L’éco-construction : Paille, Bois et Terre et le principe des murs perspirants…
La présentation de cet article dont la source est issue du réseau régional des acteurs de l’éco-construction révèle le coût abordable , le confort, la rapidité et simplification de construction d’une telle conception bioclimatique que constitue la construction paille.
Depuis toujours, un grand nombre de peuple construisent leur habitat en végétaux. La construction en paille, sous-produit de culture produit en grande quantité, se développe davantage depuis le XIXème siècle (USA) avec l’apparition des premières botteleuses mécaniques.
Concevoir bioclimatique, c’est renouer avec l’art de bâtir
Depuis une dizaine d’année, les constructions en paille commencent à revenir avec l’apparition d’associations, de réseaux de professionnels et de nouvelles techniques. La paille est, en effet, un matériau laissant place à la créativité. Aujourd’hui en France, la construction paille est majoritairement à l’initiative d’auto-constructeurs car cette technique ne fait pas encore l’objet de DTU ce qui rend l’obtention d’une garantie décennale difficile. L’insufflation de la ouate de cellulose étant régie quant à elle par un DTU ne présente pas de difficulté pour obtenir cette garantie.
Nous sommes, ici, en présence d’une maison « ossature bois » où les bottes de paille constituent le matériau de remplissage et l’isolation de la structure en bois.
Tout d’abord, le projet se porte sur une conception bioclimatique afin de recouvrer le maximum d’apports solaires passifs.
D’une surface de 140 m2 et d’une conception géométrique rectangulaire, cette maison limite la surface de murs en contact avec l’extérieur (compacité) pour limiter les déperditions thermiques. Aussi, chaque façade est directement orientée vers un point cardinal permettant un traitement spécifique à chaque orientation.
Une gestion maîtrisée sur les ouvertures a été particulièrement conçue. En effet, le choix et positionnement des vitrages sont importants dans une approche bioclimatique. En effet, il faut savoir que les vitrages sont moins isolants que les parois opaques. Le solde entre les déperditions thermiques et les apports solaires donne des résultats différents en fonction de l’orientation.
Ainsi, la façade ne faisant pas l’objet d’apports solaires directs, doit comporter le moins d’ouvertures possibles afin de limiter les déperditions surfaciques. Ici, elle ne comporte que trois fenêtres de taille limitée et la porte d’entrée.
La façade Ouest faisant face aux vents dominants et aux rayons directs du soleil en fin de journée fait l’objet de risques de surchauffes d’été. La théorie veut que les surfaces vitrées soient limitées ce qui est tout à fait respecté pour cette habitation qui ne comporte qu’une fenêtre étroite sur sa face Ouest et voit son garage constituer un espace tampon.
La façade Sud, quant à elle, est celle recevant le plus de calories de la part du soleil, c’est pourquoi la surface vitrée doit y être maximisée afin de capter le maximum de chaleur. Ici, la façade sud a été conçue de manière à avoir plus de 50% de la surface de la façade vitrée. La face sud est également dégagée de toute ombre provenant d’autres maisons ou de végétation. De plus, une serre froide presque totalement vitrée a été mise en place du côté Ouest de la façade sud afin de capter le maximum de rayons solaires. Enfin, un débord de toit de 85 cm de longueur a été conçu de façon à empêcher le soleil de frapper directement les vitrages en été. Ainsi, il permet d’éviter les surchauffes estivales tout en n’empêchant pas les apports solaires hivernaux.
Pour finir, la façade Est recevant des calories seulement le matin, il y est également important de limiter les surfaces pour réduire le risque de déperdition thermique. Ici seulement six ouvertures ont été percées (cinq fenêtres étroites, une porte).
Une autre approche, celle de la gestion des espaces internes, a été pensée. La répartition des pièces est également importante dans l’aménagement d’une maison bioclimatique. L’objectif, ici, a été d’effectuer des économies de chauffage et d’éclairage en plaçant judicieusement les pièces en fonction de leur utilisation. Au nord de l’habitat sont situés les pièces peu utilisées dans la journée et à faible température. Ces pièces « tampons » (garage, cellier, salle de bain...) jouent le rôle d’intermédiaires isolants entre l’extérieur de la maison et les pièces à vivre.
Du côté sud, seront situées les pièces les plus occupées dans la journée car elles pourront profiter des apports passifs solaires.
Au Nord, les futurs propriétaires ont choisi de placer le cellier et la salle de bain peu utilisée dans la journée. De plus, un sas « tampon » a été installé en prolongement de la porte d’entrée afin d’éviter l’introduction d’air froid à chaque entrée ou sortie de la maison. La cuisine a été placée à l’Est afin de bénéficier des rayons matinaux du soleil.
Côté Sud-Est est placé un grand bureau pouvant bénéficier des apports solaires presque toute la journée.
La façade Sud donne, quant à elle, sur la salle de séjour.
Enfin, sur le côté Ouest de l’habitation, nous pouvons trouver le garage vers le Nord et la serre bioclimatique côté sud.
Afin d’accumuler chaleur et confort, le principe bioclimatique a retenu celui d’un mur capteur ou accumulateur thermique qui est un mur construit dans un matériau apte à recevoir et à stocker la chaleur (ou le froid) qu'il peut ensuite restituer en se comportant comme une source de chaleur (ou de fraîcheur).
Dans le but de capter et d’accumuler l’énergie gratuite provenant du rayonnement solaire, les « Ecoconstructeurs », socité qui a réalisé les travaux, ont décidé de remplir l’ossature bois des murs de refend de l’habitation en briques de terre crue. Celles-ci possèdent deux propriétés importantes les rendant capable d’une d’accumuler la chaleur et de la restituer par la suite, en fin de journée et pendant la nuit :
- leur capacité thermique importante (plus la capacité thermique est importante, plus le matériau peut stocker de calories avant que sa température ne monte d’un degré) ;
- leur faible diffusivité thermique (vitesse de déplacement des calories dans les matériaux). Plus la diffusivité thermique est faible, plus la durée de déphasage est élevée ;
- leur effusivité importante (Vitesse de réchauffement d’un matériau). Plus cette valeur est élevée, plus le matériau peut stocker de chaleur sans se réchauffer.
Ces briques de terre crue sont réalisées par les « écoconstructeurs » eux-mêmes à l’aide d’une presse manuelle et de la terre récupérée directement dans le jardin.
L’inertie du bâtiment et l’accumulation des calories solaires sont également renforcées par la chape chaux/sable.
Trois éléments constitutifs composent l’enveloppe de la façade :
Le sol La chape est constituée de bas en haut par :
L’enveloppe du bâtiment
- Un hérisson ventilé (sur 30 à 40 cm) composé de cailloux de schiste noir ayant un diamètre de 30 à 50 mm. Ces cailloux proviennent d’entreprise de travaux publics locales et sont bien nettoyé avant leur déversement afin d’éviter tout risque de remontée d’eau par capillarité.
- Des billes de schiste provenant de la société GEM en Mayenne (sur une épaisseur de 15 cm) liées entre elles par de la chaux. Les billes d’argiles expansées étant poreuses, elles permettent d’isoler le plancher avec un coefficient de transmission thermique U=0.66 K.m2/W pour cette épaisseur.
- Une chape chaux-sable (d’une épaisseur de 10 cm) apportant de l’inertie à la construction. La chaux Hydraulique Naturelle Bâtardée NHL 5-Z utilisée provient de la société CHAUX MICHEL BOEHM ET CIE en Alsace (03 88 38 11 60). La chape est donc constituée par un mélange de 8 seaux de chaux pour 4 seaux de sable.
Sur tout le tour de la chape, une isolation intérieure est réalisée en plaques de liège expansé et d’épaisseur 5 cm sur une profondeur de 50 cm afin de gérer le pont thermique mur/dalle. La résistance thermique du liège jouant le rôle de rupteur de pont thermique pour la chape possède un R=0.8 K.m2/W.
Les parois
Deux types de parois différents sont mis en place dans cette construction, selon le
niveau.
Au rez-de-chaussée, le remplissage des montants à ossature bois en pin douglas non- traité (bois de classe 3) s’effectue avec des ballots de paille posés sur le mur de fondation. Entre celui-ci et les ballots de paille, sont disposés un film bitumeux Soprema SOTEX 27 et une épaisseur de liège expansée afin d’inhiber les remontées capillaires. Le liège provient, quant à lui de la société TINATUR, fournisseur de matériaux de construction écologiques en Bretagne (Côtes d’Armor).
Les ballots de paille sont posés à plat (fibres horizontales) ce qui est plus pratique pour la pose d’enduit par rapport à la pose sur chant et sont comprimés à environ 10%. Ils proviennent des agriculteurs locaux et reviennent à environ 3€ par mètre carré de façade. Il est difficile d’avoir une valeur exacte de la densité et des performances thermiques pour un ballot de paille, le matériau étant produit par différents agriculteurs. D’après Jean-Pierre Oliva dans l’ouvrage « la conception bioclimatique » (aux éditions Terre Vivante), la botte de paille à plat possède un • de 0.070 contre 0.040 pour la botte de paille posée sur chant ; tout cela pour une densité moyenne de 75kg/m3.
De chaque côté de la paroi est ensuite posé un enduit chaux-sable perspirant et étanche à l’air et à l’eau. Il est composé de 6 seaux de sable pour un seau et demi de chaux sur une épaisseur de 3 à 4 cm. L’enduit se posera en trois couches de composition différente pour être de moins en moins résistants à la diffusion de vapeur d’eau et permettre l’évacuation plus facile de la vapeur d’eau vers l’extérieur de la paroi. L’enduit est armé à chaque angle de la maison et à proximité des menuiseries pour éviter les fissurations de celui-ci.
Les parois d’une épaisseur totale de 45 cm présentent un coefficient de transmission thermique (U) de 0.17 W/K.m2et sont totalement ouvertes à la diffusion de vapeur d’eau d’un côté à l’autre de la paroi. La chaux est un matériau hygroscopique pouvant absorber le surplus d’humidité de l’atmosphère ambiante et la restituer quand celle-ci s’assèche.
Les « Ecoconstructeurs » sont encore allés plus loin dans cette démarche de murs « perspirants » en posant dans la salle de bain (où l’émission de vapeur d’eau est la plus importante) un enduit terre en couche de finition pour encore améliorer la diffusion de vapeur d’eau de la paroi (la terre est encore plus hygroscopique que la chaux).
Le schéma ci-dessus, disponible sur le site des « écoconstructeurs », reprend les caractéristiques des murs du rez-de-chaussée et des fondations précédemment décrites. Il est intéressant d’y constater la gestion du pont thermique mur/dalle par la pose d’une plaque de liège expansée de 5 cm d’épaisseur sur une profondeur de 50 cm.
La paroi entre le mur et la salle de bain sépare un espace chauffé d’un espace non-chauffé; c’est pourquoi il doit être isolé contrairement aux autres murs de refend. Les « Ecoconstructeurs » ont donc choisi d’insuffler de la ouate de cellulose de marque Bellouate sur une épaisseur de 15 cm entre un panneau OSB côté garage et des plaques de Fermacell (pour ses propriétés « perspirantes » et antimicrobiennes) côté salle de bain.
Les murs à l’étage sont quant à eux constitués de l’intérieur vers l’extérieur :
- Lambris ou plaque de gypse/cellulose de type Fermacell,
- Freine-vapeur Sisalex 500 d’Ampack. Par endroits, un freine-vapeur intissé dit « méthode canadienne » a été également utilisé pour maintenir la ouate avant la pose du Fermacell,
- Ouate de cellulose de la marque « Bellouate » insufflée entre les montants en bois séparés de 60 cm sur une épaisseur de 15 à 20 cm;
- Panneau OSB en contreventement extérieur,
- Lame d’air,
- Bardage en mélèze provenant de l’est de la France et commercialisé par la société
Meneboo (Beaurains-62).
La toiture
La toiture sera, tout comme le mur d’étage, isolée par de la ouate de cellulose insufflée. Elle sera constituée de l’intérieur vers l’extérieur par :
- Lambris ou plaque de gypse/cellulose de type Fermacell;
- Freine-vapeur Sisalex 500 d’Ampack ou freine-vapeur intissé méthode canadienne ;
- De la ouate de cellulose insufflée 25 cm;
- Un pare-pluie rigide de 18 mm d’épaisseur rainuré-bouveté en fibres de bois de marque STEICO. En plus d’isoler, ce type de panneau est étanche à l’air et à l’eau.
Le coefficient de transmission thermique de la paroi est U= 0.14 W/K.m2. Le toit est recouvert de bardeaux en bois de red-cedar provenant du Canada. Ces bardeaux sont résistants et ont la même durée de vie que des tuiles classiques. Ils sont garantis 20 ans.
Les menuiseries
Concernant les menuiseries, elles proviennent tous de la grande distribution. Les huisseries sont en chêne provenant de forêts certifiées durablement. Nous sommes en présence d’une double-vitrage de 24 mm d’épaisseur (4-16-4) avec lame d’argon recouverts d’oxydes métalliques. Ce type de vitrage possède un Ug de 1,2 W/m2.K. Le coefficient de transmission thermique Uw est de 1.6 W/m2.K.
Il faut noter que la serre bioclimatique (non isolée) sera séparée des pièces chauffées par des portes vitrées avec le même type de double-vitrage pour isoler l’habitation des températures froides en hiver et des surchauffes en été. Les appuis de fenêtres seront, par la suite, habillés de zinc pour protéger les appuis en bois et gérer l’écoulement de l’eau qui pourrait stagner.
La « perspirance » des parois : comportement et usage
Du fait de l’activité humaine à l’intérieur de l’habitation (respiration, douche, cuisine...), l’air se charge non seulement en humidité mais aussi en polluants divers et variés.
L’intérêt, ici, est donc de concevoir des parois «perspirantes», c'est-à-dire laissant la vapeur d’eau migrer de l’intérieur à l’extérieur de l’habitation. Ce concept passe d’abord par le choix des matériaux en fonction de leur coefficient de transmission de vapeur d’eau noté « μ » ; pour qu’un matériau soit dit respirant, il faut que son coefficient μ soit inférieur à 10.
De plus, il faut également porter une réflexion sur l’association des matériaux en mettant en œuvre les matériaux plus « perspirants » du côté extérieur de l’habitation pour ainsi faciliter l’évacuation de la vapeur d’eau provenant de l’habitation. Idéalement, il faudrait prendre en compte la règle du 5/1 : le coefficient « μ » des matériaux situés sur la face extérieure de la paroi doit être cinq fois plus faible (plus ouvert à la diffusion de vapeur d’eau) que celui des matériaux situés du côté de la face intérieure.
Ici, le choix des matériaux s’inscrit dans cette logique de « perspirance » des murs puisque la paille a un cœfficient μ de 1 et l’enduit à la chaux un μ pouvant aller jusque 7.
Le maître d’œuvre n’a pas souhaité installer de Ventilation Mécanique Controlée (VMC) dans un souci d’économie d’énergie.
En effet, il estime que la capacité des murs à « perspirer » jouera en partie le rôle de régulateur de l’humidité intérieure. D’autre part, la ventilation naturelle, par ouverture des fenêtres permettra le renouvellement de l’air intérieur et contribuera à conserver une atmosphère saine dans la demeure. L’absence de VMC au sein d’une habitation nécessite un comportement réfléchi de la part des habitants pour conserver un air sain : l’utilisation de produits ne contenant pas de substances polluantes (COV, formaldéhydes...) pour la décoration et l’entretien de la maison ou l’ouverture des fenêtres lors d’activités particulièrement émettrices de vapeur d’eau (douche, cuisine...) par exemple.
Les énergies renouvelables :
‡Production d’électricité
Le pan de toit incliné à 38 degrés, orienté plein Sud et ne faisant pas l’objet d’ombrages, la situation est idéale pour la pose de panneaux solaires thermiques. Environ 20 m2 de panneaux solaires photovoltaïques sous forme de 15 modules CONERGY S200P (http://www.conergy.fr/desktopdefault.aspx) ont donc été installés avec une puissance totale de 3 kWc.
L’énergie produite est pour l’instant revendue en totalité à EDF car le propriétaire ne souhaite pas installer de batteries pour l’instant.
Dans un an environ, l’électricité produite servira, en partie, pour alimenter un système d’ECS qui n’a pas été acheté aujourd’hui car le plafond des crédits d’impôts a déjà été atteint cette année.
‡Production d’énergie
Un poêle à bois va être installé dans la salle de séjour en cas de besoin. Ce poêle, de marque HASE modèle Lisboa fonctionne avec des bûches de bois et a un rendement de 85%. La consommation est estimée à 5 stères par an au maximum. L’air consommé par le poêle à bois provient de l’extérieur pour éviter toute dépression dans l’habitation et donc l’entrée d’air froid par d’éventuelles fuites.
Présentation du poêle LISBOA (Hase) :
Le poêle sera placé à proximité des murs de refend, constitués de briques de terre crue qui ont trois propriétés intéressantes expliquées précedemment:
- une forte capacité thermique avec pC = 667 Wh/m3.K ;
- une diffusivité thermique faible ;
- une effusivité thermique importante.
Les briques de terre crue, ayant donc une capacité thermique élevée et une diffusivité faible, seront capables d’accumuler les calories émises par le poêle (mais aussi celles provenant du rayonnement solaire) et de les restituer progressivement plusieurs heures plus tard. Ce principe est intéressant car il permet de limiter la consommation d’énergie de chauffage et d’éviter les pics de température.
Gestion des eaux
Un système de récupération d’eau de pluie a été mis en place avec deux cuves d’une capacité de 3000 L chacune.
Cette eau servira à alimenter les toilettes et le lave-linge de l’habitation, mais sera destinée est également pour l’arrosage du jardin.
Concernant le traitement des eaux usées, l’habitation ne sera pas reliée au réseau d’assainissement collectif et s’effectuera par épandage sur lit drainant.
Conclusion, pour un coût estimé actuellement entre 1400€ et 1500€ par mètre carré, cette maison a été conçue dans une démarche complète d’éco-construction. Avec une approche bioclimatique exhaustive, nous sommes en présence d’une maison pouvant capter et accumuler le maximum de calories gratuites provenant de l’extérieur.
La logique de construction a été respectée en assurant tout d’abord une isolation efficace avec les ballots de paille, la pose de double-vitrage ITR sur toute l’habitation, l’économie d’énergie en concevant des murs «perspirants » (enduits chaux/sable) permettant l’évacuation de la vapeur d’eau et évitant donc l’installation d’une VMC. La problématique du chauffage a été étudiée en dernier comme élément d’appoint en cas de besoin; par ailleurs celui-ci fonctionne à l’aide d’énergies renouvelables (bois).
De plus, la maison a été conçue avec des matériaux ayant le moins d’impact possible sur l’environnement comme l’utilisation de bois local (à part les bardeaux), de paille qui est un co-produit de l’activité agricole, de terre provenant du jardin pour les briques compressées ...
La production et bientôt l’utilisation d’énergie solaire pour le chauffage de l’eau sanitaire finissent de compléter cette démarche de construction respectueuse de l’environnement.
Consultez le site du cd2e ! => www.cd2e.com
