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Maison bioclimatique en Bretagne

Mis à jour le 22/12/2012

Confort général et stabilité thermique jour/nuit en toute saison dans cette maison bioclimatique Bretonne, par Pierre Le Ny.

Réglementation thermique : explications détaillées et Conception d'une maison bioclimatique, 24 questions à se poser

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Devis gratuit : Panneaux solaires
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Façades Sud et Est de la « Maison Passive »

Avec la plupart des ouvertures, deux vérandas, et un capteur à air entre elles, caché sous les bas des ardoises, 6,5 m2²de panneaux solaires thermiques. 
Le rez-de-chaussée est, en fait en moyenne situé à 80 cm en dessous du sol naturel.


Façade Ouest de la "maison passive" : une seule ouverture de ce côté. 
A gauche, façade Sud de la Maison annexe, peu visible, parce que semi-enterrée (1 m).

Entrée du garage à l’Est. Un Portail avec isolation thermique tout autour, protégée par des hauts murs côté Nord. 

Sur la photo de droite, façade Nord avec quelques fenêtres de toiture pour l’éclairement. Le Bas du toit est au raz du gazon.
Haut de Cheminée Est visible avec : a) Sortie fumée du Chauffage b) Régulateur de Tirage sphérique pour assurer une ventilation naturelle permanente, c) Sortie VMC (très peu utilisée).


Origine de cette maison bioclimatique

Après la crise du pétrole en 1973, qui avait à l'époque choqué le public, il y avait eu une période de remise en question au sujet du chauffage des maisons. Beaucoup d'études avaient été faites par différents chercheurs. Des normes nouvelles plus contraignantes avaient été préconisées par les autorités administratives. Idem pour l'automobile : les constructeurs avaient été invités à tout revoir pour abaisser le plus possible la consommation de carburant des moteurs. Beaucoup de documentations avaient paru dans la presse. Pendant la décennie 70 jusqu'aux années 80, les économies d'énergie étaient rappelées fréquemment.

Mais par la suite, petit à petit, ce problème était passé dans les oubliettes. Cependant pas pour moi. Je n'étais pas satisfait de la maison que j'occupais à l'époque. Après une longue réflexion, progressivement avec mon épouse, nous avons formé le projet de se lancer dans une construction nouvelle, sur un terrain qui serait choisi en fonction de sa capacité à y construire une maison du type solaire passif (ou bioclimatique).

Cette motivation était renforcée par le fait que je serais à la retraite à la fin des années 80 et probablement avec des revenus bien amoindris. Je me souvenais que mon père avait souffert du froid dans ses vieux jours, parce qu'il n'avait pas su prévoir une maison confortable. C'était même une maison frigo : en béton, mal orientée, pas isolée, mal organisée. Alors je ne voulais pas me retrouver un jour dans une telle situation pour mes vieux jours. Et cela d’autant plus que j'avais toutes les connaissances des différentes nouvelles techniques préconisées par les études précitées et que je n’étais pas encore trop avancé en âge : juste 50 ans tout de même. Il ne restait plus qu'à mettre cette bonne idée en application.

Il avait tout de même fallu près de trois années pour que ce rêve soit réalisé. Car aucune entreprise artisanale n’avait voulu faire les travaux : trop compliqués. J’avais donc dû retrousser les manches : 2 ans et demi de travaux. Et ce ne fut que cinq ou six années après (1989/1990) que j'avais pris conscience d’avoir visé très juste, en raison de sa moindre consommation d'énergie fossile. Car les émissions de CO2 étaient déjà très suspectées alors de provoquer une altération atmosphérique globale. Depuis cette époque j'avais donc continué à suivre cette affaire de près et à améliorer encore les performances climatiques naturelles de cette habitation du coup devenue "futuriste".


Caractéristiques techniques

La maison principale a été faite entre 1981 et 1984 : avec une avancée de part et d'autre côté sud pour chacune des 2 vérandas. 


Capteur à air

Entre les deux vérandas, il y a un capteur à air de 8 m de long et 1,5 m de haut (surface 12 m²) qui communique avec elles. Ce qui fait une surface totale d'exposition au rayonnement solaire d'environ 40 m². 

Quand il y a du soleil, même d‘une manière discontinue, la température de l’air monte progressivement dans les serres thermiques et le capteur/air sous le bas du toit. A partir de 28° un contacteur thermique met sous tension de deux ventilateurs qui aspirent l’air chauffé dans chacune des 2 serres,  pour le pulser dans le sous-sol, à raison de 400 mètres cubes air chaud/heure:  2 ventilateurs de 50 w/chacun, soit 100w/h. Donc une consommation électrique de 0,6 kw/h par journée ensoleillée comme en début mars. En fait sur 6 heures de fonctionnement, pendant environ 4 heures la température monte jusqu’à près de 50° en haut des serres thermiques. Sur 6 heures cela fait donc 2400 mètres/cubes d’air chaud ( T° moyenne de 42°). 


Accumulation de chaleur et inertie

Dans le sous-sol il y a 50 mètres cubes de pierres sèches superposées pour emmagasiner la chaleur envoyée par l’air des serres thermiques: soit quelques 80 tonnes de masse.
Naturellement la température ambiante monte sous tout le rez-de-chaussée de la maison. Ainsi tout le béton environnant , soit 120 tonnes supplémentaires avec une isolation thermique par l’extérieur jusqu’à 2,50 m de profondeur, emmagasine aussi la chaleur. Cela fait donc une masse (pierres + béton) d’environ 200 tonnes pour accumuler la chaleur en provenance des serres thermiques. 

Précaution : le système automatique de commande est mis sous tension seulement entre le début septembre et la fin avril, car sinon la température monterait excessivement dans les pièces habitables situées juste au dessus. Ainsi cette masse de 200 tonnes, reste à environ 19° à partir de la fin avril. Cela permet de modérer les températures excessives qui peuvent survenir en été: par exemple entre la mi-juillet et la mi-aout.

L'ensemble des 200 tonnes de masse de matériaux qui stockent la chaleur est bien isolée par l'extérieur jusqu'à 2,50 m de profondeur. La bouche d’aération de la chaudière à bois n’est ouverte que lorsque celle-ci fonctionne, de novembre à février par intermittence, quand il n’y a pas de soleil : une cinquantaine d’allumages, à raison d’une moyenne de 6 h à chaque fois. 


Panneaux solaires pour l'eau chaude

 En haut de la pente sud du toit (inclinée à 50° par rapport à la verticale et orienté plein sud 180°) il y a 3 panneaux solaires thermiques (total 6,5 m²) encastrés au niveau des ardoises.

Ces capteurs assurent le chauffage de l’eau sanitaire : réservoir de 400 litres. En bas de ce réservoir il y a un serpentin qui est branché sur le circuit du chauffage central. Ce qui permet à la chaleur d’origine solaire d’être transmise aux 4 radiateurs de la maison annexe qui ne bénéficié pas du chauffage solaire à air précité : ex. en octobre/novembre et à partir de la fin février. Mais l’ensemble des choses indiquées ci-dessus ne sont que la partie active de cette maison solaire.

Matériaux solaires passifs

Le reste est constitué d'un grand nombre d'organisations, de matériaux isolants, disposés de manière à conserver le maximum de chaleur qui a pénétré dans la maison.

- Appentis au nord pour le garage isolé par l'extérieur. Le terrain arrive au bas du toit au nord.

- Situation du réservoir d’eau chaude au fond du garage. Ce réservoir, même s’il est doté d’une très bonne isolation thermique perd 3 ou 4° de température pendant la nuit. Cette perte pour l’eau est regagnée par l’air qui l’entoure, c’est à dire tout le garage qui lui même est un espace protecteur de l’habitation principale. La sortie de l’air en provenance des capteurs à air pour stocker la chaleur sous la maison, se fait aussi dans le garage, même si le soleil n’atteint que la partie sud, la chaleur se propage sous tout le dessous de la maison et à tout l’arrière côté nord.

- Les couloirs et les pièces habitables sont disposés en espaces tampons, de manière à protéger celles qui sont le plus utilisées, séjour, cuisine, chambres...

- Le terrain (1800 m²) aussi, avec ses talus plantés d'arbres tout autour, favorise un micro-climat, surtout en freinant le vent au niveau de la façade la plus vitrée au sud. Car ainsi les échanges thermiques sont diminués à ce niveau. 

- Les murs périphériques sont des doubles murs de briques de 23 cm d’épaisseurs chacun, avec 9 cloisons verticales chacune, c'est à dire qu'il y a  un mur intérieur porteur et un mur extérieur avec une isolation entre les deux, plus une isolation à l’extérieure du 2ème mur en façades Ouest et Est (4cm de styrodur + 28 mm d’air, + 15 mm de voliges plus ardoises en haut ou 20 mm de clin bois naturel en bas. Épaisseur totale = 65 cm. Aucun pont thermique n'a été admis nulle part à la construction : ni aux seuils, ni aux appuis des fenêtres, ni aux linteaux, ni autour des ouvertures, ni naturellement au niveau des planchers béton, etc.

- À l'étage, l'aménagement a été l'objet de beaucoup d'attention également : pas de communication verticale pour éviter la montée de l'air chaud par variation de densité de l'air à cause de la chaleur, isolation oblique sous toiture et à l'horizontale très soignée (20 cm de laine de roche rigide).


Maison annexe

La maison annexe a été réalisée 10 ans après la partie principale, mais avec au moins autant de soins, aussi bien en ce qui concerne l'organisation que pour  l'isolation thermique, mais sans masse importante sous le rez-de-chaussée. Il s’agit d’une construction semi-souterraine, puisque le rez-de-chaussée est en fait à 1 mètre sous le niveau du sol. Alors que la maison principale, en fait le rez-de-chaussée est en moyenne à 0,80 m sous le niveau du sol naturel.

Le système de chauffage solaire à air automatique n'est mis sous tension qu'à partir du début septembre jusqu’à fin avril. A partir de là, la masse de 200 tonnes (pierres sèches + béton) en sous-sol est utilisée plutôt pour garder de la fraîcheur en réserve et éviter des températures excessives dans les pièces du rez-de-chaussée. 

Tous les appareils ménagers qui libèrent de la chaleur pour fonctionner (congélateur, réfrigérateur, machine à laver, réservoir d’eau solaire, ballon d’eau chaude ont été placés soit en sous-sol, là où sont les cailloux, soit dans le garage doté d’une bonne isolation thermique et qui fait espace tampon au Nord pour protéger l’habitation. Ainsi, il n’y a pas ou très peu de perte de chaleur, d’où qu’elle vienne (soleil, chaudière bois, appareils électriques, chaleur humaine ...)


Bilan général

Il faut environ 2 à 3 mètres cubes de bois de chauffage par hiver (chauffage central à eau avec 17 radiateurs au total). 

Ce qui est le plus intéressant, c'est un confort général et une stabilité thermique jour/nuit constante et très agréable en toutes saisons. Si c'était à refaire, je ferais de la même manière. Cependant, les ouvertures sont d’origine : double vitrages beaucoup moins performants qu’actuellement.

Le bilan général est tout de même très satisfaisant, puisque par rapport à une maison équivalente construite à la même époque suivant les normes du moment, mais du type construction classique, à confort égal, j'estime avoir économisé environ 1 500 à 2 000 litres de Fuel par année, soit environ 35 à 45 000 litres en 24 ans.


Isolation thermique améliorée en 2005

Amélioration de l'isolation thermique sous le faîtage de la maison. Avec en plus, sur la pente Sud, j'ai laissé un espace d'environ 8 cm, entre les voliges et les matériaux isolants pour pouvoir récupérer l'air chaud qui s'y trouve, quand il y a du soleil : l'après midi souvent la température dépasse les 40°. 

Voir sur la photo, sous le conduit en inox, on aperçoit les deux appareils électriques qui par l'intermédiaire de 2 sondes, provoquent la mise en marche (+ 30°) et l'arrêt (+ 45°) pour faire tourner les deux ventilateurs (35 W = 150 mètres cube/heure et l'autre 50 watts = 200 mètres cubes/heure) qui pulsent l'air chaud dans toutes les pièces de la maison.

Les masses chaudes (17/19°C) à l'intérieur de l'isolation thermique sont d'environ 345 tonnes (estimation), soit 96% de la masse totale et les masses froides à l'extérieur de l'isolation thermique ne sont que de 15 tonnes environ (4%). Cette disposition est très intéressante pour bénéficier d'une climatisation naturelle constante, et peu influencée par les variations de la température extérieure.


Situation des matériaux

- Sous-sol = 200 tonnes de masse (intérieure) dont 80 tonnes de cailloux + 120 tonnes de béton;

- Premier niveau = 100 tonnes de masse (à l’intérieur);

- Deuxième niveau = 45 tonnes de masse (à l’intérieur);

- Matériaux à l'extérieur de l'isolation = 15 tonnes (principalement en façade Sud).

Alors que dans la construction traditionnelle, c'est le contraire: soit entre 10 et 20% de matériaux chauds (18°/19°) à l'intérieur de l'isolation thermique (mur de refend, cloison de doublage et de séparation des pièces, dalle partiellement …etc …) et de 80 à 90% de matériaux froids, tout ce qui est à l'extérieur de l'isolation thermique, ce qui est nuisible pour climatiser la maison en hiver car la coque constituée par ces matériaux extérieurs est très lourde et toujours froide (moyenne 7° en hiver); cela tend à refroidir la maison, malgré les matériaux isolants intérieurs qui essaient d'empêcher les échanges thermiques.

A Toiture en ardoises avec pente à 50° par rapport à l’horizontale.

B Trois panneaux solaires pour chauffer l’eau sanitaire : 6,5 mètres carrés de surface.

C Orientation du toit : Plein sud, 180°. Avec des capteurs encastrés dans la toiture.

D Capteur à Air de 12 mètres carrés sous le bas du toit : intercommunication avec les deux vérandas.

E Deux vérandas ayant 14 mètres carrés vitrés chacune : total = 28 m2 + 12 m2 = 40 mètres carrés

F Niveau du sol naturel plus élevé que le rez-de-chaussée : environ 0,80 mètres

G Contacteur électrique thermostatique pour mettre les deux pompes en marche vers 27/28°

H 2 Pompes électriques  de 50 watts : débit = 200 M3/heure chacune, total = 400 m3/h

Le système de ventilation d’air chaud est mis hors tension entre mai et fin août.

I Isolation extérieure de tout ce qui est en sous-sol jusqu’à 2,5 m de profondeur.

J 80 tonnes de pierres sèches pour accumuler la chaleur en provenance des capteurs à air au sud

K Ballon mixte eau chaude sanitaire de 160 litres : (chauffé par chaudière bois et/ou l’ électricité)

L Chaudière à bois performante : flamme inversée (total  pour les 2 maisons : 17 radiateurs)

M Échangeur double flux de la Ventilation Mécanique (VMC), aspiration dans capteur à air

N Côté nord avec très peu d’ouvertures : le bas de la toiture descend jusqu’au niveau du terrain

O Foyer fermé situé au centre de l’habitation : les radiateurs ne sont pas près des ouvertures.

P Tout le béton du sous-sol est isolé par l’extérieur : 120 tonnes (Total : 80 T + 120 T = 200 tonnes).

Dans le sous-sol la Température ne descend jamais en dessous de 18° en hiver.

Q Sortie d’air chaud en provenance des capteurs à air vers l’escalier menant au garage au nord

R Réservoir de 400 litres dit préparateur : situation favorable pour la Température du Garage.

Possibilité  d’utiliser la chaleur du préparateur pour chauffer 4 radiateurs de la petite maison à côté, qui Car celle-ci ne bénéficie pas de la chaleur en provenance des capteurs à air ou de celle qui est  stockée en sous-sol. Par exemple : lorsque le soleil brille assez  à partir de la mi-février. 


Améliorations performance thermique 2010

1. Une petite lucarne a été disposée sur le milieu de la toiture côté Nord, pour plusieurs raisons :

a) faciliter le passage direct d’un petit escalier de secours allant du garage jusqu’à l’étage.

b) améliorer l’isolation thermique à cet endroit, car précédemment il n’y avait pas assez de place pour isoler correctement.

c) permettre un éclairage naturel à l’aide de cette petite ouverture à double vitrage doublée d’une 2ème fenêtre à double vitrage aussi, côté intérieur.

d) créer une ventilation très pratique en saison estivale. 

2. Nouvelles fenêtres de toit (Vélux série Confort) avec volet roulant  (Commande électrique) pour remplacer les vieilles fenêtres de toit (Roto 1982...), peu performantes en isolation thermique.

3.  Doubles fenêtres mises en place en façades:  

1 du côté Ouest, 3 du côté Est, et 1 côté Nord (lucarne).


Observations après les derniers travaux

1. Lucarne: La grosse fuite thermique qu’il y avait auparavant à ce niveau a été éradiquée. De ce fait, c’est le confort de l’ensemble du garage qui a gagné. Et comme le garage est un espace tampon protégeant la partie habitable côté Nord, cela est devenu bénéfique pour toutes les pièces du rez-de-chaussée et celles de l’étage.

2. Les nouveaux Vélux installés sur la toiture côté Sud laissent beaucoup moins qu’avant le rayonnement solaire chauffer directement l’intérieur de la maison. Ceci est intéressant en été, mais en autres saisons, c’est un inconvénient. Car maintenant l’ensemble de la maison bénéficie moins des apports solaires thermiques directs.

Pour palier à cet inconvénient, quand il y a du soleil, il y a une possibilité de récupérer de l’air chaud sous la pente Sud du toit, entre les ardoises et l’isolation thermique, par le système automatique qui avait été installé en 2005, et qui permet d‘insuffler de l‘air chaud directement dans chacune des pièces habitables. A raison de 350 mètres cubes air chaud/heure en tout, T° moyenne 40°, puissance électrique des ventilateurs 45W et 35W = 80W. Consommation électrique minime (1 centime €/heure). Pour que ça fonctionne, il suffit de mettre le système de Cde électrique automatique sous tension. Voir plus haut photo et comment cela fonctionne.

3. Doubles fenêtres à double vitrage et gaz argon: il y a maintenant beaucoup moins de pertes thermiques  qu‘avant leurs mises en place. Car les fenêtres d’origine (bois) n’avaient que du double vitrage 4/8/4 peu performant: l’espace d’air entre les doubles fenêtres contribue à la performance thermique.

Ce procédé paraît plus intéressant que de remplacer l’ancien double vitrage par du triple vitrage sans changer le châssis. Du fait de la situation de ces doubles fenêtres au raz extérieur des murs épais de cette maison, cela améliore l’isolation th périphérique des murs en briques G9 + isolation Th, dont 4cm côté extérieur : total = 0,65 cm d’épaisseur. Estimation Résistance Th totale : 6,20 Rth de Résistance Th 

Ainsi chacune des pièces habitables concernées a vu son confort naturel sensiblement augmenté. D’où une T° Jour/nuit encore plus stable, au point de ne plus, ou presque, n’avoir plus besoin de quelque système de chauffage que ce soit. Sauf peut-être par grands froids.

Article mis à jour le 22/12/2012

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