� A l’heure de l’envolée du prix desénergies et des inquiétantes conclusionsdes experts du GIEC(1) quant au réchauf-fement de la planète, améliorer l’effica-cité énergétique dans le secteur dubâtiment permettra de réaliser les plusimportantes réductions d’émissions deGaz à Effet de Serre (GES). Rappelons eneffet qu’en France, le bâtiment consomme42 % de l’énergie du pays, ce qui repré-sente 23 % des émissions nationales deCO2. Il est donc urgent d’apprendre àconstruire et rénover les bâtiments quipermettront d’atteindre l’objectif nationalde division par 4 de nos émissions de Gazà Effet de Serre. Les Bâtiments à BasseConsommation d’énergie (BBC) etBâtiments à Energie Positive (BEPos)répondent à ces enjeux.

La construction neuve

Plusieurs dénominations désignent dif-férents niveaux de performance : maison« faiblement consommatrice », « maisonpassive » et « bâtiment à énergie positive »qui produit plus d’énergie qu’il n’enconsomme. Toutes ces notions cohabi-tent aux côtés des labels HPE ou THPE

(très haute performance énergétique),BBC (bâtiment basse consommation) enFrance, mais aussi Minergie (créé enSuisse) et Passivhauss (créé en Allemagne).Ces multiples approches ont le mêmeobjectif : construire des bâtiments à trèsbasse consommation d’énergie.On connaît de mieux en mieux les bâti-ments passifs allemands, dont les besoinsen énergie sont très fortement réduits (< 15 kWh/m2 de surface habitable/an), àtel point qu’on peut presque se passer desystème de chauffage.En revanche on connaît moins les bâti-ments à énergie positive. On peut direque c’est une révolution : les bâtimentsvont désormais générer de l’électricitéverte alors que jusqu’à aujourd’hui, ilsengloutissaient d’énormes quantitésd’énergie fossile et électrique (dans unbâtiment basse consommation, les pre-miers postes de consommation devien-nent l’eau chaude sanitaire (ECS) et lesconsommations électro-domestiques).Dans les bâtiments passifs, l’enveloppefaiblement déperditive et étanche à l’airfait que les apports solaires peuvent com-penser jusqu’à 50 % des pertes thermi-ques. Les besoins de chauffage résiduels et

la puissance de chauffage sont alors trèsfaibles.Les BEPos sont des « bâtiments passifsdotés de systèmes de production d’énergierenouvelable » tels que des panneauxphotovoltaïques ou la micro-cogénéra-tion(2) à bois, qui leur permettent degénérer plus d’électricité qu’ils n’enconsomment. Le surplus injecté sur leréseau RTE constitue d’une part unrevenu qui permet d’amortir plus rapi-dement la construction d’un tel bâtiment,et d’autre part une électricité décentra-lisée bien moins carbonée que l’électri-cité du réseau. Les BEPos sont la mise enapplication directe du concept Négawatt(3)

qui vise :— à limiter les déperditions,— à utiliser des équipements à haut ren-dement, avant de — recourir aux énergies renouvelablespour satisfaire les besoins résiduels.En France, 5 labels de performance éner-gétique ont été mis en place dans le sec-teur de la construction. Le plusperformant est le label BBC qui imposeun niveau maximal de consommation(conventionnelle au sens de la RT 2005)de 50 kWh/m2 de surface hors d’œuvre

L’augmentation inéluctable du prix des énergies ainsi que laperspective du changement climatique rendent impératifd’améliorer l'efficacité énergétique des bâtiments, secteur qui représente 42 % de la consommation d’énergie du pays et 23 % des ses émissions de GES. Généraliser les bâtiments àbasse consommation d’énergie (BBC) et bâtiments à énergiepositive (BEPos) constitue donc un enjeu fondamental, tant dansle neuf qu’en rénovation.

François BOURMAUD, Thomas RAQUIN,Damien LAMBERT, Amoès

Références

Construction neuve et rénovation : les enjeuxdu bâtiment à énergie positive

Energie

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nette (SHON) par an pour le chauffage,l’eau chaude sanitaire, l’éclairage, les auxi-liaires de ventilation et de chauffage.Notons que ce label, aujourd’hui très per-formant par rapport à la réglementationthermique RT 2005, deviendra la normeobligatoire en 2012 ! En 2020, ce serontles bâtiments à énergie positive. On com-prend pourquoi il est judicieux pour tousles acteurs de construire dès aujourd’huien BBC pour anticiper les prochainesréglementations thermiques et apprendreà savoir faire aujourd’hui les bâtimentsqui seront livrés sur tout le territoire fran-çais dans 4 ans…

Mesurer pour progresser

Enfin, s’appuyer sur des campagnes demesures de consommations dans l’habitatexistant permet d’appréhender les postesqui ne sont pas pris en compte dans lecalcul réglementaire, notamment lesusages de l’électro-domestique. Mesurer laperformance des nouveaux bâtiments esttout aussi important, afin de pouvoir éva-luer et comprendre les éventuelles dérives,et rectifier en conséquence sur les nou-velles opérations.Par ailleurs, cette nouvelle approche baséesur un dimensionnement au plus justedes systèmes conduit les architectes etbureaux d’études à travailler main dansla main dès la phase esquisse. On a puconstater que l’architecture joue un rôleprimordial dans la performance énergé-tique d’un bâtiment, notamment entermes de compacité, valeur de surfacevitrée, orientation, localisation des gainestechniques.

On peut décliner les points essentiels quiguident la conception d’un bâtiment àbasse consommation d’énergie de la façonsuivante.

Réduire les besoins

— L’orientation du bâtiment est impor-tante pour valoriser au mieux les apportssolaires en hiver et s’en protéger facile-ment en été. Une orientation plein sudest idéale. C’est un paramètre parfoisimposé, d’où l’intérêt d’anticiper et choisirune parcelle où l’on pourra orienter lebâtiment de façon optimale.— La forme du bâtiment est cruciale :

plus ce dernier sera compact, moins lasurface déperditive sera importante et plusles déperditions par l’enveloppe serontfaibles. Cela implique d’éviter les décro-chements de façade, les formes com-plexes… C’est tout le travail del’architecte, en collaboration avec lebureau d’études (ou celui qui réalise unesimulation thermique dynamique), quisaura d’autant plus facilement optimiserson dessin qu’il sera sensibilisé à laconception de bâtiments BBC ou BEPos.— La surface de vitrages du bâtimentconditionne le confort d’été qui devientun paramètre important dans des bâti-ments très isolés et donc sujets à un effet« thermos ». Des surfaces vitrées tropimportantes entraîneront des surchauffesincontrôlables en été et un bilan déper-ditif en hiver (déperditions supérieuresaux apports solaires). A l’inverse unemaison avec peu de surface vitrée entraî-nera un confort visuel dégradé dans lebâtiment et valorisera moins bien lesapports solaires hivernaux. L’idéal sembleêtre de ne pas excéder 17 à 18 % de la sur-face habitable et d’orienter autant quepossible les fenêtres au Sud. Enfin, il fautpenser à prévoir de bonnes occultations.La mise en œuvre de casquettes en sur-plomb des baies orientées plein sud offrela possibilité de diminuer les surchauffesestivales tout en laisser entrer les rayonsdu soleil en hiver.

— L’enveloppe doit être fortement isolée.Cela concerne les parois opaques (lesmurs) et les parois vitrées.L’isolation des parois opaques peut êtreréalisée par l’intérieur, par l’extérieur oude façon répartie (brique monomur,béton cellulaire…). Chaque technique ases avantages. L’isolation par l’extérieur al’atout de conserver l’inertie des murs (cequi permettra de palier plus facilementaux pics de surchauffe estivale), d’amé-liorer la protection du bâti, de traiter lesponts thermiques (voir plus loin), et depermettre un gain de surface habitable.Rappelons que l’inertie est apportée parun matériau lourd, présentant une grandesurface d’échange et une conductivitéélevée.L’inconvénient majeur de cette techniquepeu utilisée reste principalement son coût,relativement plus élevé qu’une isolationpar l’intérieur.

Les parois vitrées, autrement dit le vitrageet la menuiserie, doivent être perfor-mantes car elles resteront toujours les sur-faces les plus déperditives de l’enveloppedu bâtiment. Le double vitrage à basseémissivité avec une lame remplie de gazrare (argon ou krypton) est le minimumrequis dans ce type de construction. Onpeut même aller plus loin en utilisant dutriple vitrage, souvent nécessaire pour lesorientations nord et incontournablelorsqu’on vise le niveau passif… Pour lechoix de la menuiserie, rappelons quel’aluminium est très gourmand en énergielors de sa fabrication ; les menuiseries boiset PVC offrent des performances simi-laires pour des coûts raisonnables.Cependant les menuiseries PVC sont àéviter car elles provoquent des dégage-ments de COV (composés organiquesvolatils) cancérigènes et le recyclage duPVC pose encore de sérieux problèmesenvironnementaux. Le bois, lui, doit êtretraité et entretenu pour ne pas se dégraderrapidement. Au final les menuiseries boisavec cadre en aluminium ou PVC repré-sentent le meilleur bilan prix/perfor-mance/bilan énergétique.— Les ponts thermiques doivent êtreévités et traités au maximum. Plus quedes fuites de chaleur, ces ponts thermi-ques sont d’abord des points froids dansle bâtiment et donc des points de conden-sation à éviter. Plusieurs solutions sontpossibles, la plus efficace étant l’isolationpar l’extérieur ou l’isolation répartiecomme décrit ci-dessus. Dans le cas d’uneisolation par l’intérieur, la solution est de

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Ponts thermiques entre unplancher bas sur terre-plein isoléen sous-face et un mur extérieur

isolé par l'intérieur.

p-face et un mur extérsolé par l'intérieur.

Exemple de pont thermique.

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placer des rupteurs de ponts thermiquesau niveau des liaisons murs-planchers,murs extérieurs-refends ou encore desbalcons et des acrotères qui agissentcomme de vraies ailettes de refroidisse-ment. S’ils ne sont pas traités, les pontsthermiques d’un bâtiment très isolé peu-vent représenter plusieurs fois les pertespar les parois opaques.

— L’étanchéité à l’air du bâtiment peutconstituer un poste important de déper-dition : si elle n’est pas traitée, les pertespar infiltration peuvent représenterjusqu’à 70 % des déperditions totales d’unbâtiment basse consommation. Il est pri-mordial de porter une attention particu-lière aux joints de fenêtres, aux percementsdes cloisons (prises de courant…) ainsiqu’aux entrées d’air dans les menuiseriesdes fenêtres. L’étanchéité à l’air est quelquechose de nouveau en France dans ledomaine du bâtiment. Il est aujourd’huipossible de mesurer la perméabilité à l’airdu bâtiment grâce à un test à la portesoufflante.

Des systèmes performants

En suivant les préconisations ci-avant, lebâtiment est bien orienté, compact, isoléet étanche ; les déperditions sont donctrès limitées.L’installation d’équipements performantsconstitue une deuxième étape et va per-mettre de maîtriser les consommationsinhérentes à la vie du bâtiment :— Une bonne ventilation doit permettrede renouveler l’air avec un débit suffisantpour assurer la qualité de l’air intérieur

pour les occupants. Aussi, les pertes parrenouvellement d’air peuvent être consé-quentes. Récupérer l’énergie contenuedans l’air extrait est donc une sourceimportante d’économies. Par rapport àune VMC (ventilation mécaniquecontrôlée) simple flux, la VMC doubleflux présente un réseau d’extraction et unréseau de soufflage, afin de souffler l’airpréchauffé dans les pièces de vie et l’ex-traire dans les pièces humides.

Par ailleurs, coupler une ventilationdouble flux avec un puits canadienpermet d’augmenter l’efficacité du sys-tème. En hiver, l’air est d’abord préchauffépar le sol (à une température entre 7 et12 °C) avant de passer dans le récupéra-teur de chaleur. En été, la fraicheur du solest utilisée pour refroidir l’air neuf soufflédans le bâtiment.Une deuxième solution, la VMC hygro-réglable, module son débit d’extractionen fonction de l’humidité dans le loge-ment. Cette technologie ne peut répondreau double objectif « débit suffisant derenouvellement d’air – récupération dechaleur » et n’est donc pas très adaptée àun BEPos.— Le choix du mode de chauffage dubâtiment est multiple. Une chaudière boisà haut rendement présente un très bonbilan environnemental puisque le bois estune énergie renouvelable. Les chaudièresgaz à condensation sont aussi une solu-tion performante. L’usage de l’électricitépour le chauffage n’est envisageable qu’àtravers la pompe à chaleur géothermiqueou sur nappe phréatique. Rappelons eneffet que pour présenter un COP suffi-

sant, l’écart de température entre la sourcede chaleur (le sol) et l’émetteur (plancherchauffant par exemple) doit être le plusfaible possible.— Le système de régulation doit êtreprécis et réactif. En effet, une régulationfine de la température intérieure zone parzone est une source d’économies et ellepermet de valoriser au mieux les apportssolaires gratuits. On mettra en œuvre unerégulation terminale qui permet decouper le chauffage dès que la tempéra-ture de 19 °C est atteinte, par exempleavec des vannes électrothermiques.— Pour le poste eau chaude sanitaire(ECS), la première mesure utile est de dis-poser des appareils hydroéconomes quiréduiront tout à la fois les puisages et lesconsommations liées à la préparation del’ECS. Ensuite, une installation solairethermique permettra de couvrir la majo-rité des besoins en ECS.— L’éclairage est un poste qui peut êtreréduit d’un facteur 10 facilement. Bienorganiser les espaces permet de profiterau maximum de l’éclairage naturel dansles pièces de vie. En termes d’équipement,les lampes à incandescence et halogènesdoivent évidemment être bannies de tousles bâtiments au profit des ampoules àbasse consommation (fluo-compactes etleds).— Les équipements électriques doiventêtre peu consommateurs car cela permetde réduire tout à la fois la chaleur dégagée,qui contribue aux surchauffes estivales,et les consommations électriques. Onoptera pour des appareils électroména-gers de classe A, A+ ou A++, et des ordi-nateurs portables qui consomment 4 foismoins qu’un ordinateur de bureau fixe.— Les auxiliaires de chauffage et de ven-tilation sont des postes importants deconsommation électrique lorsqu’ils sontsurdimensionnés (par sécurité ou manquede temps d’étude). Les pompes, circula-teurs et autres ventilateurs doivent êtredimensionnés au plus juste et adaptés àla demande instantanée (débit variable).

Produire l’énergie

A ce second stade de l’étude, l’installationd’équipements performants a d’ores et déjàpermis de maîtriser la dépense énergé-tique liée au fonctionnement du bâtiment.Le bâtiment est BBC.

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•••Fonctionnement d'une centrale de ventilation double flux.

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A partir d’un bâtiment faiblementconsommateur, la mise en œuvre d’unecapacité de production d’électricité renou-velable va suffire à en faire un bâtimentexcédentaire en électricité : c’est le bâti-ment à énergie positive. Cette capacité deproduction peut être constituée par despanneaux solaires photovoltaïques ou lamicro-cogénération à bois(4).L’électricité photovoltaïque est produiteà partir du rayonnement solaire. Ce typede production offre plusieurs avantages :— l’électricité produite est renouvelable etpropre ;— la production d’électricité est possiblesur le tout territoire français, horscontrainte d’intégration architecturale ;— les systèmes photovoltaïques sontextrêmement fiables : les matériauxemployés (verre, aluminium) résistentaux pires conditions climatiques (notam-ment à la grêle) et la durée de vie d’uncapteur photovoltaïque est de plusieursdizaines d’années.Insistons sur le fait qu’un bâtiment fai-blement déperditif et faiblement consom-mateur en électricité est une conditionsine qua non pour en faire un bâtiment àénergie positive. Ce n’est qu’une fois lesrecommandations énergétiques précé-demment évoquées mises en œuvre qu’unsystème de production d’énergie renouve-lable pourra compenser et dépasser laconsommation électrique du bâtiment.La conception du bâtiment met désor-mais en jeu de multiples paramètres. C’estainsi que les bureaux d’études énergéti-ques ont un rôle très important à jouerdès la phase esquisse des projets et queleurs préconisations doivent permettreaux architectes, souvent chefs de projet,de saisir l’impact de l’architecture (y com-pris l’architecture intérieure) sur laconsommation énergétique des bâtiments.

Ce type de conception se rapproche del’architecture bioclimatique dont la philo-sophie est de construire avec le climat aulieu de s’en protéger par des systèmesénergivores.

La rénovation desbâtiments existants

Les bâtiments à énergie positive sont uneréponse concrète au facteur 4 dans laconstruction neuve, mais n’oublions pasque le premier enjeu reste la rénovationdu parc existant, d’abord parce que cedernier est fortement consommateur,d’autre part parce que c’est un moyen deréduire la consommation d’énergie griseliée à la construction neuve.Les bâtiments construits avant 1975consomment en moyenne 400 kWh/m2/an(8 fois plus que les bâtiments BBC). Cessurconsommations sont dues au fait queces bâtiments ne sont pas isolés, lesvitrages sont de mauvaise qualité, les systèmes énergétiques ne sont pas perfor-mants…La première priorité est d’isoler le bâti-ment. C’est un investissement lourd maisglobalement c’est le plus rentable économi-quement et énergétiquement. L’isolationpar l’extérieur a, dans cette optique,encore plus d’avantages qu’en construc-tion neuve :— travaux possibles en site occupé ;ravalement de la façade ;— traitement de nombreux ponts ther-miques ;— réduction immédiate des consomma-tions de chauffage.La deuxième mesure est le changementdes vitrages, deuxième poste déperditif.Là encore l’investissement est conséquentcar les vitrages performants sont chersmais l’amélioration du confort thermiqueet acoustique justifient en partie l’investis-sement. Ces deux premières mesures sontaussi l’occasion de traiter l’étanchéité àl’air du bâti.Ensuite, si le système de chauffage arriveen fin de vie, c’est l’occasion d’en changeret de le remplacer par un système dont lapuissance sera fortement réduite.La mise en place d’un système de ventila-tion n’est pas toujours évidente mais àterme, elle peut être pertinente, surtoutsi l’étanchéité à l’air du bâtiment a étéaméliorée. On peut parfois coupler les

deux opérations (ventilation + chauffage)en installant une VMC double flux cou-plée à une pompe à chaleur sur l’airextrait. Le chauffage est alors assuré par lesystème de ventilation. Par contre, ce typed’installation sous-entend l’utilisation degaines techniques adaptées et la présencede faux plafond.Ainsi, dans tout projet de rénovation,l’important est en premier lieu de dimi-nuer les déperditions du bâtiment. Il n’estpas cohérent d’installer un système dechauffage performant ou un système deproduction d’énergie renouvelable dansune « passoire thermique ». L’attentiondevra donc d’abord être portée sur l’iso-lation et les vitrages.Plus de 20 millions de logements àrénover d’ici à 2050 : le secteur résidentielreprésente les deux tiers des consomma-tions d’énergie et des émissions de gaz àeffet de serre du bâtiment. Le marché de larénovation représente 10 milliards d’eurosde travaux supplémentaires par anjusqu’en 2050 ! Le secteur du tertiairecompte près de 850 millions de m2 de sur-faces chauffées ou climatisées. Ce marché,apparemment plus complexe à aborder,est une opportunité à considérer avecintérêt.Le Grenelle de l’environnement a posédes objectifs mais nous pouvons aller plusloin. Les enjeux environnementaux sontplanétaires et les échéances imminentes.Les bâtiments à énergie positive sont uneréponse cohérente pour les bâtimentsneufs mais la rénovation reste un enjeude taille auquel nous devons nous attelerdès maintenant. �

Notes :1. GIEC : Groupement d’experts Intergouvernementalsur l’Evolution du Climat2. Production simultanée de chaleur et d’électricitérenouvelables : www.microcogeneration.info3. Voir : www.negawatt.org4. Voir : www.microcogeneration.info

Pour en savoir plus :www.energiepositive.info

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Schéma d’une installation solaire thermique.

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ce :

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