Vendredi, 3 février 2012, 17 heures. Malcolm Isaacs se rend à Montebello, dans la nouvelle maison « passive » de sa cliente Rachel Thibeault. Il fait 0 degrés Celsius dehors et 25 °C dans la maison. Il éteint le système de chauffage… durant trois jours.
Le lendemain matin, il fait soleil et -15 °C dehors et 19 °C à l’intérieur. Le surlendemain, journée nuageuse, la température intérieure ne chutera pas plus bas que 17 °C, malgré l’air froid qui continue d’entrer par le ventilateur récupérateur de chaleur (VRC). Il faut dire que celui-ci récupère 95 % de la chaleur de l’air vicié qu’il évacue. Le soleil revenu, le mercure à l’intérieur remontera entre 18 et 23 °C, selon la température qu’il fera à l’extérieur.
« Les trois personnes qui étaient dans la maison avec nous n’en croyaient rien, ils disaient que le système de chauffage devait être allumé! », raconte Isaacs, un ingénieur de Wakefield, en Outaouais. Après deux semaines nuageuses durant la construction, la maison inoccupée et non chauffée n’a jamais été plus froide que 10 °C. « C’est ça, une maison passive : elle ne peut jamais geler, même sans aucun chauffage », disait-il à Montréal le 4 décembre dernier dans le cadre d'une conférence organisée par le Conseil du bâtiment durable du Canada. Une maison résiliente. Malcolm a lui-même traversé la crise du verglas de 1999 sans quitter son ancienne maison hyper isolée, bâtie en 1985.
En hiver, quand il fait soleil et que sa maison est déjà chauffée, Rachel Thibeault se sent presque sous les Tropiques : il y fait jusqu’à 27 °C! À l’hiver 2001-2012, ses coûts de chauffage électrique se sont élevés à environ 140 $ pour 1500 pi2 de superficie, outre les deux cordes de bois qu’elle a brûlées dans un poêle haute efficacité.
Passivhaus 101
Malcolm Isaacs dirige le Canadian Passive House Institute (CanPhi), organisme d’enseignement qui a déjà formé plus de 200 concepteurs et constructeurs de maisons passives (sa prochaine formation à Montréal aura lieu du 31 janvier au 2 février 2013). Le concept de maison passive signifie que la maison se chauffe quasiment toute seule, avec les gains internes (chaleur dégagée par les occupants et les appareils) et l’énergie solaire passive qui traverse les vitrages. Elle consomme jusqu'à 90 % moins d’énergie de chauffage qu’une maison classique.
Le concept fut inventé à la fin des années 1980 par le physicien allemand Wolfgang Feist. Construite à Darmstadt en Allemagne en 1990-1991, la première maison certifiée passive au monde est en fait un immeuble multilogement dont les besoins de chauffage, documentés par un suivi scientifique, sont en deçà de 12 kilowattheures par mètre carré habitable. « À Montréal, dit Malcolm Isaacs, la demande de chauffage devrait être similaire car, malgré le climat plus froid qu’en Allemagne, nous avons beaucoup plus d’ensoleillement! En hiver, la température moyenne à Darmstadt est de -1 °C et le ciel est typiquement couvert, alors qu’ici c’est -7 °C avec du soleil. »
Depuis 1990 à travers le monde, plus de 40 000 maisons, logements sociaux, édifices à bureaux, usines, écoles, commerces et autres immeubles neufs et rénovés ont été certifiés par le Passive House Institute et ses organismes affiliés en France et dans plusieurs autres pays. Leur nombre augmente de façon exponentielle depuis 2010. C’est alors que l’Union européenne exigeait que tous les nouveaux immeubles sur son territoire soient à « consommation d’énergie quasi nulle » d’ici 2020, et d’ici 2018 dans le cas des immeubles publics. Ceci dans le cadre d’un objectif de réduire la consommation d’énergie européenne de 20 %. La Société d'habitation du Québec nous confirme qu'elle compte construire du logement social en se basant sur la norme passive, sans toutefois chercher à le faire certifier.
Fondateur en 1988 du Passive House Institute justement établi à Darmstadt, Wolfgang Feist s’est inspiré d’un autre physicien, l’américain Amory Lovins, qui vit dans le siège social hyper performant du Rocky Mountain Institute qu'il dirige, au Colorado. Lovins s’était lui-même inspiré de précurseurs canadiens comme les concepteurs de la Saskatchewan Conservation House, souvent mentionnée comme l’ancêtre des maisons R-2000 et passives. Bâtie en 1977 et sans fournaise dans la ville glaciale de Régina, c’était à l’époque la maison la mieux isolée (12 pouces dans les murs) et la plus étanche au monde, et la première dotée d’un VRC. Très simple, son principe est plus actuel que jamais : il suffit de hausser la performance thermique de l’enveloppe du bâtiment et de maximiser les gains solaires passifs à travers des vitrages performants afin de se passer d’un système de chauffage, du moins en climat tempéré. L’argent économisé sur la mécanique pouvant être réinvesti dans l’enveloppe, il n’y aurait que peu ou pas de surcoût de construction.
La maison de Montebello
Malcolm Isaacs a introduit le concept des maisons passives chez nous en 2005-2006, alors qu’il s’est bâti la première maison canadienne inspirée de la norme allemande. Puis il a conçu la maison de l’ergothérapeute Rachel
Thibeault, la première au Québec certifiée par l’Institut allemand. Elle a coûté plus cher qu’une maison de même taille, car elle a des plafonds jusqu’à 14 pieds de hauteur et elle est adaptée pour accueillir une personne en fauteuil roulant. Mme Thibeault est ergothérapeute de formation et enseigne les sciences de la réadaptation à l’Université d’Ottawa. La nécessité de construire cette maison universellement accessible sur un seul étage a exigé qu’on oublie le principe de compacité qui réduit les pertes de chaleur des maisons passives.
Malgré son coût élevé de 326 000 $ pour 1500 pieds carrés habitables, elle est très économique. Elle est chauffée par un petit système électrique de 3 kilowatts de puissance de pointe (équivalent à deux séchoirs à cheveux!) qui est rarement allumé. Il est trois fois moins puissant que le système de chauffage d’une maison standard de même taille.
Les principales composantes passives de cette maison sont :
• murs hors sol à double ossature 2x4 (avec 16 pouces de laine de roche d’une résistance thermique de R-56) et plafond R-82, également isolé à la laine de roche;
• fondations en coffrages isolants de polystyrène expansé (béton coulé entre deux épaisseurs de 7 pouces = R-56); • fenêtres fabriquées dans la région d'Ottawa par Thermotech, en fibre de verre rempli de mousse isolante, avec vitrage triple à faible contenu en fer laissant pénétrer 62 % des calories solaires, rempli de gaz krypton et doté de deux pellicules à faible émissivité;
• VRC allemand Paul Focus 200, possiblement le plus écoénergétique au monde (91 % de récupération de chaleur), 2 300 $ installation non comprise; • étanchéité maximale, pour un taux de fuite de seulement 0,36 changements d’air à l’heure mesuré à une pression simulée de 50 pascals, comparativement à la limite de 1,5 CAH@50 Pa dans une maison R-2000.
Ces caractéristiques ont coûté 26 000 $ de plus qu’une maison universellement accessible comparable (de 300 000 $) mais ayant des murs R-20, un toit R-40 et des fenêtres au double vitrage à faible émissivité. Toutefois, cette maison coûte 41 $ de moins que cette dernière par mois, le surcoût hypothécaire étant annulé par les économies de chauffage qui s’élèvent à 1237 $ par année.
Une enveloppe passive (très étanche et et très isolée avec fenêtres haute performance) est la solution la moins chère par kilowattheure (kWh) économisé, explique Malcolm Isaacs. « Elle coûte seulement 11,1 ¢/kwh contre 21¢/kWh pour la géothermie, 31,9 ¢/kWh pour l’électricité photovoltaïque et 43,8 ¢/kWh pour un système solaire thermique. Les maisons à consommation nette zéro [aux toitures recouvertes de capteurs photovoltaïques] sont en démonstration depuis les années 1970, c’est très complexe et coûteux. Personnes n’est contre le concept, mais il faut commencer en construisant des maisons passives, des maisons basées sur la rigueur de la science et qui sont abordables, pas juste pour les riches. Comme l’air chaud peut être distribué par l’échangeur d’air, on peut se passer d’une fournaise ou d’une thermopompe. Les gens sont contents car ça sauve de l’espace et de l’argent. »
Des maisons passives, comme la NewenHouse, au Wisconsin (lire cet article), et des logements sociaux, à Philadelphie, ont même été bâtis pour aussi peu que 130 $ le pied carré. Ceci comparativement à un coût typique de 200 $/pi2 pour une maison neuve actuelle. « Ce n’est pas un miracle, dit Wolfgang Feist dans une vidéo américaine que Malcolm Isaacs nous a fait visionner. Ça ne prend que les meilleures fenêtres et de construire étanche à l’air. » « Pas besoin de technologies compliquées, juste plus de soin dans l’assemblage », ajoute Isaacs.
Les leçons
Pour Wolfgang Feist, une maison passive, « ce n’est pas juste une question d’énergie, mais de confort, d’absence de bruit, de courants d’air, de surfaces froides [donc pas de risque de condensation et de moisissures], d’excellente qualité d’air intérieur, de températures égales du plancher au plafond ainsi que d’humidité relative équilibrée. » Et plus durable, car mieux construite et moins sujette aux infiltrations d’eau et d’humidité.
La façon de bâtir des maisons performantes n’a pas beaucoup évolué depuis les années 1970-1980, l’ère de gloire du solaire, à quelques exceptions près. En visitant la maison de Régina conçue par le Saskatchewan Research
Council, Isaacs a constaté qu’elle n’avait pas changé… sauf pour son chauffe-eau solaire thermique, retiré en raison d’un bris. « La leçon, c’est que les systèmes actifs vont briser et pas les systèmes passifs comme l’enveloppe du bâtiment, qui requiert beaucoup moins d’entretien à long terme. »
Autre exception : aujourd’hui, on ne bâtit plus de maisons solaires avec des tonnes de maçonnerie en guise de masse thermique stockant les calories du soleil. « Investir une fortune dans le stockage, les murs Trombe, les panneaux solaires, c’est du gaspillage, ce n’est pas de l’argent bien dépensé », dit Isaacs.
La masse thermique est un facteur moins important en hiver dans une maison très étanche et très isolée, explique-t-il. « C’est surtout utile pour stocker la fraîcheur nocturne en été, pour limiter les besoins de climatisation, en conjonction avec un bon ombrage extérieur. »
Dans ses maisons, Isaacs pose de la céramique et d’autres matériaux massifs accumulant la fraîcheur nocturne en été et la chaleur des rayons solaires qui les caressent en hiver. La masse ralentit les pertes de chaleur de la maison en hiver, mais il ne faut pas exagérer, dit-il. Selon lui, il est bien plus important de bien sceller la maison et de briser les ponts thermiques à travers l’ossature, par exemple en posant des panneaux de fibre de bois isolants (certains produits européens ont jusqu’à 4 pouces d’épaisseur!) à l’extérieur de celle-ci.
Malcolm Isaacs déplore que peu de Canadiens aient appliqué ces leçons. La preuve, dit-il, c’est que depuis 1982, il ne s’est bâti que 14 470 maisons certifiées R-2000, selon les données que nous a transmises le ministère fédéral des Ressources naturelles. C’est seulement 482 par année en moyenne, et que 262 au total en 30 ans au Québec, où il s’est bâti 16 500 maisons, 950 plex et 8 250 logements certifiées Novoclimat de 1999 à 2011, selon Éric Santerre, relationniste au ministère québécois des Ressources naturelles.
« Le logiciel [gratuit] HOT2000 nous avait alors donné une avance sur l’Europe en matière de modélisation énergétique, mais notre avance s’est arrêtée là, dit Isaacs. L’industrie n’a jamais accepté l’objectif de réduire les besoins de chauffage de 50 %. C’est plutôt 25 à 30 % d’économie qui fut atteinte. Le public a généralement ignoré les maisons R-2000 car peu ont été construites. » Ainsi, il souligne que la consommation énergétique de nos résidences par superficie habitable a peu changé, passant de 0,77 gigajoules par mètre carré gj/m2 de 1980 à 1989, à 0,74 gj/m2 de 2000 à 2007. Il dit que les Européens constatent avec horreur que l’on construit encore des maisons de bois massif au facteur isolant mural de R-9 à R-18, « une technologie des années 1880 ».
Malcolm Isaacs pourra-t-il faire mieux aujourd’hui, alors que l’objectif des maisons passives est de réduire les besoins de chauffage de 90 %? « Je vais m’en tenir aux conseils de Wolfgang Feist, qui a toujours insisté sur le fait que la priorité devait être de bâtir de bons projets ! C’est ce qui vend le concept, beaucoup plus que tout marketing. Avec les réussites viennent la crédibilité, puis la possibilité de programmes de soutien. Je pense qu’en 2013, 30 à 50 autres bâtiments passifs seront réalisés au pays, avec, espérons-le, du bon feedback de la part de chacun des usagers. »
Pourquoi est-ce important
Les impacts graves des changements climatiques requièrent « une solution drastique, une révolution énergétique », dit Malcolm Isaacs.
Les glaces du Groënland et de l’Antarctique ont fondu trois fois plus vite dans les années 2000 que dans les années 1990, selon une étude réalisée par un groupe de 47 scientifiques de 26 pays et publiée dans la revue Science, nous apprenait l’Agence Science Presse le 3 décembre dernier. Et alors que la fonte des glaces atteignait un autre record en Arctique l’été dernier, dépassant même la superficie des États-Unis, les Nations Unies concluaient que le pergélisol risque de fondre plus vite que prévu. Ceci serait catastrophique puisqu’il libérerait énormément de méthane, gaz à effet de serre au potentiel de réchauffement planétaire beaucoup plus élevé que le dioxyde de carbone (CO2). Comme si ce n’était pas assez, une étude allemande récente concluait que la hausse des niveaux des mers due au réchauffement global a été grandement sous-estimée. C’est que les projections faites en 2007 ne tenaient pas compte de la fonte accélérée des glaces continentales du Groenland et de l’Antarctique. Selon le Potsdam Institute for Climate Impact Research, le niveau global des mers augmente de 3,2 mm par année depuis 20 ans, plutôt que 2 mm. On n’a donc sûrement pas fini de voir des villes côtières comme New York se faire inonder par des ouragans.
Bien que la vaste majorité de l'électricité produite au Québec est de source hydraulique ayant peu d'impact sur les changements climatiques, il serait plus judicieux d'économiser davantage l'énergie et d'exporte notre électricité plus « propre » afin de réduire les émissions de CO2 aux États-Unis et en Ontario, dont la plupart des centrales électriques brûlent des carburants fossiles comme le gaz et le mazout, tout comme plusieurs immeubles québécois d'ailleurs.
L’ABC des maisons passives
• La maison doit être conçue en utilisant le logiciel de simulation énergétique PHPP (Passive House Planning Package). On optimisera notamment la forme du bâtiment pour réduire la superficie extérieure de l’enveloppe — et donc les pertes de chaleur — par rapport à la superficie habitable. Un revêtement extérieur foncé permettra d’absorber davantage de calories solaires.
• Ces dernières et donc les besoins annuels de chauffage ne doivent pas dépasser 15 kilowattheure par mètre carré (kWh/m²) d’espace habitable (1,4 kWh/pi2). Cela représente par exemple, 2 370 kWh (environ 190 $) annuellement pour une maison de 158 m² (1 700 pi²), soit 83 % de moins qu’une maison québécoise moyenne de même superficie. Selon Hydro-Québec, cette dernière consomme 14 035 kWh/an (environ 1 100 $) en chauffage, soit 88,8 kWh/m² (8,3 kWh/pi2).
• La consommation d’énergie annuelle totale ne doit pas dépasser 120 kWh/m² (11,2 kWh/pi2). C’est environ 30 % de moins que notre maison moyenne qui consomme 26 484 kWh, soit 168 kWh/m2 (15,6 kWh/pi2).
• Pour atteindre ces performances, dans un premier temps les fuites d’air ne peuvent excéder 0,6 fois changements d’air à l’heure (CAH) à une pression simulée de 50 pascals (Pa) lors d’un test d’infiltrométrie (qui consiste à provoquer des fuites d’air en dépressurisant la maison avant la pose du gypse, afin de pouvoir sceller toute imperfection). C’est quatre fois moins de fuites que ne le tolère le programme Novoclimat, qui les limite à 2,5 CAH à 50 Pa. Pour ce faire, on utilise de nouveaux types de rubans gommés et de joints d’étanchéité dits de troisième génération, importés d’Europe.
Les nouveaux pare-vapeurs intelligents en polyamide, comme le MemBrain de CertainTeed commercialisé d’abord en Europe il y a une dizaine d’années, ont une résistance à la diffusion variant selon les conditions d’humidité ambiantes. En hiver, ils se comportent comme un polyéthylène, pouvant servir de pare-air et empêcher l’humidité de la maison de s’infiltrer dans les murs si les joints sont bien scellés. Lorsque le niveau d’humidité augmente comme en été, leur perméabilité à la vapeur augmente dramatiquement, permettant au mur de sécher vers l’intérieur en été si jamais de l’eau ou de l’humidité devait s’infiltrer dans la cavité murale.
• Forcément, l’enveloppe du bâtiment devra être surisolée pour respecter le très strict budget énergétique.
• Les maisons passives sont conçues afin que la température de toutes les surfaces intérieures soit toujours d’au moins 16,5 °C et aucun système de chauffage ne doit être placé sous les fenêtres. Toutes les fenêtres doivent donc être à triple vitrage enduit d’une fine couche d’oxyde métallique à faible émissivité (faible É ou Low E en anglais). Les pertes de chaleur des fenêtres (facteur U) ne peuvent excéder 0,80 W/(m²K), ce qui équivaut à une résistance thermique minimale de R-7,5 pour l’ensemble de la fenêtre. Malcolm Isaacs recommande de commander une valeur U de 0,5 (R-11,4) et souligne qu’il est primordial de poser la fenêtre en retrait dans le mur, entre l’isolant plutôt qu’au niveau du revêtement extérieur, afin qu’elle soit protégée du vent et donc bien au chaud.
Par ailleurs, sachez que le vitrage à faible teneur en fer maximise la transmission de la lumière et que la pellicule Faible É à couche dure (« hard coat ») plutôt que tendre maximise la pénétration des calories solaires. Fin 2012, aucune fenêtre nord-américaine n’avait encore été certifiée par le Passive House Institute, mais cela ne saurait tarder.
• Un ventilateur récupérateur de chaleur (VRC) silencieux et à très haute performance certifié par le Passive House Institute. Quand il fait -10 °C dehors, l’air introduit dans la maison par le ventilateur récupérateur de chaleur (VRC) doit avoir une température supérieure à 16,5 °C, comparativement à 7 °C avec un VRC nord-américain à 86 % d’efficacité de récupération. Un puits canadien, consistant en un tuyau enfoui autour de la maison, permet de rafraîchir ou de préchauffer l’air de ventilation. Lire ici les limites et précautions à prendre si on opte pour un tel système.
Pour en savoir davantage
Canadian Passive House Institute
Conférence international annuelle sur les bâtiments passifs
Passive House Institute (Allemagne)
Passive House Institute US (États-Unis)
Dossier du site Ecohabitation.com
Vers une consommation énergétique nette de zéro dans les maisons existantes
