Les maisons passives sont elles écologiques ?

Article réalisé en février 2011

Il est une interrogation qui revient souvent lorsque l’on aborde la construction passive : les épaisseurs d’isolation nécessaires pour passer d’une performance « basse consommation » à une performance « passive » sont elles rentables d’un point de vue environnemental ? En effet, passer d’une valeur U de parois de 0.20 w/m².K à une valeur U de 0.13 (ce qui est souvent constaté en maison individuelle), disposer des triple vitrages… Cela augmente l’énergie grise globale du projet mais permet de réduire la consommation d’énergie du logement.
Nous avons comparé dans ce billet plusieurs schémas constructifs pour visualiser l’impact comparé des constructions selon leurs performances passives/bbc et compositions de parois conventionnelles/écologiques.

 

1 – Estimation rapide de l’énergie grise des systèmes constructifs en passif

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Nous sommes partis dans la logique la plus défavorable, à savoir la maison individuelle, implantée dans un climat de type continental. Nous avons regardé 16 solutions constructives différentes, pour essayer de voir comment se situent les compositions de parois passives. Les résultats sont présentés par m² de paroi.
Nous avons utilisé pour faire ce calcul la base de données Cocon, et le site internet catalogueconstruction.ch, qui propose des données basées sur Ecoinvent.
Nous avons essayé de limiter l’utilisation des données FDES qui sont quelquefois utilisées en france mais manquent parfois singulièrement de pertinence, comme le relevait le dossier du réseau Ecobâtir : Revue critique des FDES/ACV
L’énergie grise détermine la quantité d’énergie et les émissions de polluants nécessaires pour la fabrication, mise à disposition, et la fin de vie des matériaux utilisés pour la construction. La calculer permet de comparer les solutions constructives entre elles, puisqu’à performance thermique égale, le bilan global est très variable selon les matériaux employés.

4 solutions en isolation par l’extérieur

– Brique rectifiée de 20 cm et panneaux de polyuréthane de 16 cm par l’extérieur, enduit.
– Béton banché de 16 cm et polystyrène lambda 0.035 de 24 cm par l’extérieur, enduit.
– Parpaing creux de 20 cm et polystyrène lambda 0.035 de 24 cm par l’extérieur, enduit.
– Brique rectifiée de 20 cm et laine de bois 26 cm par l’extérieur, enduit chaux.

La part liée au mur dépend pour partie du mur porteur, la solution voile béton est la plus défavorable, et au choix de l’isolant, les polyuréthanes et polystyrènes à faible lambda ayant une empreinte écologique très élevée. La solution brique + laine de bois est moins énergivore, et la laine de bois est un puits de carbone, qui permet à la solution d’avoir une empreinte co2 négative.

 

5 solutions en isolation monolithique

– Bloc à bancher en polystyrène de 6.3 / 23.5 cm et béton armé de 16 cm, enduit.
– Bloc monomur de 50 cm en terre cuite, lambda de 0.08, enduit.
– Bloc silicocalcaire / béton cellulaire de lambda 0.05, type twinstone de 50 cm, enduit.
– Bloc béton cellulaire porteur de 30 cm + bloc béton cellulaire non porteur de 16 cm, enduit chaux.
– Bloc monomur de 50 cm en terre cuite avec isolant incorporé, enduit

Les solutions brique et béton ont une empreinte énergétique importante, les solutions béton cellulaire sont plus intéressantes, notamment le combiné brique silicocalcaire/béton cellulaire. Le bilan carbone est par contre toujours défavorable.

7 solutions en construction bois

– Ossature bois / cellulose de 14.5 cm et panneaux de laine de bois de 16 cm par l’extérieur, bardage bois (contreventement intérieur et vide technique).
– Ossature bois / laine de verre de 14.5 cm et laine de verre de 12 cm par l’extérieur, bardage bois (contreventement intérieur et vide technique).
– Ossature bois / ballot de paille de 35 cm (poutre I) et panneaux de laine de bois de 4 cm par l’extérieur, bardage bois (contreventement intérieur et vide technique).
– Ossature bois / cellulose de 30cm (poutre I), bardage bois (contreventement intérieur et vide technique).
– Bois massif 10 cm / ballot de paille 40 cm fixée par l’extérieur, enduit terre.
– Bois massif 21 cm / laine de bois 20 cm fixée par l’extérieur, enduit terre.
– Bois massif 10 cm / laine de bois 26 cm fixée par l’extérieur, enduit terre.

Les solutions bois sont plutôt bien placées, les meilleurs résultats étant obtenus avec l’utilisation de matériaux écologiques.

Pour récapituler les solutions :

2- une construction passive à forte énergie grise comparée à une construction bbc à forte énergie grise

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La première comparaison va essayer de voir si le bilan écologique d’une maison passive est meilleur que la même maison, basse consommation. C’est à dire, est-ce que les surplus d’épaisseur d’isolation, et la mise en place de triple vitrage, est réellement compensée par les économies de fonctionnement.
Pour isoler l’impact spécifique du à l’enveloppe, nous considérons des solutions de chauffage utilisant la même énergie, et ne comptabilisons pas l’énergie grise des systèmes de chauffage/ecs/ventilation.

Pour comprendre, prenons un exemple :
note : les consommations primaires sont exprimées en kWhepnr, selon le tableau présenté dans le billet précédent, avec notamment un vecteur énergie de 3 pour l’électricité. Idem pour le Co2 (valeurs utilisées kWh epnr – Valeurs utilisées en co2 par énergie).

maison de 160m² shab	Projet passif Système multi énergie	Projet BBC PAC air eau/ VMC SF hygro
Choix d’enveloppe	Plancher bas : Poutrelles hourdis béton/isolation PUR 18cm/ chape et finition Mur extérieur : Parpaing / PSE 24cm ITE Toiture : Rampants isolés entre chevrons laine minérale Huisseries : Triple vitrage / bâti pvc Système multi énergie chauffe eau solaire	Plancher bas : Poutrelles hourdis PSE/isolation PUR 4 cm/ chape et finition Mur extérieur : Parpaing / PSE 16cm ITI Toiture : Rampants isolés entre chevrons laine minérale Huisseries : double vitrage / bâti pvc PAC air eau chauffe eau solaire VMC simple flux
besoin Chauffage	12.5 kWh/m² shab.an	38.8 kWh.m².shab.an
Consommation tous usages	92.3 kWhepnr/m² shab.an	118.6 kWhepnr/m² shab.an
Émissions Co2 tous usages	3.4 kg co2/m² shab.an	6.3 kg co2/m² shab.an
Coût d’exploitation tous usages	4 euros / m² shab.an	5.7 euros / m² shab.an
Énergie grise de l’enveloppe	1589 kWh/m² shab	1232 kWh/m² shab
Contribution effet de serre de l’enveloppe	303 kg co2/m² shab	240 kg co2/m² shab

Le bilan énergie grise comparé des projets donne cela :
La barre objectif correspondrait à un objectif très performant.

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Malgré tout, la différence entre les deux projets est absorbée assez rapidement.

La différence de contribution co2 est absorbée en 24 ans.

On notera donc que d’une manière générale, la part énergie grise d’un projet passif conventionnel représente 1/3 de son énergie totale consommée sur une durée de 30 ans. Comparé à une démarche basse consommation conventionnelle qui utilise la même énergie de chauffage, le supplément d’énergie grise lié à la surisolation est compensé à court terme par les économies de fonctionnement réalisées.

Le bilan est fortement variable en fonction du mode de chauffage, il est difficile d’en conclure des chiffres généralisables. Si par exemple la maison basse consommation est équipée d’une chaudière gaz condensation pour le chauffage et l’appoint ECS, la consommation d’énergie primaire passerait de 118 kWhepnr/m².an à 90 kWhepnr/m².an, mais le contenu co2 augmenterait de 6.3 à 8.39 kg Co2/m².an.

Dans tous les cas, l’indicateur qui comptera est le bilan en énergie primaire et pas le bilan comparé des besoins de chauffage. Sans optimisation de l’ensemble des consommations primaires et dégagement co2, le bilan global d’un projet répondant aux normes passives peut être assez peu pertinent.

Ce qui nous amène au point 3.

 

3- une construction passive à forte énergie grise comparée à une construction basse consommation à faible énergie grise

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La deuxième comparaison va essayer de voir si le bilan écologique d’une maison passive est meilleur que la même maison, basse consommation, à faible énergie grise avec une démarche visant à utiliser des procédés énergétiques à faible empreinte écologique. C’est à dire, est-ce qu’il vaut mieux faire une maison écologique non passive, ou une maison passive non écologique ?

Pour comprendre, prenons un exemple :
note : les consommations primaires sont exprimées en kWhepnr, selon le tableau présenté dans le billet précédent, avec notamment un vecteur énergie de 3 pour l’électricité. Idem pour le Co2 (valeurs utilisées kWh epnr – Valeurs utilisées en co2 par énergie).

maison de 160m² shab	Projet passif démarche conventionnelle Système multi énergie	Projet basse consommation démarche écoconstruction Poêle bois
Choix d’enveloppe	Plancher bas : Poutrelles hourdis béton/isolation PUR 18cm/ chape et finition Mur extérieur : Parpaing / PSE 24cm ITE Toiture : Rampants isolés entre chevrons laine minérale Huisseries : Triple vitrage / bâti pvc Système multi énergie chauffe eau solaire	Plancher bas : Radier, isolation mousse de verre expansée 30 cm (technopor) Mur extérieur : Ossature bois / paille 35 cm. Toiture : Rampants isolés entre chevrons-pannes cellulose / pare pluie laine de bois Huisseries : double vitrage / bâti bois Poêle à bois bûches, appoint électrique pièces éloignées chauffe eau électrosolaire solaire Ventilation naturelle assistée
besoin Chauffage	12.5 kWh/m² shab.an	38.8 kWh.m².shab.an*
Consommation tous usages	92.3 kWhepnr/m² shab.an	98 kWhepnr/m² shab.an
Émissions Co2 tous usages	3.4 kg co2/m² shab.an	3.83 kg co2/m² shab.an
Coût d’exploitation tous usages	4 euros / m² shab.an	5 euros / m² shab.an
Énergie grise de l’enveloppe	1589 kWh/m² shab	556 kWh/m² shab
Contribution effet de serre de l’enveloppe	303 kg co2/m² shab	1 kg co2/m² shab

*Je n’ai pas recalculé le besoin de chauffage réel du projet, mais on devrait être mieux normalement
Le bilan énergie grise comparé des projets donne cela :

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Le point noir du projet à faible énergie grise reste ici le plancher bas. Le radier béton et la mousse de verre ont un bilan écologique moyen, qui serait à retravailler pour passer sous les 300 kWhepnr/m² shab.

En choisissant des matériaux « puits de carbone », le bilan co2 de la construction peut être négatif, c’est à dire que la construction contribue à stocker du carbone. Ici, le bilan est proche de 0, du fait du radier qui plombe le résultat.

Comme sur l’exemple précédent, on note que le fait que le bâtiment conventionnel atteint des performances passives ne suffit pas à compenser le fait que sa construction aura mobilisé une énergie grise importante. Il est donc largement plus pertinent de réaliser un bâtiment à faible empreinte écologique basse consommation qu’un bâtiment passif à forte empreinte écologique.

Malgré tout, les deux approches montrées ici ne sont pas exemplaires. Il serait possible d’améliorer l’exemple basse consommation, en réduisant le besoin de chauffage au niveau du passif, réduire au maximum sa consommation d’énergie primaire, et réduire dans le même temps au maximum les usages électriques pour le chauffage et l’eau chaude.

 

3- une construction passive à faible énergie grise comparée à une construction bbc à faible énergie grise

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Dans le cadre d’une démarche utilisant des systèmes constructifs à faible emprunte écologique, est il pertinent d’augmenter les épaisseurs d’isolation et disposer des triples vitrages pour réduire sa consommation d’énergie primaire ?

Pour comprendre, prenons un exemple :
note : les consommations primaires sont exprimées en kWhepnr, selon le tableau présenté dans le billet précédent, avec notamment un vecteur énergie de 3 pour l’électricité. Idem pour le Co2 (valeurs utilisées kWh epnr – Valeurs utilisées en co2 par énergie).

maison de 160m² shab	Projet passif démarche écoconstruction Poêle granulés	Projet basse consommation démarche écoconstruction Poêle bois
Choix d’enveloppe	Plancher bas : Plancher bois poutre en I, cellulose soufflée 30cm ** Mur extérieur : Ossature bois / paille 35 cm / Laine de bois par l’extérieur 4cm Toiture : Poutre en I de 360, cellulose insufflée, pare pluie laine de bois 2.2cm Huisseries : Triple vitrage / bâti bois Poêle à granulés de bois, bouilleur chauffe eau solaire et batterie eau chaude sur le réseau de ventilation VMC double flux	Plancher bas : Radier, isolation mousse de verre expansée 30 cm (technopor) Mur extérieur : Ossature bois / paille 35 cm. Toiture : Rampants isolés entre chevrons-pannes cellulose / pare pluie laine de bois Huisseries : double vitrage / bâti bois Poêle à bois bûches, appoint électrique pièces éloignées chauffe eau électrosolaire solaire Ventilation naturelle assistée
besoin Chauffage	12.5 kWh/m² shab.an	38.8 kWh.m².shab.an*
Consommation tous usages	65 kWhepnr/m² shab.an	98 kWhepnr/m² shab.an
Émissions Co2 tous usages	2.16 kg co2/m² shab.an	3.83 kg co2/m² shab.an
Coût d’exploitation tous usages	4.3 euros / m² shab.an	5 euros / m² shab.an
Énergie grise de l’enveloppe	423 kWh/m² shab	556 kWh/m² shab
Contribution effet de serre de l’enveloppe	-154 kg co2/m² shab	1 kg co2/m² shab

**Situant la comparaison en zone continentale, le plancher bois peut être une solution pertinente. Le fait que nous la présentions ici se signifie pas que nous conseillons systématiquement de s’isoler par rapport à l’inertie du sol. C’est un exemple de ce qui est possible de faire.

Le bilan énergie grise comparé des projets donne cela :

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En optimisant toutes les compositions, on arrive à baisser autour de 420 kWh/m².shab l’énergie grise du projet. Si l’on souhaite obtenir un bilan en énergie grise meilleur tout en gardant une performance thermique optimale, il faut augmenter au maximum la compacité pour réduire la surface des parois extérieures, ou se tourner sur la rénovation (cela est souvent oublié, mais les murs étant existants, le bilan écologique global d’un bâtiment rénové est largement meilleur).

En choisissant des matériaux « puits de carbone », le bilan co2 de la construction peut être négatif, c’est à dire que la construction contribue à stocker du carbone.

La démarche de réduction des besoins de chauffe par la sur isolation des parois est pertinente, e fait de disposer des triples vitrages et épaisseurs d’isolation plus importantes est rentabilisé par rapport aux moindres consommations induites. Ici, la baisse notable constatée dans le résultat en énergie primaire est du pour partie à l’amélioration de l’enveloppe, et pour partie à la réduction des usages électriques aux auxiliaires et à l’électroménager.
Au bout de 30 ans, le co2 émis par les usages est inférieur au co2 stocké dans l’enveloppe du bâtiment.

5 – En conclusion

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La démarche de construction passive est un premier pas, qu’il est pertinent de suivre : un bâtiment passif en construction conventionnelle a un meilleur bilan global que le bâtiment basse consommation en construction conventionnelle.

Comparaison des projets cités dans le billet en global énergie primaire non renouvelable et contribution co2 :

On le voit, l’impact des consommations primaires est tel qu’il faut se fixer un objectif ambitieux pour réduire au maximum l’empreinte écologique du projet. On peut dans ce cadre considérer l’objectif fixé par le Passiv haus Institut à 120 kWhepnr/m².an très insuffisant pour le résidentiel (ne parlons pas du BBC qui en excluant des postes de consommation, déduisant très favorablement l’électricité photovoltaique, sur des pondérations énergie primaire conventionnelles produisent un résultat non exploitable pour déterminer la pertinence d’une démarche basse consommation).

Le garde fou sur lequel tout le monde se focalise est la performance de l’enveloppe à 15 kWh/m².an, mais il ne faut pas oublier que les seuls indicateurs jaugeant réellement la qualité de la démarche énergétique sont la consommation totale en énergie primaire non renouvelable, et le co2 émis pour l’ensemble des usages.

Combiner une exigence forte sur la réduction des consommations en ajoutant en parallèle des exigences fortes sur l’énergie grise est possible facilement . Rien ne s’oppose à ce que cette méthode soit adaptée dès maintenant pour les labels BBC et passifs, ou même règlementairement. La seule difficulté réside dans l’accès aux valeurs de certains produits, qui nécessite une approximation. On peut se rapprocher, pour s’en convaincre, de la démarche suivie en Suisse et du site internet suisse catalogueconstruction.ch qui propose les bases de données des éléments de construction en ligne, permettant une vue par simple recherche, et des labels valorisant les démarches basse consommation en écoconstruction.

Un objectif de 600 kWhepnr/m² shab pour l’énergie grise, et 200 kg Co2/m² shab pour la contribution effet de serre n’est pas trop restrictif, et constituerait une première approche pour réduire l’empreinte écologique des bâtiments neufs ou rénovés.
Le seul problème posé étant peut être que la quasi totalité des solutions constructives standard utilisées actuellement et valides pour la rt2012 se situent largement au dessus de ces garde fous, ce qui explique certainement que lors des discussions législatives sur la loi grenelle, cette nécessité d’intégrer l’écobilan des bâtiments dans la future règlementation ait été renvoyée ad patrès, car parait-il, les données n’existent pas.