Maison à énergie positive – Autelbas

Juil 25, 2017 | Energie positive, Maisons

Adresse : Autelbas (Belgique)
Maître de l’Ouvrage : Privé
Dates de réalisation : 2016 – mars 2017
Surface : 164 m2
Volume hors sol : 772 m3
Genre travaux : construction d’une maison à énergie positive
Prestations : Mission complète

Depuis les premiers chocs pétroliers des années 1970, les préoccupations énergétiques ont été croissantes. Le secteur du bâtiment n’a pas échappé à son introspection.

Actuellement, les préoccupations vont bien au-delà pour viser au développement d’un équilibre environnemental soutenable. Les moyens mis en œuvre dans la construction sont donc aussi devenus un enjeu fondamental.

Nous arrivons donc à une situation où nous devons considérer un caractère totalement renouvelable dans le contexte de l’économie circulaire et surtout du réchauffement climatique.

Le secteur du bâtiment a très fortement évolué ces dix dernières années et la Commission Européenne encourage les états membres à mettre sur le marché des bâtiments dont la consommation est proche de zéro

Nous avons eu la possibilité de mener cette expérience de construction appliquée à l’unifamilial et de mettre en place les éléments techniques de manière suffisamment radicale pour passer cette dernière étape qui permettra, de fait, de remettre les enjeux architecturaux au centre des préoccupations considérant comme acquis la performance énergétique, les moyens mis en œuvre ainsi que leurs coûts.

La maison présentée ici offre une surface nette de plus-ou-moins 164 m² et un volume brut de plus-ou-moins 772 m³.

Son coût de construction HT est de 309.000 €, ce qui se situe, compte-tenu de son niveau de finition et ses qualités de construction à 1.482,23 €/m² brut et 400,26 €/m³ brut (suivant décompte définitif de novembre 2017). En tenant compte de l’indexation sur ces 15 dernières années, le coût n’a pas augmenté. La performance est radicalement différente, ses moyens de construction simplifiés, les matériaux mis en œuvre respectueux de l’environnement.Il n’y a donc pas de surcoût lié à ses qualités augmentées.

L’étude a commencé avec une évaluation de ses capacités de recueillir dans l’environnement l’ensemble de ses besoins en énergie à des coûts contenus.

Diverses solutions ont été explorées et il s’est avéré qu’en investissant dans une technologie unique, en faisant abstraction de tous les autres systèmes, il y avait une simplification technique radicale, une autosuffisance annuelle possible et une maintenance très réduite. Les panneaux solaires photovoltaïques ont été retenus.

Le système de chauffage par distribution d’eau chaude centralisée a donc été supprimé ; les moyens financiers dégagés par cette suppression ont été investis dans des panneaux solaires de la meilleure qualité sur les deux pans de toiture.

Les radiateurs ont également été supprimés au profil de bandes de chauffage coulées lors des travaux de gros-œuvre dans les dalles de béton. Celles-ci étant de plus forte épaisseur et très bien isolées thermiquement vis-à-vis de l’extérieur, ont permis d’activer la totalité de l’inertie du bâtiment pour éviter des refroidissements rapides lors des coups de froid en hiver ainsi que des surchauffes lors des épisodes caniculaires estivaux.

Tous les moyens d’amélioration d’isolation et d’étanchéité classiques et connus dans la réalisation des maisons à basse consommation ou passives sont mis en œuvre.

Une construction rigoureuse et simple permet de limiter les coûts liés à l’installation de la ventilation ainsi que les coûts liés à la distribution de l’eau chaude et froide sanitaire. Toutes ces installations sont concentrées dans un coin du bâtiment. Il ressort de cela une maison dont les installations techniques sont réduites à leur plus simple expression car focalisées uniquement sur l’énergie électrique.

Comme pour toutes les constructions de maisons passives, le soin porté à l’étanchéité est très grand. Dès les premières phases de ce chantier fermées, le niveau Q₅₀ était atteint, ce niveau allant être encore augmenté dans l’avancement du chantier.

Le volume simple contribue très fortement à la réalisation de ces objectifs.

Les fabricants industriels de matériel électrique proposent aujourd’hui, à des coûts très compétitifs, des systèmes de monitoring sur les consommations électriques et productions électriques, permettant à un utilisateur non averti de comprendre les enjeux de son habitat.

Ici et très simplement entre le 10 février et le 1er décembre, la maison produit plus d’énergie qu’elle n’en demande et stockera de préférence ses besoins en énergie pour elle-même dans l’inertie thermique des dalles et les réserves d’eau chaude avant de les envoyer le surplus sur le réseau électrique.

Entre le 1er décembre et le 10 février, compte-tenu de la diminution rapide des ressources naturelles (énergie photovoltaïque) et une augmentation rapide des besoins (énergie thermique et de chauffage), la maison devra puiser dans le réseau électrique (approximativement 3 MWh) ce qui représente à peu près un quart de ce qu’elle aura produit annuellement ce qui est tout-à-fait conforme à la consommation normale d’un ménage habitant une maison standard sur cette période. Cette conception ne participe donc pas à une surconsommation électrique d’hiver.

Actuellement les réseaux électriques nationaux sont encore considérés par les pouvoirs publics comme des super batteries dans lesquelles on peut injecter et puiser de l’énergie électrique.

Tant que cette situation est maintenue, nous pouvons souhaiter que ceux-ci investissent dans des moyens de captation d’énergie annuelle pouvant être restitués sous forme d’électricité dans les réseaux publics durant les deux mois pendant lesquels les maisons auront besoin d’un complément qu’elles ne pourront pas trouver par elles-mêmes.

C’est sur cet axe de recherche que la maison présentée pourra, à terme, couvrir ses besoins de chauffage. Deux solutions simples sont envisagées. Dès leur mise en œuvre, les besoins d’hiver seront également couverts. En l’état de l’installation, ce déficit de décembre et janvier sera toujours marqué de sorte qu’à terme l’investissement des pouvoirs publics dans ce sens devra être résolu si l’on conserve cette dépendance au réseau. Ces besoins de 3 MWh en énergie d’hiver représentent un coût de l’ordre de 330€. Il ne sera jamais intéressant pour un particulier d’investir dans des technologies sophistiquées nécessitant de la maintenance ou coûteuses à l’investissement pour des montants aussi faibles, surtout si la maison restitue cet équivalent énergétique à partir de la mi-février. Les deux solutions évoquées plus haut devront tenir compte de cet enjeu financier.

Cette consommation énergétique correspond aux besoins en électricité d’une famille dans une maison conventionnelle.

Parallèlement la production journalière des panneaux et onduleurs SolarEdge oscille en moyenne aux alentours de 20 kWh pour remonter vers les 30 kWh à partir de la mi-mars, ce qui couvre très largement les besoins journaliers.

L’ensemble de l’installation des panneaux solaires photovoltaïques servant comme source d’approvisionnement principale, elle a été surdimensionnée pour permettre une restitution maximale dans le réseau à 10 kWp comme le prévoit la législation (BE) avec une installation globale aux alentours des 14 kWp pour maximiser les apports énergétiques d’hiver. Il y a donc trop de panneaux, mais cela permet de repousser les limites de dépendance au réseau et de mieux couvrir les besoins d’hiver.

Toutes les surfaces disponibles nord et sud ont été équipées de panneaux solaires et l’on constate au monitoring que le pan de toiture nord produit effectivement moins mais tout de même un quart de l’énergie totale. Ce pan de toiture nord se révèle surtout intéressant dans les journées d’hiver légèrement couvertes où la lumière diffuse peut être captée avec une efficience accrue. Lors de ces journées, le pan de toiture nord récupère la même quantité d’énergie que le pan de toiture sud.

Les panneaux solaires intégrés dans les pans de toiture servent également à l’étanchéité de celle-ci ; cela permet d’optimiser les coûts, de ne pas acheter des panneaux solaires d’un côté et une couverture étanche de l’autre.

D’un point de vue constructif, la maison est bâtie avec des matériaux traditionnels du secteur de la construction, essentiellement le béton et le bloc maçonné. Cette construction lourde offre l’énorme avantage de l’inertie thermique et du coût compétitif.

L’isolation de la maison au niveau des fondations du radier est constituée par 20 cm de polystyrène extrudé.

Cette fondation, sous forme de radier sur un grand bloc d’isolant permet d’éviter de manière radicale toute la question des ponts thermiques et d’activer l’inertie du radier de 25 cm d’épaisseur.

En façade, un isolant PIR est installé, en toiture une forte épaisseur de laine de roche, ces isolants ayant les meilleurs rapports qualité/prix.

La menuiserie extérieure en place avec triple vitrage et intercalaire synthétique fait maintenant partie des standards du secteur.

Il n’y a donc pas, dans la mise en œuvre, d’invention ou de mise en place de techniques complexes ou hors normes.

Le bardage en bois faisant la finition de façade de la maison a, quant à lui, été demandé par le service de l’urbanisme pour une question d’intégration architecturale. Il s’agit d’un bois cuit sans traitement chimique.

La construction s’est déroulée de début juin 2016 au 10 mars 2017.

Ce système fiable et peu onéreux permet de maintenir la maison à une température constante entre 16° et 22°, en toutes circonstances.

Intermittence d’énergies renouvelables

On peut distinguer deux types d’intermittence :

• la première, saisonnière, été-hiver,
• la deuxième, journalière, jour-nuit

Comme évoqué plus haut, l’intermittence saisonnière est très difficile à couvrir en autonomie car les ressources d’hiver sont réduites et les consommations importantes. Dans ce contexte, le réseau comme infrastructure publique « bien commun » est fondamental. L’origine de l’énergie qui y circule doit aller clairement dans la direction du renouvelable.

L’intermittence journalière pourrait être couverte par des batteries, mais cela est coûteux et totalement contre-productif si le réseau dispose d’énergies renouvelables.

Les surplus de production diurnes sont plus utilement stockés dans l’inertie thermique des dalles.

Le choix de construire du « lourd » en favorisant l’inertie thermique permet d’utiliser les ressources intermittentes au moment où elles sont présentes.

La dalle de béton activée thermiquement peut emmagasiner plus de 10 kWh en journée, sans que cela ne modifie le confort ou l’usage du bâtiment. Il est donc très facile d’utiliser de l’énergie en surplus du réseau à un coût économique et environnemental bien moindre que les batteries.

En conclusion :

En partant de l’hypothèse d’un réseau électrique fiable correctement alimenté en énergies renouvelables et s’orientant graduellement vers la logique « Smart Grid » prônée par la Communauté Européenne, le potentiel d’autonomie énergétique de la maison unifamiliale est validée sans surcoût et d’une simple évidence dans l’état actuel de la technologie.

Dans l’éventualité d’un groupe de maisons, le déficit hivernal pourrait être comblé par un système de chauffage commun de faible envergure basé sur du renouvelable bois par exemple.