Construire son habitation au XXI ème siècle

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dans les pays développés et en voie de développement …..et ailleurs!

Comment choisir un mode constructif ?

 

( aide à la décision )

Les causes et conséquences du réchauffement climatique qui font l'objet régulièrement, depuis des décennies, de communiqués de divers organismes sont une réalité (1). A part quelques rares avis individuels s'inscrivant en faux sur les raisons de celui-ci, un consensus existe pour indiquer que le réchauffement de la planète est lié à l'activité humaine. Plus précisément, le réchauffement est dû à des choix de développements et d'organisation sociétales. Un des effets de ces choix est un excès de consommation énergétique. Cette grande consommation d'énergie,(2) entraîne des pollutions et la raréfaction rapide des matières premières. Elle a pour effet de libérer une quantité de gaz à effet de serre que la nature n'est plus en mesure de réguler. Le seuil a été dépassé au début des années 1990. Les principaux sont le gaz carbonique (co2 ) et le méthane (3). En France, le bâtiment est le premier secteur consommateur d'énergie (référence ADEME). Il représente environ 43% de l'énergie consommée sur le territoire. Le deuxième secteur est le transport (32 %).

 

Le bâtiment est donc le secteur d'activité le plus consommateur d'énergie et le plus émetteur de co2 ( en France).

 

Depuis le première crise pétrolière de 1973, d'importants efforts de rationalisation d'utilisation de l'énergie ont été réalisés. Malgré cela, la courbe de croissance d'utilisation des énergies carbonées (4) est toujours à la hausse. C'est en tenant compte de ce dernier élément et du contexte environnemental problématique que doivent être faits de nouveaux choix d'organisations, et de nos moyens d'existence. Ces choix, s'ils sont d'ordre sociétal, relèvent aussi de choix personnels, ne serait- ce que par leur effet d'exemple et l'effet dit « Colibri »(5).

 

Aujourd'hui, il devient de première importance de pouvoir choisir soigneusement ses modes de déplacement, d'habitat, de consommation afin de les mettre le plus possible en correspondance avec les capacités de régénération de la nature. A noter que l'aspect protection et amélioration du social ne saurait être étranger à l' objectif. Cette démarche s'inscrit dans un mouvement global repris notamment par le mouvement « villes en transitions ». (6)

 

Ce document ne prend en considération que quelques modes constructifs. Il n'est destiné qu'à susciter la réflexion et une démarche qu'il nous semble juste d' adopter pour d'autres projets .

 

  1. Voir, notamment, le travail de l'économiste GEORGESCU ROEGEN, le rapport du club de Rome de l'année 1972 et les rapports du GIEC (groupe d'expert énergie climat). Dans l'ordre :

http://cms.unige.ch/isdd/spip.php?article60

http://www.reporterre.net/spip.php?article2736

 

  1. Voir le site http://www.negawatt.org/

  2. L'élevage et la production de viande sont l'autre mode de consommation responsable de l'utilisation d'une grande quantité d'énergie et de production de gaz à effet de serre (co2 +méthane) ainsi que d'autres pollutions. Voir le site de Jean-Marc JANCOVICI : http://www.manicore.com/documentation/serre/assiette.html

  1. L'effet Colibris: http://www.colibris-lemouvement.org/colibris/colibris-et-la-legende

  1. Villes en transitions: http://villesentransition.net/

 

Quelques éléments pour aider à la lecture du présent document:

 

Pour la première fois, depuis la création de la réglementation thermique (1974) vient d'être créé avec la RT 2013, un document qui prend en compte sérieusement la dimension des enjeux énergétiques et environnementaux. La construction d'une maison économe en énergie préconise des murs avec une résistance thermique minimale. Cela correspond à une déperdition maximale de 50 kWh/ m2 et par an (1). Pour une maison basse consommation, un bâtiment de 100 m2 ne « doit » pas consommer plus de 5000 kwh dans l'année ( l'énergie de la lumière et appareils électroménager n'est pas prises en compte). Il est bien entendu que ce seuil de consommation est le nouveau seuil maximum ( pour un bâtiment en rénovation, le seuil est de 80kwh/m2/an). Il correspond à ce qui a été défini pour les bâtiments BBC (bâtiment basse consommation). Notons que la moyenne des maisons Françaises consomme 24000 kwh dans l'année soit presque 5 fois plus (240 kwh/m2/an). (information officielle de l'ADEME )

 

 

Préalables importants:

 

La réglementation thermique est un outil indispensable pour réaliser des bâtiments économes en énergie. Avoir des parois un minimum isolantes est indispensable (20 centimètre dans les murs et 30 cm dans la toiture). Cependant les différentes RT (réglementations thermiques) s'appuient essentiellement sur des notions statiques ( conductivité, capacité thermiques, masse volumique des matériaux etc….) négligeant complètement l'aspect dynamique de ces derniers tout aussi important. L' exemple de l'utilisation de la terre ( le « Tapi »  en Provence) est très significatif. Ce matériau qui n'est pas du tout isolant permet cependant, du fait de ces capacités d'échanges gazeux et liquide de réaliser des habitats confortables et très économes en énergie. Il en va de même avec le bois qui bien que n'étant pas classé comme isolant, grâce à ses vertus de régulation hygrométriques permet de réaliser des habitats économes et très confortables. La conception d'un bâtiment, afin de capter l'énergie solaire (base de la conception bioclimatique), reste un élément dynamique essentiel. Rajoutons aussi la ventilation sous toiture importante pour assurer le confort d'été.

 

Quelques notions de base à connaître pour comprendre les économies d'énergies dans la construction:

 

1) Thermique du bâtiment:

 

Pour les personnes peu à l'aise avec les formules et les unités de mesures, il ne faut pas trop se soucier de leur parfaite assimilation. L'important c'est d'établir une référence quelconque afin de pouvoir établir une comparaison . Par exemple il faut savoir qu'un mur d'habitation qui a une résistance thermique « R » de 2 est un bâtiment mal isolé. Si au contraire son « R »est de 6, il sera considéré comme étant bien isolé. Attention, pour les toitures, les valeurs sont sensiblement majorées ( Un R d'au moins « 8 », en toiture, sera préconisé).

 

La conductivité lambda (symbole λ): C'est la capacité d'un matériaux à transmettre la chaleur. Elle correspond à la densité de flux de chaleur traversant une paroi d'un mètre d'épaisseur pour une différence de 1 degré Celsius ( ou Kelvin) entre les deux côtés d'une paroi. Elle s'exprime en watt par mètre carré et par degré (w/m2.°C ou w/m2.°K). Notons que l'humidité et la température du matériau modifie sa conductivité. Une bonne isolation est réalisée avec des matériaux de conductivité faible .

Exemple de conductivité : le liège a une conductivité située entre 0,04 et 0,05. Pour le bois le lambda sera, selon l'essence de l'arbre, de 0,13 à 0,2. L'acier a un λ de 60.

 

 

(1) Il faut distinguer la notion de puissance (P) exprimée en watt (symbole W) et l'énergie (E) qui est la puissance multipliée par le temps. Exemple: Un appareil électrique de 2000 watts de puissance (2 KWatt) consommera, sur 8 heures de fonctionnement continu, 16000 Wh (Wattheure) (8x 2000) ou 16 KWh. (1KWh= 1000 Wh)

La résistance thermique (symbole R): C'est la résistance qu'oppose un matériau au passage de la chaleur. Elle quantifie son pouvoir isolant pour une épaisseur donnée. Elle s'exprime en m2 degré de température par Watt (m2.°C/W ou m2.°K/W). Elle s'exprime en fonction de son l'épaisseur (symbole habituellement utilisé« e ») et de la conductivité λ (lambda):

 

R= e / λ (m2.°C/W ou m2.°K/W)

 

(Plus le R est élevé, meilleure est l'isolation)

 

L'inverse de la résistance désigne le coefficient thermique. Il s'exprime en watt par m2 et par degré celsius (ou degré kelvin) de différence entre les parois extérieure et intérieure:

 

U= 1 / R (W/m2.°C ou W/m2.°K)

 

(le U doit être le plus faible possible)

 

Nota : « Les parois sans épaisseur » ont tout de même une résistance thermiques! En effet, le contact de l'air extérieur et intérieur avec un mur engendre, par des effets de convection et de rayonnement, une résistance qui s'oppose à la fuite des calories. Ce sont des résistances d'échange superficielles (Rse et Rsi) . Elles s'expriment aussi sous forme de conductivité. On les appelle alors coefficients d'échanges superficiels. Il sont notés « he » et « hi » (w/m2.°C). La valeur de ces coefficients dépend de la position de la paroi, de l'agitation de l'air en contact et du sens du flux. La valeur moyenne, en totalisant les deux résistances, est d'environ 0,17 (m2.°C/W ) (Rse +Rsi).

 

Notion de ponts thermiques: Ce sont des fuites de calories qui se font aux jonctions entre parois (aux angles des murs, entre murs et plafonds, entre murs et sols. On parle de « fuites linéiques » car la déperdition se fait tout le long d'une jonction entre -par exemple – le haut d'un mur et le raccordement avec la toiture. Dans un bâtiment mal isolé ces fuites sont souvent négligeables tant la déperdition de la paroi est importante.

 

2)L'énergie grise:

 

L’énergie grise est la quantité d'énergie nécessaire au cycle de vie d'un matériau ou d'un produit : la production, l'extraction, la transformation, la fabrication, le transport, la mise en œuvre, l'utilisation, l'entretien et à la fin le recyclage (s'il est possible !)

 

3) Le C02, principal gaz à effet de serre

 

Les deux gaz à effet de serre les plus importants sont parfaitement naturels et présents de longue date dans notre atmosphère. Il s'agit de la vapeur d'eau et du gaz carbonique (CO2) . Le déséquilibre provient des gaz additionnels que rajoute l'activité humaine. Selon Jean-Marc Jancovici (voir site Manicore) le C02 additionnel entre environ pour 55% dans cet excès de gaz. Dans un ordre de présence décroissant, de ces gaz en excès, on trouve le Méthane ( 15%), les gaz dit halo-carbures comme les CFC des climatiseurs (10%) . Ces derniers sont interdits aujourd'hui et ils ne sont pas naturels. Le Protoxyde d'Azote (5%) qui provient des engrais azotés et de procédés de l'industrie chimiques. Ces derniers ont cependant une origine naturelle. A noter que le méthane a un pouvoir réchauffant très supérieur au CO2 mais a une durée de vie plus courte.

 

Pour en savoir plus: http://www.manicore.com/documentation/serre/physique.html

 

Brique mono-mur

( système dit à isolation répartie)

 

Schéma de principe en coupe de la paroi :

 

La paroi est composée d'une succession de matériaux dont les résistances thermiques R s'additionnent. La somme des « R » donne la Résistance thermique totale. En cas de parois composées de divers matériaux (exemple les systèmes bois avec isolants introduits), la résistance thermique totale est la moyenne des résistances des surfaces de chaque matériaux.

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Nota: Rse et Rsi sont les résistances superficielles extérieures et intérieures induites par le contact de l'air avec la paroi.

R total = Rse + R end + R iso.c +R mm + R v.tech + R p.plâtre + Rsi

R total = 0,04 + 0,02 + 0,6 + 3,12 + 0,18 + 0,05 + 0,13 = 4,14 m.°C/w (U = 0,24 w/ °C. m2)

 

Valeur minimale à obtenir R mini -4 et une déperdition U maxi = 0.25 Watts / m2 par degrés

 

Bilan thermique:

 

La brique mono-mur de 37,5 cm d'épaisseur, à condition de faire un complément d'isolation de 3 cm, permet d'atteindre l'objectif d'un « R » de 4. Elle exige cependant une épaisseur de mur de 47,5 cm pour atteindre ce standard d'isolation minimum.

 

Bilan environnemental :

  1. Énergie grise: Le coût énergétique de la brique mono-mur est estimé à 700 kwh/ m3. Si le complément isolation est fait avec de la laine minérale ( matériaux le plus couramment utilisé ) le coût énergétique de ce matériau pour la densité la plus courante (35 kg / m3 ) est de 150 kwh/ m3. Une maison d'architecture classique de 100 m2 représente au moins 125 m2 de surface en élévation de mur (a). Le volume de brique mono-mur est de 47 m3 (125 x 0,375) et le volume de laine de verre est d'environ 3,8 m3 (125 x 0,03). Le coût énergétique pour ces seuls matériaux isolants muraux sera donc de 34496 kwh ( 47 x 700 + 3,8 x420). Cela représente environ 7 années (6,9) de consommation annuelle.

 

  1. Production de gaz à effet de serre (C02): Les deux matériaux pris en compte pour l'énergie grise produisent 115 kg de co2 par m3 (mono-mur) et 53 kg de co2 par m3 (laine de verre). La production pour l'élévation des murs est donc de 5600 kg de C02 ( 47 x 115 + 3,8 x 53 ).

 

(a) Pour un toit à 2 pentes de 45 à 50 % (25° d'angle). Pour l'isolation de la toiture faite en « rampant », la surface de toiture est majorée d'environ 10 % par rapport à l'emprise au sol (surface de 110 m2).

 

Béton cellulaire

( système dit à isolation répartie)

 

Schéma de principe en coupe de la paroi :

La paroi est composée d'une succession de matériaux dont les résistances thermiques R s'additionnent. La somme des « R » donne la Résistance thermique totale. En cas de parois composées de divers matériaux (exemple des systèmes bois avec isolants introduits), la résistance thermique totale est la moyenne des résistances des surfaces de chaque matériau.

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Nota: Rse et Rsi sont les résistances superficielles extérieures et intérieures induites par le contact de l'air avec la paroi.

R total = Rse + R end + R iso.c +R bc + R v.tech + R p.plâtre + Rsi

R total = 0,04 + 0,02 + 1 + 2,73 + 0,18 + 0,05 + 0,13 = 4,15 m.°C/w (U = 0,24 w/ °C. m2)

 

Valeur minimale à obtenir R mini -4 et une déperdition U maxi = 0.25 Watts / m2 par degrés

 

Bilan thermique:

La construction en béton cellulaire (bloc de 30 cm d'épaisseur), à condition de faire un complément d'isolation de 5 cm, permet d'atteindre l'objectif d'un U maxi de 0,25 W/m2.°c. Elle exige cependant une épaisseur de mur de 42,3 cm pour atteindre ce standard isolation minimum..

 

Option: Pour éviter l'isolation complémentaire, Il est possible de bâtir avec des blocs de béton cellulaire bimatière de 50 cm d'épaisseur. Ces blocs d'une conductivité améliorée (lambda = 0,09 w/m2.°c) permettent d'obtenir un R de 5,5.

Bilan environnemental :

 

  1. Énergie grise: Le coût énergétique du bloc béton cellulaire est estimé à 500 kwh/ m3. Si le complément isolation est fait avec de la laine minérale avec une densité de 35 kg / m3 ( matériaux isolant le plus couramment utilisé ) le coût énergétique de ce matériaux pour la densité la plus courante est de 53 kwh. Une maison d'architecture classique de 100 m2 représente au moins 125 m2 de surface en élévation de mur (a). Le volume de brique de béton cellulaire est de 37,5 m3 ( 125 x 0,30) et le volume de laine de verre est d'environ 6,25 m3 (125 x 0,05). Le coût énergétique pour ces seuls matériaux isolants muraux sera donc de 19081 kwh ( 37,5 x 500 + 6,25 x53). Cela représente environ 3,3 années de consommation annuelle. Il convient de préciser que le système constructif permet l'utilisation en couverture (a). Le « R » conseillé est alors d'au moins 8. L'utilisation de bloc bimatière de 50 cm en couverture exige une isolation complémentaire d'un R égal à 2,5 (8-5,5). Une épaisseur de 10 cm ( laine de verre à 35 kg/m3, conductivité lambda 0,04) est nécessaire. Le volume de brique de béton cellulaire est de 55 m3 ( 110 x 0,5) et le volume de laine de verre est d'environ 11 m3 (110x 0,10). Le coût énergétique pour ces seuls matériaux isolants de toiture sera donc de 28000 kwh ( 55 x 500 + 11 x53).

L'utilisation du système béton cellulaire en mur et en toiture demande une énergie grise de 47000 kwh. Cela représente plus de 9 années (9,4) ) de consommation annuelle de la maison pour les seuls matériaux isolants.

 

  1. Production de gaz à effet de serre (C02): Les deux matériaux pris en compte pour l'énergie grise produisent 175 kg de co2 par m3 (béton cellulaire ) et 53 kg de co2 par m3 (laine de verre à 35kg/m3). La production, pour l'élévation des murs est donc de 6894 kg de CO2 ( 37,5 x 175 + 6,25 x 53 ). Pour la toiture, la quantité est de 10200 kg de CO2 (55 X 175 + 11×53) totalisant pour les 2 matériaux 14816 kg de co2. Le bilan total en production (mur et toit) est d'environ 22000 kg de CO2 .

 

(a) Pour un toit à 2 pentes de 45 à 50% (25° d'angle). Pour l'isolation de la toiture faite en « rampant » (on suit la pente du toit), la surface de toiture est majorée d'environ 10 % par rapport à l'emprise au sol.(surface de 110 m2)

 

 

Ossature bois + isolants

( Un des systèmes constructifs utilisant le bois en tant que superstructure )

 

Schéma de principe en coupe de la paroi :

 

La paroi est composée d'une succession de matériaux dont les résistances thermiques R s'additionnent. La somme des « R » donne la Résistance thermique totale. En cas de parois composées de divers matériaux (exemple les systèmes bois avec isolants introduits), la résistance thermique totale est la moyenne des résistances des surfaces de chaque matériaux.

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Nota: Rse et Rsi sont les résistances superficielles extérieures et intérieures induites par le contact de l'air avec la paroi.

R total = Rse + R end + R iso.c +R mm + R v.tech + R p.plâtre + Rsi

R total = 0,04 + 0,02 + 1,19 + 3,33 + 0,18 + 0,05 + 0,13 = 4,94m.°C/w (U = 0,20 w/ °C. m2)

 

Valeur minimale à obtenir R mini -4 et une déperdition U maxi = 0.25 Watts / m2 par degrés

 

Bilan thermique:

 

L'ossature bois de 20 cm d'épaisseur, à condition de faire un complément d'isolation de 5 cm permet d'atteindre un R de 4,94 (U= 20 w/m2.°C). Le système proposé conduit à une épaisseur de mur de 32,3 cm .

 

Bilan environnemental :

 

  1. Énergie grise: Le coût énergétique du bois est estimé à 610 kwh/ m3. Pour être en cohérence avec le système, on pourra choisir en garniture isolante de l'ossature bois, la paille de lavande dont l'énergie grise est estimée à 4,5 kwh/m3. Si le complément isolation est fait avec de la laine de bois (1) le coût énergétique de ce matériau pour la densité de 130 kg / m3 est de 10 kwh/m3. Une maison d'architecture classique de 100 m2 représente au moins 125 m2 de surface en élévation de mur (2). Le volume de bois est de 3,37 m3 (3). Le volume de paille de lavande 25 m3 (125 x 0,2). Quand au volume de l'isolation complémentaire en laine de bois il est de 6,25 m3 (125×0,05). Le coût énergétique pour ces seuls matériaux isolants muraux sera donc de 2230 kwh (3,37×610+25×4,5+6,25×10). Cela représente environ moins d'une demi année de consommation annuelle.

 

  1. Production de gaz à effet de serre (C02): Les trois matériaux pris en compte produisent -388 kg de co2 par m3 (bois), 1 kg de co2 par m3 pour la paille de lavande en vrac et -256kg de co2/m3 pour la laine de bois pour la densité concernée. La production , pour l'élévation des murs est donc de – 2900 kg co2 ( 3,37 x -388 + 25 x 1 +6,25x-256 ). Ce système constructif ne produit pas de CO2 . Il le stocke.

  1. On choisira une laine de bois de densité permettant d'obtenir un bon déphasage et compenser le défaut de masse volumique.

  1. Pour un toit à 2 pentes de 45 à 50 % (25° d'angle). Pour l'isolation de la toiture faite en « rampant », la surface de toiture est majorée d'environ 10 % par rapport à l'emprise au sol (surface de 110 m2).

  2. La structure bois est constituée de montants de 0,045 m x 0,2 m. Pour une surfaces de parois de 15 m2 ( 5 x3) la surface de bois est de 2 m2. Le volume bois d'une paroi ainsi structurée est 0,027 m3. (2x 0,2/15). Une maison de 125 m2 de mur nécessitera pour construire la superstructure des murs un volume de bois de 3,37 m3.

 

Parpaing+ isolation + briquette

(système classique )

 

Schéma de principe en coupe de la paroi :

La paroi est composée d'une succession de matériaux dont les résistances thermiques R s'additionnent. La somme des « R » donne la Résistance thermique totale. En cas de parois composées de divers matériaux ( exemple les systèmes bois avec isolants introduits), la résistance thermique totale est la moyenne des résistances des surfaces de chaque matériaux.

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Nota: Rse et Rsi sont les résistances superficielles extérieures et intérieures induites par le contact de l'air avec la paroi.

R total = Rse + R end + R parpaing + R isolant + R briquette + R enduit plâtre + Rsi

R total = 0,04 + 0,02 + 0,17 + 1,87 + 0,25 + 0,04 + 0,13 = 2,52 m.°C/w (U = 0,40 w/ °C. m2)

 

Valeur minimale à obtenir R mini -4 et une déperdition U maxi = 0.25 Watts / m2 par degrés

 

Bilan thermique:

La construction en parpaing isolé par l'intérieur (bloc de 20 cm d'épaisseur), à condition de faire un complément d'isolation de 6 cm, permettrait théoriquement d'atteindre l' objectif d'une déperdition thermique de 0,25 W(R=4). L'épaisseur totale de la paroi serait alors de 44,5 cm (38,5 + 6 cm d'isolant). En réalité, la position de l'isolant à l'intérieur ne permet pas de supprimer les ponts thermiques qui deviennent prépondérants quand on essaye d'atteindre un bon niveau d'isolation. Pour compenser ces derniers, il faudrait doubler l'épaisseur de l'isolant ( 27 cm). L'épaisseur du mur serait de 58 cm.

 

 

Quelques références documentaires:

 

  • livre « RT 2012 et RT existant Réglementation thermique et efficacité énergétique » Auteurs: Dimitri MOLLE et Pierre-Manuel PATRY. Éditions Eyrolles. Septembre 2011

 

  • Livre « l'isolation écologique, conception , matériaux , mise en œuvre » Auteur:Jean-Pierre OLIVA. Édition : terre vivante. Septembre 2008.

 

  • Livre « Le grand livre de l'isolation » Auteurs: Thierry GALLAUZIAUX et David FUDELLO; Éditions: EYROLLES.mars 2009

 

  • Les valeurs des coûts en énergie grise et de production de gaz carbonique pour les matériaux sont issues de la base de donnée du logiciel COCON. (les valeurs sont rapportées par le site la maison.com:

http://www.maison.com/architecture/maison-basse-consommation/bibliotheque-materiaux-construction-4818/

 

  • Nota: Cocon est un logiciel d’estimation de la Qualité Environnementale de Bâtiment (QEB) afin de comparer des solutions constructives en terme technique et environnemental.

 

Liotard Georges

 

Pour me contacter : c'est ici

 

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