Cette chronique, écrite par Charlotte Paquin-Béchard , s'inscrit dans la série d'articles relatant l'expérience personnelle vécue par Sarah Cobb et William Murray, de l’entreprise Construction Rocket, dans la réalisation de leur maison à Abercorn, en Montérégie. Le projet vise les certifications LEED® et PHIUS. (Re)Découvrez le récit des débuts de leur projet.
Le terme Passive House appartenait autrefois à la terminologie obscure d’ingénieurs visionnaires, mais la certification Maison Passive est de plus en plus répandu dans le lexique des professionnels de la construction et du grand public. Le concept se popularise, ici au Québec comme partout dans le monde, et c’est tant mieux. Après tout, qui ne voudrait pas d’une maison plus efficace, qui réduirait les coûts de consommation d’énergie de façon drastique? Surtout si on la compare à une maison ne répondant qu'aux standards du code de construction... Il existe un monde entre les deux. Surtout qu'il est possible de construite des habitations Passive House confortables et vraiment performantes, à des prix s'approchant de plus en plus des constructions classiques...
Construire selon les standards de la certification Passive House est, sans aucun doute, un défi technique assez sérieux pour la plupart des constructeurs du Canada. Pour compliquer encore plus les choses, il n'y a pas une mais deux entités qui certifient les bâtiments: PHI (Passive House Institute) and PHIUS (Passive House Institute US). Au Canada, il existe des organismes d'information et de formation pour les professionnes: Maison Passive Canada et le Canadian Passive House Institute (CanPHI) ; pour le Québec, c'est Maison Passive Québec qui remplit ce rôle.
Ce guide vise à revenir sur les origines de la certification Passive House, qui peuvent être attribuées à une maison solaire passive très futuriste, construite dans les années 1970 au Saskatchewan par une équipe dirigée par Harole Orr, concepteur de la première Maison Passive moderne et récipiendaire de l'Ordre du Canada pour ses accomplissements dans le design solaire passif, l'étanchéité des habitations et la performance énergétique des bâtiments.
Où et quand est apparu le concept de Maison Passive?
La Conservation House a été construite au Saskatchewan en 1977. Son concept révolutionnaire a introduit le concept de maison solaire passive, encore exploité dans les maisons durables les plus performantes. Évidemment, le chauffage et la climatisation solaires passifs sont mis à profit depuis des centaines d'années. Mais la Conservation House au nord-ouest de Regina fait figure de pionnière car elle est le premier bâtiment qui combine l'étanchéité à l'air, une isolation supérieure, et un système de ventilation récupérateur de chaleur, jusqu'à atteindre le Net Zéro grâce à son design.
Harold Orr a été inspiré dans son travail sur les maisons hyperperformantes en grandissant dans les prairies canadiennes dans les années 1930: « Quand j’allais à l'école publique, quelqu'un devait ajouter du charbon dans le poêle de la salle de classe en plein milieu de la nuit, sinon nous avions vraiment froid au début de la classe. » Imaginez, si les classes étaient équipés d'un poêle ou un foyer haute performance, Harold Orr n'aurait peut-être jamais contribué à faire avancer la technologie du bâtiment, au plus grand bénéfice de tous!
Plus tard, à l'Université du Saskatchewan, il a abordé cette question selon une approche plus technique, en étudiant les fuites d'airs dans les maisons et en faisant avancer l'étendue des connaissances sur le design solaire passif. Harold Orr souhaiterait qu'il y ait plus de maisons solaires passives à Saskatoon aujourd'hui, et même à travers toute l'Amérique du nord: « Tout le monde devrait construire l'équivalent d'une maison passive », a-t-il récemment déclaré.
Quand a été créée la certification Passive House?
C’est en 1990 que le père de la Passive House Intitute (PHI), Dr Wolfgang Feist, réalise le projet pilote d’une première habitation dite passive, c’est-à-dire un design intégré basé sur des principes physiques de construction servant à augmenter radicalement l’efficacité des systèmes, à Darmstadt en Allemagne. Depuis, PHI a mis sur pieds un système de certification basé sur des standards de performance élevés dans le but de mettre à la portée de tous les résultats de sa recherche en la matière. Dix ans plus tard, l’architecte allemande Katrin Klingenberg qui, suivant les conseils du Dr Feist, introduisit les principes de la construction passive en Amérique.
Dès ses débuts, PHIUS (Passive House Institute US) comprit qu’il fallait apporter quelques modifications à la méthode d’évaluation proposée par PHI pour que la certification puisse se tailler une place dans l’industrie nord-américaine. À commencer par la conversion en mesures Impériales du logiciel de design métrique de PHI (le Passive House Planning Package, ou PHPP) – ce qui peut paraître anodin, mais qui fit croître grandement en popularité Passive House aux États-Unis. Klingenberg et les autres membres de PHIUS entreprirent par la suite une collaboration avec des leaders dans le secteur de l’énergie pour pouvoir adapter les standards de performance établis par PHI aux réalités climatiques nord-américaine (nous y reviendront plus loin) dans le but de rendre le concept accessible à tous.
Mais de l’autre côté de l’Atlantique PHI n’était pas en faveur de ces adaptations et les deux entreprises se dissocièrent définitivement en 2011. Depuis ce temps le débat fait rage chez les constructeurs écologiques à savoir laquelle des deux certifications offre la vraie méthode de construction passive.
PHI / PHIUS: les points communs
Le concept Passive House se base sur trois idées qui sont communes aux deux certifications:
Réduire au minimum les pertes de chaleur à travers l’enveloppe du bâtiment.
Pour ce faire, plusieurs techniques sont employées: une charpente éliminant les ponts thermiques directs tout en permettant l’espace nécessaire à une super-isolation et une attention particulière mise sur l’étanchéité à l’air dans le choix et la pose des matériaux (membranes pare-air et pare-vapeur, tapes, joints d’étanchéité, etc.). Les deux pertes de chaleur à travers l’enveloppe, en plus de rendre le bâtiment incroyablement moins efficace, constituent un procédé physique dommageable pour les composantes (humidité, moisissures).
Maximiser et balancer les gains énergétiques, par un choix consciencieux de l’emplacement des fenêtres, entre autres.
L’idée étant de pouvoir profiter de la chaleur du soleil durant des moments stratégiques (maximiser) tout en évitant que la maison ne devienne un four lorsque le soleil de l’ouest plombe sur les fenêtres en fin de journée (balancer). Dans le cas des fenêtres en particulier, un choix réfléchi de la marque et du modèle de celles-ci s’impose: un gain en énergie thermique ne voudrait pas être contrebalancé par une perte due à un vitrage mal ou peu isolé ou à une fuite d’air au niveau du cadrage.
Efficacité des systèmes.
Si nous voulons réussir à réduire notre demande en énergie, l’utilisation d’une mécanique (échangeur d’air, appareils électroménagers, système de chauffage, chauffe-eau, éclairage) haute performance est primordiale. Ces trois principes fondamentaux forment la base des idéologies de PHI et de PHIUS. Et leur but, à ce jour, reste le même ; concevoir des maisons dont la consommation d’énergie est quasi-neutre. Rappelons-le: ce n’est que depuis 2011 que les deux instituts sont séparés. Mais alors, quelle est la véritable différence entre les deux? Elle se situe uniquement dans l’évaluation des standards de performance requis.
Les standards de performance de PHI et les différences avec PHIUS
Les standards de PHI sont clairs, précis, et inflexibles. « One size fits all », en bon français. Nous les avons vus et revus un peu partout dans les articles sur les maisons passives, mais pour ceux qui ne les connaissent pas, les voici (nous les décortiquerons plus bas):
Étanchéité à l’air: taux de fuite d’air ≤ 0,6 CAH50 (changements d'air à l’heure à 50 Pascals)
Chauffage/climatisation: consommation annuelle ≤ 15 kWh par m² habitable (Treated Floor Area) en chauffage et climatisation OU une demande de pointe (peak load) de ≤ 10 W par m² habitable (TFA)
Énergie primaire: consommation annuelle d’énergie primaire (énergie à la source) ≤ 120 kWh par m² habitable (TFA)
Nous les avons vu et revu, en effet. Mais les avons-nous réellement compris, ces fameux standards?
Étanchéité: volume ou surface?
Regardons de plus près la mesure du taux d’étanchéité, « CAH50 ». D’où cela nous provient-il? La valeur d’échange d’air à l’heure établit par PHI se calcule facilement. Il s’agit du débit d’air entrant (nombre de pied cube par minute à une pression de 50 Pascals) divisé par le volume total de la maison. Facile à comprendre... mais logique?
Pas tout-à-fait. Les fuites d’air d’un bâtiment se produisent au niveau de son enveloppe, de sa surface. Le fait alors de diviser le débit d’air par le volume est discutable, considérant qu’un certain volume peut avoir différentes surfaces d’aires, dépendamment de sa forme. C’est un peu comme calculer la quantité de peinture nécessaire pour repeindre les murs d’une maison en se basant sur le volume total de celle-ci plutôt que sur le nombre de pied carré de mur. Non seulement ce n’est pas pertinent, mais en plus cela a pour conséquence de faciliter l’atteinte de cet objectif pour les grands bâtiments (gros volumes). En effet, lorsqu’on grossit une forme géométrique, l’aire et le volume n’augmentent pas en proportion ; le volume, qui inclut une dimension supplémentaire, augmente à un ratio plus élevé.
Le standard est donc plus difficile à atteindre pour les petites maisons. Or tous les projets devraient être évalués sur des bases de comparaison similaires et si, à la limite, il devait y avoir du favoritisme dans les modes d’évaluation, cela devrait être à l’avantage des constructions mieux dimensionnées, des « petits projets », pas l’inverse. Rappelons-nous que notre dessein est écologique avant tout.
Le programme de PHIUS + 2015 propose donc un standard modifié, qui passe de ≤ 0,6 CAH50 à 0,05 cfm50/pied² de surface, ou en d’autres mots, le débit d’air entrant (nombre de pied cube par minute à une pression de 50 Pascals) divisé par la surface d’aire totale de la maison. Il faut admettre que le nouveau standard de PHIUS est moins évident à comprendre au premier coup d’œil (et il ne faut pas sous-estimer le pouvoir de la vulgarisation lors d’un exercice d’éducation populaire: si on veut que le concept se répande, il faut que la moyenne des gens en comprenne les rudiments) mais tout de même, il s’agit-là d’un moindre mal pour obtenir un standard d’évaluation plus adapté et intelligible.
Pour récapituler
L’évaluation du critère d’étanchéité se différencie chez PHIUS par le calcul du taux de changement d’air à l’heure, c’est-à-dire en divisant le nombre de fuites d’air par la surface de l’enveloppe plutôt que par le volume d’un bâtiment.
Notons ici cependant que l’atteinte du standard de PHI tout comme celui de PHIUS nécessite un effort marqué dans la conceptualisation et la réalisation du projet et constitue une optimisation de l’efficacité thermique jamais égalée auparavant. Voyons les choses en face, dans les deux cas, il s’agit de maisons ultra-performantes.
Chauffage: le climat s'en mêle
En se penchant sur le standard de chauffage et climatisation établit par PHI, PHIUS dénote une première incohérence. Le nombre de kilowatt-heures alloués annuellement ainsi que le nombre de Watt en peak load ont été évalués en fonction des conditions climatiques allemandes (là où le programme de PHI a été conçu à la base). Ils sont donc tout-à-fait adaptés aux écarts de température et au taux d’humidité moyen des régions centrales d’Europe. Mais qu’en est-il des autres régions climatiques? Les ingénieurs de PHIUS, en implantant le programme en Amérique du nord, ont vite compris qu’il serait impossible qu’une maison construite à Whitehorse, au Yukon, ait la même demande annuelle de chauffage qu’une maison construite à Honolulu.
C’est pourquoi, en coopération avec la Building Science Corporation et le US Department of Energy, ils élaborent de nouveaux standards, dit « climate-specific », soit qui s’adaptent au climat de chaque région d’Amérique du Nord. Une carte assez exhaustive des villes américaines et de leurs standards adaptés se trouve sur le site de PHIUS, mais pour le bien de l’explication, en voici un exemple:
Une quantité beaucoup plus importante d’énergie doit être consommée en chauffage dans la ville de Juneau que dans la ville d’El Paso pour répondre aux objectifs de PHIUS. À l’opposé, une quantité très minime de kWh est permise annuellement pour le refroidissement dans la ville d’Alaska.
Pour récapituler: Si nous donnons une paire de sandales et une paire de bottes d’hiver à quelqu’un qui vit au Yukon et à quelqu’un qui vit à Hawaii, nous ne pouvons escompter que ces deux personnes en fassent le même usage. Pourquoi ne pas permettre au yukonnais de porter ses sandales trois jours et ses bottes d’hiver le restant de l’année, et vice-versa? Si la quantité d’énergie pour créer les bottes et les sandales est similaire, est-il important pour la planète qu’ils consomment la même quantité d’énergie, ou qu’ils la consomment de façon identique?
Énergie primaire: calculer une empreinte environnementale par personne
Quand on parle d’énergie primaire, on parle d’énergie à la source. C’est-à-dire que l’énergie totale qu’une maison consomme est moindre que l’énergie totale qui a été produite à la source. Par exemple, ici en Amérique du nord, pour chaque kWh utilisé dans une maison, trois furent produit à l’usine. Nous avons donc un ratio de 3.16, ce que nous appelons le facteur d’énergie à la source.
PHI, se basant sur les données européennes, établit le ratio à 2.6 partout au monde (ce qui laisse croire que le réseau nord-américain est 20 % plus propre qu’il ne l’est en réalité — une pratique discutable pour un standard visant la réduction d’émissions). En temps normal, ce facteur augmente ou diminue selon si le réseau d’énergie est « sale » (fossile, nucléaire) ou « propre » (hydroélectricité, énergie éolienne, etc.) et selon la grandeur du réseau (ex : une centrale hydroélectrique située à plusieurs centaines de kilomètres des maisons qu’elle approvisionne), car beaucoup d’énergie se perd dans le déplacement.
Mais le facteur d’énergie à la source n’est pas le même selon toutes les régions et c’est pour cette raison que plusieurs constructeurs réclamèrent un standard qui prendrait en considération le ratio attribué à leur région, ce qui fut refusé par PHIUS. Plutôt que de favoriser les constructeurs de certaines régions (où la source d’énergie est plus saine), PHIUS propose une autre approche: pourquoi ne pas élaborer un objectif basé sur le nombre de personnes résidant dans une maison plutôt que sur le nombre de m² de celle-ci?
Le standard de PHI, ≤ 120 kWh/mètre²/année, devient plutôt ≤ 6200 kWh/personne/année avec PHIUS+ 2015 (et le nombre de personne s’évalue en fonction du nombre de chambre à coucher +1).
Il s’agit de remettre la responsabilité de la réduction des émissions de CO₂ à chaque être humain à part égale (peu importe leur type de projet et leur source d’énergie) plutôt qu’à chaque mètre carré de superficie habitable. L’objectif de ≤ 120 kWh/m²/année reste le même pour tous les bâtiments non-résidentiels – industriels ou commerciaux. Cette mesure a pour effet d’avantager les projets « mieux dimensionnés », car il devient alors très difficile pour une personne seule résidant dans une grande maison d’atteindre cet objectif!
Notons aussi que PHIUS vise une réduction progressive de ce standard à ≤ 4200 kWh/personne/année d’ici quelques années, réduisant le seuil encore plus — à 8,400kWh pour un seul résidant et à 16,800kWh pour une famille de quatre. De plus, dans le logiciel actuel de planification de PHI (le PHPP), le seul type d’énergie renouvelable admis pour diminuer la demande d’énergie primaire est solaire-thermique (c’est-à-dire la chaleur du soleil utilisée directement pour chauffer l’eau, par exemple). Tous les autres types d’énergie renouvelable ne sont pas pris en ligne de compte, ce à quoi PHIUS veut remédier en faisant entrer dans l’équation la production « sur place» d’électricité photovoltaïque (panneaux solaires) ou éolienne qui sera utilisée sur le site même.
Pour récapituler
PHI et PHIUS sont d’avis que le standard de consommation d’énergie primaire doit être le plus élevé et le plus strict. Le nouveau standard de PHIUS propose une nouvelle vision de la consommation totale de kWh par année, qui se base plutôt sur le nombre d’habitant d’une demeure plutôt que sur sa superficie habitable. Cela ne rend pas le standard plus facile à atteindre: au contraire. Plus l’écart entre le nombre d’occupant et la superficie habitable est grand, plus il est difficile à atteindre.
Une autre lacune dénotée par PHIUS se trouve au niveau de la qualification des systèmes d’échange d’air (HRV/ERV) selon la méthode de PHI. En effet, PHI a mis sur pied sa propre méthode de classement des appareils d’échange d’air, ce qui a pour avantage de faciliter le choix d’un modèle pour les participants à la certification. Cependant, si ceux-ci veulent utiliser un modèle qui n’est pas listé dans la banque de PHI (donc pas « qualifié » selon le classement de PHI), l’institut allemand se fie sur les spécifications d’efficacité du manufacturier, et supprime 12 % à cette cote. Le Technical Committee de PHIUS n’était pas en faveur de cette pratique qui défavorise certains modèles très performants d’échangeur d’air simplement parce qu’ils ne sont pas homologués par PHI. De plus, comme il existe déjà un programme de certification nord américain des échangeurs d’air (le Home Ventilation Institute – HVI), le comité a décidé de mettre sur pied son propre protocole de modélisation (en gardant les meilleurs aspects de ceux de PHI et de HVI), permettant ainsi a une plus grande proportion de modèles disponibles sur le marché d’être éligible. Le but de cette mesure, encore une fois, n’est pas de « diminuer » le standard (en mettant un échangeur d’air moins efficace, par exemple), mais plutôt d’ouvrir la porte à plusieurs options.
La certification Passive House de PHIUS est-elle plus facile? Ou est-ce plutôt PHI? Cela dépend...
La croyance populaire veut que la certification PHIUS soit plus facile à obtenir que celle de PHI. À la lumière de ce que nous venons de voir, ça n’est pas du tout le cas. Certains objectifs sont plus faciles, ou plus difficiles, tout dépendant du type de projet, de sa grosseur et de son emplacement géographique. En d’autres termes, les standards de PHIUS s’adaptent aux différentes réalités, ceux de PHI, non. Ça ne fait pas de PHIUS une meilleure institution, ni l’inverse.
La question mérite d’être posée: dans quel but voulons-nous obtenir ces certifications? Est-ce pour le prestige et l’exclusivité du titre de « Passive House » ou sommes-nous réellement désireux de réduire notre empreinte écologique et notre émission de CO₂?
Le cas échéant, ne devrions-nous pas tout faire pour que le plus grand nombre de maisons soient construites sur des designs intégrés éco-énergétiques en respect avec l’environnement, voire viser le bilan carbone zéro plutôt que de tenter de créer une élite de l’habitation? Certains regroupements de constructeurs écologiques se prévalent d’une croyance en un programme de certification plutôt qu’un autre: c’est tout-à-fait légitime.
PHI et PHIUS, Net Zéro, LEED, Novoclimat ont tous leur raison d’être et partagent le même but: encourager l’industrie à s'orienter vers la construction écologique et hyper-performante. Et cela fonctionne! Même les gratte-ciel commencent à l'illustrer dans la course aux kWh, comme la tour West Vancouver, de 60 étages, qui vise la certification Passive House. Est-il pertinent de continuer à débattre de la supériorité ou de l’authenticité de ces programmes, soit de prôner une doctrine au détriment d’une autre? L’énergie dépensée dans ces 7 délibérations nous fait perdre de vue l’objectif même de ces doctrines: améliorer l’état de la planète qui se trouve dans une situation critique. Pourquoi ne pas plutôt rester ouverts à toutes les solutions et travailler ensemble à l’accessibilité de bâtiments sains pour tous?
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