Lors de la conception d'une maison passive, l'architecte doit suivre plusieurs directives déterminantes pour l'obtention du certificat.

  1. l'orientation de la maison sur le terrain à bâtir
  2. la protection solaire pour éviter la surchauffe
  3. la compacité de la maison
  4. la surface vitrée par direction du vent
  5. l'implantation des techniques et le système de ventilation
  1. L'orientation:
    1. L'orientation est évidemment importante vu que nous avons besoin du maximum de gains solaires possible en période hivernale et souhaitons une surface de déperdition la moins importante possible côté nord.
    2. Cela ne signifie cependant pas qu'une parcelle dont le sud est situé côté rue ne convient pas pour la construction d'une maison passive. Que du contraire, même: en tant qu'architecte, il existe d'innombrables possibilités pour créer ici une solution, on peut ainsi penser à une grande baie vitrée comme hall d'entrée pour bénéficier de gains solaires.
    3. Cela ne signifie également pas que seule une façade aveugle est possible côté nord, mais bien qu'il faut y limiter la surface vitrée.
    4. Il est aussi parfaitement possible qu'il s'agisse d'une maison mitoyenne avec une orientation est-ouest; ici aussi, il sera possible d'atteindre le standard maison passive.
  2. Tout ceci implique qu'une protection solaire est absolument nécessaire côté sud pour éviter la surchauffe en période estivale. Cette protection solaire pourra être soit intégrée dans l'architecture au moyen d'un auvent, soit équipée de stores automatisés. Il est également possible d'utiliser comme protection solaire la végétation présente sur la parcelle.
  3. La compacité joue un rôle important pour limiter les surfaces de déperdition. Compact ne veut absolument pas dire petit, mais il est clair qu'un long rectangle sur un seul niveau présentera une beaucoup plus grande surface extérieure qu'un cube sur deux niveaux.
  4. La pratique consiste à installer le moins possible de câblages électriques et autres conduits utilitaires dans l'enveloppe extérieure. Les murs intérieurs offrent suffisamment d'alternatives ou, lorsqu'on ne peut faire autrement, il est possible de recourir à un raccordement électrique étanche à l'air ou de tout plafonner derrière les conduits et les boîtiers encastrables. A côté de cela, on peut aussi opter pour des prises électriques de sol.
  5. Dès le début, il faut aussi tenir compte du système de ventilation afin que les conduits soient joliment dissimulés dans l'architecture. Un plafond suffisamment élevé permettra de dissimuler les conduits de ventilation dans un faux plafond. Une composition suffisamment épaisse du sol permettra même de placer les conduits de ventilation dans la chape. Un conduit central associé à un local technique centralisé dans l'habitation permettra un passage aisé entre différents niveaux.

Le calcul PHPP

Pour confronter la maison au standard maison passive de la plate-forme maison passive, celui-ci sera calculé tant lors de la phase de pré-conception que pendant et après la phase d'exécution à l'aide du logiciel de calcul Passive House Planning Package (PHPP). Ce logiciel constitue depuis déjà de nombreuses années “l'instrument de conception” de l'Institut allemand pour la maison passive. Avec celui-ci, le concept du bâtiment pourra être adapté jusqu'à l'obtention du concept à économies d'énergie optimal. En tenant compte du climat, de l'ombragement et de la compacité du bâtiment, il sera possible d'améliorer la composition des murs, le type de menuiseries extérieures à utiliser, la forme du bâtiment, etc. et, sur base de cela, de déterminer quel type de chaudière, pompe à chaleur, etc., choisir. On aura ainsi à l'avance une idée du caractère économe en énergie du bâtiment via l'indice énergétique qui reflète les besoins énergétiques nets pour le chauffage par mètre carré par an. Attention: ce logiciel ne constitue pas une méthode pour calculer le niveau E.



Après avoir introduit plusieurs paramètres, on examinera lors de la phase de pré-conception l'indice énergétique. Celui-ci doit être inférieur à 15 kWh/(m²a). Lors de la phase de pré-conception, on tiendra aussi toujours compte de l'étanchéité à l'air exigée de 0,6h-1 vu qu'on ne connaît pas encore le résultat final du test Blowerdoor. Ce n'est que lorsque ce test aura été effectué qu'on pourra introduire le nombre mesuré (cf. ci-dessus). A côté de cela, le pourcentage de surchauffe doit toujours être inférieur à 5%.
Attention: Seul le calcul via le logiciel PHPP est accepté par la Plate-Forme Maison Passive comme preuve valable de l'obtention de la capacité massive-passive exigée pour le chauffage de l'espace dans la maison. Le logiciel PEB actuel permet désormais aussi de calculer le chauffage et la climatisation de l’espace. Si ce calcul reste inférieur à 15kWh/m² par an et qu’il est possible de produire un test d’étanchéité à l’air n50, la maison sera également une maison passive officielle, mais cependant sans certificat. Si le propriétaire souhaite un certificat, il devra alors utiliser en plus le logiciel PHPP et suvire les règles de conception de la Plate-Forme Maison Passive.



Il est d'une part possible de suivre une formation consacrée à l'utilisation du logiciel PHPP (www.maisonpassive.be) ou, d'autre part, de s'adresser à un bureau d'études externe qui se chargera des calculs tant PEB que PHPP pour le projet de maison passive.

Le calcul dynamique

Pour l'étude de cas, il a également été procédé à un calcul dynamique afin de pouvoir examiner le résulat de manière encore plus détaillée. On a ici effectué la comparaison avec la même maison à ossature bois.
Le logiciel PHPP se base sur un calcul statique et tient seulement partiellement compte, par exemple, de l'inertie thermique et d'autres effets dynamiques qui sont pourtant clairement présents.
Outre le fait que l'étanchéité à l'air d'une maison massive passive est relativement simple à réaliser grâce au plafonnage, l'utilisation de matériaux massifs dans les structures à économies d'énergie offre encore un gros avantage, à savoir l'inertie thermique. On entend par là la capacité des matériaux massifs à absorber l'énergie, c'est-à-dire emmagasiner l'énergie pour la libérer plus tard ou réduire le risque de surchauffe par stockage de l'énergie excédentaire.



Pour chauffer l'espace, la variante à ossature bois a besoin d'une demande énergétique qui, selon la simulation dynamique, sera 9% supérieure à celle de la maison massive passive (10.8 kWh/(m²a) par rapport à 11.8 kWh/(m²a)). Le calcul PHPP obtient une demande calorifique identique de 15 kWh/(m²a). Il faut ici tenir également compte du fait que ces résultats ont été calculés avec 2 logiciels totalement différents. L'encodage des paramètres s'est effectué différemment. Dans le logiciel PHPP, on tient par exemple compte d'un gain de chaleur interne constant de 2.1 W/m², tandis que la simulation dynamique tient compte d'un gain de chaleur interne variable d'une valeur moyenne de 2.7 W/m².
Ces résultats sont cependant remarquables. On constate que la capacité d'absorption des matériaux lourds influence favorablement les besoins énergétiques nets dynamiques. En outre, on remarque que le logiciel PHPP propose une approche “sûre” de la réalité.
Ce calcul dynamique n'est pas nécessaire pour les maisons privées. Il est cependant conseillé de procéder à celui-ci pour les bâtiments tertiaires. En raison de la taille du bâtiment ainsi que de l'application spécifique pour laquelle il sera utilisé, comme les bâtiments scolaires ou les maisons de repos, le calcul dynamique offre une vision plus claire des périodes de surchauffe possibles auxquelles il faudra intervenir.



Le graphique montre que le caractère massif de la maison permet d'encore mieux accumuler de la chaleur, entraînant ainsi un nivellement de la température. Dans la maison à ossature bois, l'évolution de la température fluctue beaucoup plus. La ventilation nocturne est indispensable dans cette maison. Sans ventilation nocturne, le dépassement de la température serait inacceptable. Prétendre qu'une maison passive ne peut pas être équipée de fenêtres qui s'ouvrent constitue donc un malentendu. Que du contraire, celles-ci sont nécessaires pour profiter du rafraîchissement nocturne durant les périodes plus chaudes.
La masse céramique massive passive ajoutera une inertie thermique importante au bâtiment. De telle sorte que, comme nous l'avons déjà mentionné, les grandes fluctuations de température à l'extérieur seront mieux compensées à l'intérieur, ce qui se traduira par un meilleur confort intérieur.
En outre, grâce à ce principe thermique, le besoin énergétique net pour le chauffage d'une maison massive sera inférieur à celui pour le chauffage d'une construction plus légère comparable. Cet avantage s'explique surtout par l'effet d'accumulation aux entre-saisons, lorsque la chaleur est absorbée par les briques en journée pour ensuite être libérée durant les nuits plus fraîches.



On constate aussi que la température intérieure, comme nous l'avons dit, est moins dépendante de la température extérieure, ce qui permettra de réduire considérablement le risque de surchauffe dans les maisons passives surtout en été.



D’autres études indépendantes démontrent également l’influence favorable de la masse sur le risque de surchauffe. Plusieurs logements récemment construits ont ainsi par exemple été étudiés dans le cadre du projet “BEP2020: Performances énergétiques fiables des logements, pour une performance renforcée et indépendante des utilisateurs”, un projet de l’IWT en collaboration avec la Haute Ecole Provinciale du Limbourg et l’Université Catholique de Louvain. Ces logements varient de PEB à passifs. Les résultats du confort estival montrent clairement que les températures les plus hautes sont atteintes dans les logements présentant une moindre masse (maisons à ossature bois).



Outre les avantages décrits ci-dessus, les avantages connus des matériaux céramiques restent naturellement valables, comme par exemple l'acoustique, la stabilité dimensionnelle, l'inertie chimique, l'absence de dégradations organiques, etc. Le concept massif passif entraîne donc uniquement une réduction de la consommation énergétique, et non pas du confort.
De plus, la réalisation d’une habitation érigée avec des murs creux traditionnels en matériaux massifs s’avère meilleur marché qu’une habitation érigée avec des structures plus légères. Cette affirmation est étayée non seulement par des calculs de prix de revient propres, mais aussi par l’étude indépendante de l’IWT précitée.
Le graphique ci-dessous montre clairement que la maison à construction massive constitue toujours la solution la plus économique pour obtenir un logement aux performances énergétiques renforcées et indépendantes des utilisateurs favorables


Monitoring de la maison dans la réalité

Les résultats de la simulation dynamique ci-dessus ont été confrontés à la réalité du concept massif-passif en plaçant la maison sous monitoring pendant une longue période, après l'achèvement de la construction et l'entrée des occupants. Un monitoring effectué en collaboration avec l'Université Catholique de Leuven, département Laboratoire de Physique du Bâtiment, dirigé par le professeur Staf Roels.
Les paramètres importants pour évaluer le climat intérieur de la maison sont:

  • la température de l'environnement intérieur par rapport à l'environnement extérieur
  • l'humidité relative de l'environnement intérieur
  • la concentration en CO₂.
Les résultats nous ont permis de constater que le modèle théorique issu de la simulation dynamique est assez proche de la réalité. On a particulièrement démontré qu'il est possible de conserver le climat intérieur et la température intérieure à un niveau confortable pendant des périodes estivales très chaudes.
Les résultats ont cependant montré qu'en cas de froid hivernal extrême une légère optimisation de l'installation technique pouvait encore entraîner une amélioration du climat intérieur, afin de maintenir aisément une température intérieure constante d'environ 20°C, même par des températures hivernales extrêmes.Voir figure 8.
La figure 8 nous montre la température moyenne, l'humidité relative moyenne et la pression de vapeur moyenne mesurées dans la maison par mois par rapport aux paramètres respectifs dans l'environnement extérieur.
Le nivellement des fluctuations de température et des fluctuations d'humidité relative ressortent joliment. L'humidité relative reste globalement entre 30 et 70%, des valeurs favorables pour un climat intérieur confortable. Cela démontre que même avec des constructions massives passives extrêmement étanches à l'air il est possible de maintenir un niveau agréable.
Si on évalue le climat intérieur sur base de la pression de vapeur, on constate que l'habitation se situe entre la classe 1et 2 et fait donc partie des bâtiments présentant une production de vapeur par m³ limitée et une ventilation efficace.





En examinant les résultats ci-dessus au niveau hebdomadaire, les figures 9 et 10 nous montrent l'évolution de la température intérieure, de l'humidité relative et de la pression de vapeur par semaine en juillet pour les diverses pièces.
Ce graphique reflète une évolution constante ou un nivellement des divers paramètres, à l'exception de quelques pics permettant d'en déduire certaines opérations comme l'ouverture d'une fenêtre, la prise d'une douche, la cuisine, la présence d'un lave-linge et d'un séchoir (buanderie), etc.
On constate cependant que grâce au pouvoir absorbant des murs massifs en terre cuite ces pics disparaissent et se normalisent rapidement.




Les résultats mesurés montrent que le confort estival reste garanti lors de ces journées chaudes. Cela s'explique par la conjugaison de différents facteurs comme la structure massive de la maison, l'isolation poussée, l'orientation bien choisie, la taille des fenêtres et l'installation stratégique de végétation autour de la maison. En examinant le confort estival sur base de la norme ISO 7730:2005, on peut parler de maison thermiquement confortable.
La concentration en CO2 constitue aussi un paramètre important pour évaluer la qualité du climat intérieur. La norme EN 13779:2004 définit 4 classes de qualité d'air intérieur:
  1. IDA 1: qualité d'air intérieur excellente
  2. IDA 2: qualité d'air intérieur moyenne
  3. IDA 3: qualité d'air intérieur modérée
  4. IDA 4: qualité d'air intérieur basse

La figure 12 nous montre une mesure de CO2 au cours d'une semaine où les occupants ont conservé un taux d'occupation continu. Selon la norme, la maison appartient largement à la classe IDA 1 et 2 et, de temps en temps, à la classe IDA 3, soit une qualité d'air intérieur moyenne à excellente.



On peut donc en conclure que la simulation dynamique réalisée sous le point c. est bel et bien pertinente et qu'elle peut dont être utilisée pour les maisons massives passives comme prévision du confort intérieur.
A côté de cela, on constate qu'il est possible, avec la construction d'une maison massive passive à l'aide de matériaux en terre cuite, de réaliser une maison saine et confortable avec des besoins énergétiques minimum pour le chauffage.