Enveloppe hyperperformante, systèmes mécaniques à la fine pointe... Les bâtiments certifiés Passive House innovent souvent, mais ne datent pas d'hier pour autant! Le mouvement est plutôt vintage: découvrez son histoire, qui commence dans les années 1970.

La résilience est le fondement du concept de Maison Passive

Simple est toujours mieux que compliqué. Passif, mieux qu’actif. Et les systèmes mécaniques finissent un jour par tomber en panne. Rob Dumont, un des designers de la Saskatchewan Conservation House, a décrit ces trois principes lorsqu’on lui a demandé de concevoir un projet qui servirait de base au mouvement mondial pour des maisons extrêmement performantes. Rob Dumont s'est avéré être visionnaire: c'est la Saskatchewan Conservation House, construite en suivant ce concept résilient dans les années 1970, qui a inspiré le mouvement PassivHaus allemand.

Plus le concept d'un bâtiment est simple, basé sur l'optimisation des gains solaires, plus il a de chance de durer longtemps. Les sytèmes mécaniques haut rendement, utilisés pour chauffer et ventiler, voire les équipements de production d'énergie sont incontournables pour un bâtiment durable. Mais ils doivent servir de complément à une conception solaire passive. Le chauffage, le refroidissement et l'éclairage naturel passifs, mettant en valeur les apports solaires, sont vraiment plus résilients. Logique, ils ne tomberont jamais en panne!

Harold Orr, à l'origine du mouvement PassivHaus

Notre petit frère Ecohome a rencontré Harold Orr, un ingénieur environnemental de renommée mondiale, pionnier du concept même de «bâtiment vert». et qui a récemment reçu l'Ordre du Canada pour sa contribution novatrice à la construction de maisons écoénergétiques.

Avec Rob Dumont, Harold Orr a été l'un des principaux concepteurs de la Saskatchewan Conservation House, qui, en 1977, a servi de laboratoire pour le développement de nombreuses techniques de construction jusque-là inédites. Les principes et techniques appliqués dans la conception et la construction de cette maison, aujourd'hui vintage, sont maintenant la norme des maisons les plus performantes au monde.

Voici un résumé d’une présentation qu'Harold Orr a faite sur la Saskatchewan Conservation House, qui nous publions aujourd'hui grâce à Ecohome. 

La Saskatchewan Conservation House (SCH), pionnière du concept de bâtiment passif

Par Harold Orr

Si vous deviez vous réveiller aujourd'hui, monter dans votre voiture pour aller au travail, constater que vous avez besoin d'essence, vous rendre à votre station-service habituelle pour constater que le prix de l'essence a doublé par rapport à hier, regarder de l'autre côté de la rue et constater que le concurrent a le même prix. Que feriez-vous ?

  1. Vous vous plaignez auprès du préposé de la station-service ?
  2. Vous remplissez votre réservoir à moitié plein ?
  3. Vous appelez votre député et vous vous plaignez ?
  4. Vous achetez un vélo ?

C'est essentiellement ce qui s'est passé en 1973 lorsque les pays de l'OPEP ont augmenté le prix du pétrole brut. Tout le monde était en colère face à l'augmentation soudaine des prix et tout le monde a commencé à chercher des moyens de réduire les coûts énergétiques.

Le gouvernement provincial de la Saskatchewan a demandé à son service de recherche, le Saskatchewan Research Council (SRC), de « concevoir et construire une maison solaire appropriée pour la Saskatchewan». Étant donné que la SRC ne comptait à l'époque aucun chercheur expert dans le domaine du bâtiment, elle a invité des ingénieurs et scientifiques à siéger dans un comité pour répondre à la demande du gouvernement. Un comité de 11 experts a ainsi été formé, et il a procédé à la conception d'une « Maison solaire appropriée pour la Saskatchewan». 

Une maison sans chauffage au Canada : le  défi

En raison de notre climat froid de 11 000 degrés-jours (6 003 DD), le gain solaire effectif de novembre à mars au Canada est très faible, alors que c'est à cette période de l'année où nous avons besoin de chaleur pour nos maisons.

Est-il possible de stocker la chaleur estivale pour chauffer la maison en hiver? Le stockage nécessaire devrait être très important, et les batteries très bien isolées. Le comité a examiné ces problèmes et nous sommes arrivés à la conclusion que les systèmes de chauffage thermique ne seraient pas appropriés à une maison en Saskatchewan. Comment construire une maison efficace dans ces conditions?

Vous devez vous rappeler qu’une maison isolée R7 à double vitrage était considérée comme bien isolée à cette époque. Lorsque nous avons discuté du niveau d'isolation, le R20 a été suggéré pour les murs. Des entrepreneurs construisaient déjà des maisons isolées à R20 à ce moment. Je considérais ce niveau insuffisant, et suggérais d'aller au moins jusqu'à R40, soit six fois les exigences d'isolation actuelles.

« Ma prescription était d’au moins R40 pour les murs, R60 au grenier, des fenêtres à triple vitrage ou des fenêtres avec volets, pas de sous-sol, R20 dans le vide sanitaire et le plancher, ainsi que des pare-air/vapeur très étanches. » Harold Orr, 1977
Répartition des pertes d'énergie des maisons dans un climat froid
Répartition des pertes d'énergie des maisons dans un climat froid

En effet, si nous pouvions réduire les fuites d'air de 80 % et les pertes de chaleur au sous-sol d'environ 80 %, nous aurions une réduction de 64 % des pertes de chaleur totales, et ce, sans toucher aux fenêtres, aux portes, aux murs ou au plafond. Si nous utilisions 6 fois plus d'isolation dans les murs et le plafond, et des fenêtres et des portes bien meilleures, nous pouvions limiter les pertes de chaleur à environ 20 % de celles d'une maison conventionnelle.

L'astuce consistait à attaquer d'abord les gros quartiers de tarte, puis à faire de notre mieux sur les plus petites parts.

« Pour la Saskatchewan Conservation House, nous avons ainsi estimé que nous pourrions chauffer la maison avec une bougie, une bougie de 45 gallons impériaux, soit 4,5 litres environ. En 1976, cela représentait environ 33 $ de carburant. » Harold Orr, 1977

Nous avons présenté cette « maison de conservation » au gouvernement pour approbation et on nous a dit: « Cela a l'air bien, mais chauffez-la à l'énergie solaire ». Les experts du solaire dans le comité ont ensuite conçu une fournaise solaire composée de 17,9 m2 (193 p2) de capteurs solaires à tubes sous vide et d'un réservoir de stockage de 12 700 litres isolé à environ R100, avec des pompes et des échangeurs de chaleur appropriés, pouvant fournir chauffer la maison et fournir de l'eau chaude sanitaire.

Comment s'est comportée la maison? Le système solaire a chauffé la maison pendant les deux premières années:

  • Coût du carburant : 0 $
  • Électricité pour les pompes : 40 $
  • Entretien : 10 000 $*
  • Total : 10 040 $ par an

Si nous avions chauffé la maison au mazout ou au gaz naturel, les coûts attendus auraient été de:

  • Coût du carburant: 33 $ ou 11 $
  • Électricité pour les fans: 40 $
  • Entretien: 100 $ ou 50 $
  • Coût total 173 $ ou 101 $ par an
* Il s'agit du coût réel des services de maintenance pour la première année, mais ce n'est pas un coût réaliste car le système solaire était neuf, non testé, expérimental et les gens de maintenance étaient inexpérimentés. La maison a été construite en 1977 à un coût approximatif de 60 000 $, mais le système solaire à coûté environ 65 000 $.

Leçons apprises de la première maison passive

Conserver l’énergie coûte beaucoup moins chère que d'utiliser l'énergie solaire thermique. Pour chaque dollar que nous avons dépensé pour réduire les pertes de chaleur de la maison, avec un meilleur pare-air et plus d'isolation, nous avons économisé au moins 10 $ sur la taille des capteurs solaires et de l'équipement nécessaire pour réaliser la même chose. 

Plans de conception de la maison passive Saskatchewan Conservation House
Plans de conception de la maison passive Saskatchewan Conservation House

Caractéristiques techniques de la Saskatchewan Conservation House

Isolation du plafond à R60

C'est vraiment facile: tout ce que vous avez à faire est d'utiliser des fermes pour le toit et souffler beaucoup d'isolant dans le grenier. Dans la maison pilote, nous avons R60 et la façade sud a été orientée à un degré optimal pour l'installation des capteurs solaires.

Murs double ossature isolés à R100

Il existe de nombreuses façons d'augmenter la valeur R des murs. Tout d'abord, vous pouvez utiliser des montants plus épais (2x6 ou 2x8), ce qui permet environ 60 % ou 100 % plus d'isolation que des murs en 2x4.

Vous pouvez aussi construire un mur double ossature pour faire de la place pour l'isolation souhaitée. Le prix de deux 2x4 s'approche beaucoup de celui d'un 2x6, et est moins élevé que celui d'un 2x8. La double paroi présente plusieurs avantages:

  1. Le mur intérieur peut être utilisé pour la structure afin que les fermes de toit et les solives de plancher des étages supérieurs n'aient pas besoin de s'étendre sur une si grande distance.
  2. Le pare-air/vapeur peut être installé à l'extérieur du mur intérieur. Cela lui permet de dépasser les cloisons intérieures et les boîtes électriques, qui n'ont alors pas besoin d'être emballés et scellés contre les fuites d'air.
  3. La méthode courante de construction des doubles murs utilise un panneau contreplaqué ou OSB sur les plaques supérieure et inférieure, et autour des ouvertures de fenêtre et de porte pour maintenir les deux murs correctement espacés. Cela rend les murs deux fois plus épais que les murs normaux sans contreplaqué. Cette hauteur supplémentaire permet aux cloisons intérieures d'être installées une fois le plafond posé, et économise du temps et des matériaux lors de l'installation du plafond et, mieux encore, rend le plafond beaucoup plus étanche qu'avec d'autres méthodes.

Dans la Saskatchewan Conservation House, nous avons utilisé une construction à double ossature, mais le mur extérieur a été utilisé pour la structure et le pare-air/vapeur a été installé sur la surface intérieure du mur intérieur. Cela signifie que toutes les boîtes électriques ont du être scellées au pare-air/vapeur et que la barrière soigneusement scellée là où les cloisons intérieures et les solives du deuxième étage le traversaient.

En 1977, il n'y avait aucun entrepreneur ayant de l'expérience ou de la formation dans le domaine de l'étanchéité des pare-air. Un technicien du Conseil national de recherches, Jerry Makohon, et moi nous sommes rendus à Regina et nous l’avons ainsi installé nous-même.

Résultat? Avec une cote de 0,8 CA à 50 PA, c'était probablement la maison la plus étanche du monde à l'époque! Nous venions juste d’inventer la technique… En 2015, soit 38 ans plus tard, le record d'étanchéité du Québec a été atteint  par la Maison Orbis, avec une étanchéité de 0,3 CA à 50 PA.

Régler la problèmatique du sous-sol

À Regina, si vous demandez aux constructeurs quel est le problème numéro un de leurs maisons, ils vous diront les sous-sols. Partout au Québec, ils sont souvent problématiques, et demandent une attention particulière. Pour la Saskatchewan Conservation House, le problème est que Regina a été construite au fond du lac préhistorique Agassiz, dans lequel 10 mètres d'argile se sont déposés.

Une fois la ville construite, les précipitations ont commencé à atteindre 1 300 mm par an, de sorte que l'excès d'eau provoque une expansion de l'argile, d'environ 1 mètre, et la dilatation différentielle de l'argile provoque de graves dommages aux fondations en béton.

Afin d'éviter ces problèmes dans la Saskatchewan Conservation House, nous avons décidé d'utiliser une poutre en béton et une fondation sur pieux en béton. À l'époque, on considérait que l'isolation des murs du sous-sol jusqu'aux semelles et l'isolation du plancher du sous-sol entraîneraient des dommages causés par le gel aux fondations.

Cela a été réfuté depuis, mais c'était une préoccupation sérieuse quant à la façon d'isoler un sous-sol s'il y en avait un. L'espace de solive de plancher a été soufflé plein de fibre de cellulose pour isoler l'espace de vie du vide sanitaire. Mais comme cette maison expérimentale n'a pas de sous-sol, ce n’est pas totalement comparable aux maisons plus conventionnelles, construites en même temps à Regina.

Les fenêtres

À l'époque où nous avons construit la Saskatchewan Conservation House, les meilleures fenêtres étaient de R2: essentiellement des trous dans les murs! Nous avons placé la plupart des fenêtres du côté sud et, à cause de leur faible valeur R, avons installé des volets à l'extérieur.

Les grandes fenêtres du rez-de-chaussée avaient des volets électriques qui étaient articulés en haut et repliés contre le soffite au-dessus des fenêtres. Mais le problème avec ces volets était le joint d'étanchéité lorsque le volet était fermé: puisque le volet était à l'extérieur, le coupe-froid était à température extérieure et ne se scellait pas. Ainsi, de l'air froid entrait dans l'espace entre le verre et le volet, était chauffé par la mauvaise valeur R du vitrage et fuyait en haut du volet. Ainsi, bien que l'obturateur était d'environ R20, les fuites ont réduit la valeur effective de R à environ R4.

L'autre problème, plus important, était que l'obturateur n'était pas transparent. Comme les fenêtres sont faites pour regarder à l'extérieur, les volets étaient rarement utilisés. 

Les volets de l'étage supérieur ont été conçus pour glisser horizontalement dans le mur épais. Ici, la fenêtre devait être ouverte pour actionner le volet. L'autre choix était d'avoir les volets à l'intérieur de la fenêtre, mais le problème avec cela était que lorsque le volet était ouvert le matin, le verre était à température extérieure et se givrait dès que le volet était ouvert. Le gel fondant causait alors des problèmes d'eau sur le rebord de la fenêtre.

Autres caractéristiques de la Saskatchewan Conservation House

  • La maison est équipée d'une unité de récupération de chaleur air-air construite par le technicien en ingénierie M. Dick VanEe, sur la base de son expérience en construction. Il a ensuite créé une entreprise pour fabriquer des unités de ventilation à récupération de chaleur.
  • Un récupérateur de chaleur des eaux grises avec serpentin a été installé ; il recueille les eaux usées des éviers de la salle de bain, de la baignoire et de l'unité de lavage dans un réservoir de stockage de 30 gallons. Cette unité n'a pas eu beaucoup de succès car les eaux usées avaient du savon ajouté à l'eau avant d'entrer dans le réservoir et le savon a fait gélifier l'eau.
  • Les débords de toit ont été étudiés: les soffites sont conçus pour permettre le plein soleil en hiver et une ombre complète pour les fenêtres en été.
  • L'aménagement extérieur fait partie de la conception: des grands arbres au nord de la maison offrent une protection contre les vents du nord. Pas d'arbres ni de plantations au sud pour laisser les rayons entrer.
  • Extensions sur le toit pour empêcher la neige de pénétrer dans les capteurs solaires, et passerelle sous les capteurs solaires pour pouvoir les entretenir. 

Modifications apportées à la maison

Les deux premières années, la maison a été utilisée comme maison de démonstration pour montrer ce qui pouvait être réalisé en matière d'économie d'énergie. Plus de 30 000 personnes ont visité la maison.

La maison a ensuite été vendue à une famille. Les capteurs solaires et le récupérateur de chaleur des eaux grises ont été retirés. Un garage a été ajouté sous la maison.

La première maison passive au monde, la Conservation House Saskatchewan
La première maison passive au monde, la Conservation House Saskatchewan

La Saskatchewan Conservation House a marqué le début d'une révolution dans la construction au Canada

Cette maison expérimentale a bel et bien marqué le début d'une révolution au Canada et dans le monde. Pour ceux d'entre nous qui faisaient partie du comité de conception, nous voulions voir s'il y avait de meilleures façons d'appliquer certaines des fonctionnalités utilisées sur cette maison.

L'unité de récupération de chaleur des eaux grises a été repensée et est maintenant chose courante. Plusieurs entreprises fabriquent maintenant des VRE et VRC. Les fenêtres à triple vitrage, faible E, remplies d'argon avec des cadres de fenêtre très étanches et bien isolées sont choses courantes. Les portes extérieures sont maintenant très bien isolées, avec d'excellents coupe-froid.

Bien que nous ayons atteint un degré d'étanchéité remarquable avec la maison, nous avons depuis développé des changements qui permettent un degré beaucoup plus élevé d'étanchéité à l'air, avec beaucoup moins d'efforts.

Le déplacement du pare-air/vapeur vers l'extérieur du mur intérieur et l'installation du pare-air/pare-vapeur au plafond, avec des cloisons sèches au plafond avant d'installer les cloisons intérieures a permis de construire des maisons qui ont moins de 0,12 CA à 50 PA : soit sept fois plus étanches que la Saskatchewan Conservation House.

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