et le rayonnement. La conduction On désigne