En tant que bureau d’étude thermique, on nous demande régulièrement de concevoir des maisons sans ventilation mécanique. Les raisons de cette demande peuvent être nombreuses et sont en générales l’une ou plusieurs des suivantes :
-« on ne veut pas passer de gaines » (pas la place, enjeux esthétique d’un faux-plafond…)
-« on ne veut pas de bouches de ventilation » (enjeux esthétique, bruit…)
-« on ne veut pas de ventilateur » (bruit, consommation électrique, pollution électro-magnétique…)
Personne jusqu’à maintenant n’a remis en cause la nécessité de ventiler, l’alternative envisagée est donc toujours la « ventilation naturelle ».
Il nous faut donc répondre à cette demande. Malheureusement ça n’est pas facile, et ce, pour deux raisons :
1-il est difficile de renouveler correctement l’air d’un bâtiment en ventilation naturelle
2-la réglementation apporte des contraintes techniques qui ne simplifient pas la tâche
La 1ère question est purement physique, comment évacuer l’air vicié et le remplacer par de l’air neuf « naturellement » c’est-à-dire en exploitant les forces de la nature (tirage thermique d’une cheminée, vent, différence de pression sur les façades dues au vent…).
La 2ème question est principalement administrative (1) , à savoir, qu’est-t-il possible de faire réglementairement ?
Le développement à suivre est un peu long mais il nous semble indispensable. En effet, sous nos latitudes la ventilation et le chauffage sont les deux systèmes indispensables qui permettent au bâtiment d’être vivable en toute saison. Ce sont des éléments de confort, de salubrité et de pérennité du bâti. L’un comme l’autre demande une intervention plus ou moins importante des habitants selon les automatisations et ne peuvent donc bien fonctionner sans leur correcte collaboration. Par conséquent, il est nécessaire que les habitants connaissent les tenants et les aboutissants pour choisir en adéquation avec leurs besoins et leurs envies/capacités.
Pourquoi ventiler ? Ou plutôt, pourquoi renouveler l’air d’un logement ?
L’air vicié d’une habitation doit être renouvelé par de l’air neuf car il y a des sources de pollutions à l’intérieur.
Des pollutions bien connues :
-les habitants qui en respirant dégagent du CO2 et augmentent sa concentration dans l’air
-les habitant qui en respirant, en cuisinant et en se douchant dégage de la vapeur d’eau qui augmente l’humidité de l’air
Et des pollutions moins connues ou plus discrètes :
-la mauvaise combustion des poêles à bois qui peut dégager du monoxyde de carbone
-les matériaux de construction, les finitions (peinture, vernis…), l’ameublement et les objets qui dégagent des formaldéhydes, benzène… (et qu’il vaudrait mieux éliminer à la source !)
Pour que l’air intérieur reste sain, il faut le renouveler pour évacuer les polluants et limiter la condensation qui peut entraîner des problèmes d’odeurs, moisissures et même de dégradation des matériaux de construction.
Ventilation = renouvellement d’air. Les deux modes de renouvellement d’air.
Le renouvellement de l’air d’un bâtiment se fait de deux manières. Le critère de ce classement est peu classique puisqu’il s’agit :
-du renouvellement d’air non désiré qui se fait par les ouvertures involontaires dans l’enveloppe du bâtiment en fonction du vent, du tirage thermique et que l’on appelle « infiltrations »
-du renouvellement d’air désiré qui se fait par le système de ventilation prévu par le constructeur (naturel, mécanique…) que l'on appelle « ventilation ».
Pourquoi tant s’en préoccuper aujourd’hui alors que « ça a toujours bien fonctionné » ?
Petite digression historique…
Le renouvellement d'air des bâtiments construit avant 1948 (avant l'ère du béton donc) se faisait essentiellement par les infiltrations (bâtiments très peu étanches à l'air) et l'ouverture des fenêtres si besoin (l'ouverture tous les matins dans les chambres et lorsque l'on cuisine est, de fait, restée une habitude courante). Lorsque l'on veut mener ces bâtiments au niveau de confort actuel (19°C mini dans toutes les pièces toute l'année), cela entraîne des consommations d’énergie trop importantes pour envisager de relever le défis énergético-climatique de notre temps (consommation supérieure à 50kWhEP/m².an).
Le renouvellement d'air des bâtiments construits entre 1948 et les années 1980 fonctionne sur le même principe ou avec une ventilation mécanique car les parois en béton et les techniques de construction "modernes" sont relativement étanches et les infiltrations ne sont pas suffisantes. C'est d'ailleurs dans ce type de construction que l'on trouve le plus de dégâts et pathologies liées à l'humidité (et c'est ces soucis de ventilation et d'humidité qui ont entraînés l'obligation de ventilation en 1982).
Les bâtiments construits depuis début 2013 sont étanches à l'air. Mesure nécessaire si l'on veut limiter les consommations d'énergie avec le confort exigé aujourd'hui. Les infiltrations sont réduites au maximum, il n’est pas possible que cela suffise pour renouveler l’air du bâtiment, il faut mettre en place un système permettant de le faire avec des débits significatifs. De plus, nos logements sont de plus en plus pollués par des produits dégageant des composés organiques volatiles (2) (entre autres), c’est à la fois une prise de conscience plutôt récente et un fait « jeune » lié à la multiplication des produits émettant ces polluants.
Attention: les bâtiments relativement étanches à l'air et étanches à la vapeur d'eau de l'après-guerre (béton-polystyrène) demande de la ventilation mécanique pour éviter la sous-ventilation et des problèmes d'humidité et sont de gros consommateurs d'énergie (souvent plus que la construction traditionnelle en pierre!) mais ça ne veut pas dire qu'un bâtiment "perspirant" (dont le soucis d'humidité est limité par les paroies perspirantes) n'a pas besoin d'un renouvellement d'air significatif.
Renouveler l'air d’accord mais « combien » ?
Les débits réglementaires (fixés en 1982) correspondent environ à 0.5 vol/h (c'est-à-dire 125 m3/h pour un logement de 100m² et 2,5m sous plafond). Cela tombe plutôt bien car cela permet de maintenir la concentration des polluants en deçà des seuils limites dans la plupart des cas (3).
Qu’est ce qu’un bâtiment « étanche » ?
« Etanche » est le terme communément employé, mais, en sous-entendant qu’il n’y a plus aucune circulation d’air entre l’intérieur et l’extérieur, il entraîne un sérieux quiproquo. En effet, il ne faut surtout pas que le bâtiment soit totalement étanche au sens où l’air ne pourrait plus du tout circuler entre l’intérieur et l’extérieur ! « Etanche » signifie en réalité « étanche aux infiltrations » mais pas dénué de renouvellement d’air. Un système de ventilation doit permettre de maîtriser le renouvellement d’air ce qui signifie :
-assurer un débit minimum de renouvellement à chaque instant (pour la qualité de l’air et la pérennité du bâtiment)
-limiter le débit à un maximum (pour le confort et limiter les consommations d’énergie)
Le terme « étanche » et les niveaux d’étanchéité qui sont aujourd’hui recherchés sont nouveaux, par contre la démarche n’est pas nouvelle. Ceux et celles qui ont habité dans une vieille maison en pierre avec des portes et des fenêtres qui laissent passer les courants d’air le savent bien. Calfeutrer les entrées d’air parasites limite les sensations d’inconfort (filet d’air froid) et a un impact non négligeable sur les besoins de chauffage.
Sur les vieux bâtiments, les infiltrations font parfois office de ventilation. Dans ce domaine, tout est une question de quantité et de savoir si le renouvellement d’air est souhaité ou pas.
Pourquoi construire des bâtiments étanches à l’air ?
Ce qui a mené les acteurs du bâtiment à concevoir des bâtiments étanches est la question suivante : comment assurer le confort dans le bâtiment tout en consommant assez peu pour relever le défi du facteur 4 ? L’explication à suivre est succincte, il faudrait des pages entières sur la thermique du bâtiment mais ça n’est pas l’objet (dans un prochain post peut être).
Suite au 1er choc pétrolier, nous avons commencé à isoler les bâtiments pour limiter les consommations de chauffage. Plus on isole, plus on les réduit jusqu’à un point où ça n’est plus possible. Lorsque les déperditions par les parois sont assez limitées, ce sont alors les déperditions par renouvellement d’air qui deviennent prépondérantes car à chaque fois que 1 m3 d’air à 19°C s’échappe, il faut que 1 m3 d’air à la température extérieure entre et soit réchauffé à 19°C par le système de chauffage. Le plus simple pour s’attaquer à ce poste de déperditions est donc de rendre le bâtiment étanche aux infiltrations et de ventiler mécaniquement donc ni trop, ni trop peu et en permanence. L’idéal d’un point de vu thermique étant de ventiler à 0,5 vol/h en récupérant la chaleur de l’air extrait pour réchauffé l’air insufflé, c’est la ventilation double flux avec récupération de chaleur.
Pourquoi cette tendance à mettre de la ventilation mécanique partout ?(4)
Tout simplement parce que c’est la solution la plus simple pour renouveler l’air en limitant les consommations d’énergie (encore faut-il que ce soit bien fait). En effet, l’utilisation d’un ventilateur permet d’assurer un débit constant alors que pour la ventilation naturelle c’est plus compliqué. C’est l’objet du paragraphe suivant.
La physique de la ventilation naturelle. (cf ce document pour plus de détails)
La ventilation naturelle consiste à exploiter les forces de la nature pour renouveler l’air. Le moteur des déplacements d’air est l’écart de pression entre deux zones (5). Cette différence de pression peut être due à deux phénomènes :
-une différence de température donc de densité et donc poussée d’Archimède
-une différence de pression due au vent sur différentes façades du bâtiment
Le propre de la ventilation naturelle est donc de dépendre en grande partie des conditions extérieures. Par conséquent il n’est pas possible de concevoir un système de ventilation naturelle permettant d’assurer un débit minimum et de ne pas dépasser un débit maximum. Il est seulement possible de le concevoir pour qu’il puisse assurer un certain débit dans des conditions que l’on estime « moyennes » ou « représentatives ».
Les forces motrices de la ventilation naturelles sont « subtiles » dans le sens ou les différences de pression mises en jeu sont très faibles, instables et de valeur comparable à de nombreux phénomènes parasites. En résumé, le calcul des débits de ventilation naturelle est très, très compliqué, cela demande une modélisation fine, délicate et les bureaux d’étude n’aiment pas bien ça (c’est plutôt un truc de chercheur). Mais ça n’est pas la seule raison pour laquelle on ne voit pas une ventilation sur toutes les constructions RT2012. En effet, pour faire une caricature très grossière des conditions favorisant la ventilation naturelle, il faut :
-du tirage thermique donc de la hauteur, plusieurs étages si possible et une cheminée
-des façades sur des orientations perpendiculaires ou opposée
Lorsque ces conditions sont réunies, il faut tout de même bien penser l’agencement intérieur des pièces, les circulations et les équipements d’entrée, de conduite et de sortie de l’air car l’ouverture des fenêtres ne suffit presque jamais pour atteindre les débits nécessaires. Pour donner un point de comparaison, pour ventiler un appartement traversant à l’équivalent de 0,5 vol/h, sur une journée on peut être amené à ouvrir les fenêtres pendant 6h/24h en laissant les portes intermédiaires ouvertes.
Par principe la ventilation naturelle ne permet pas de s’assurer que l’on ventilera ni trop ni trop peu à tout moment.
Renouvellement d'air, ventilation et réglementation.
D'un point de vue strictement réglementaire, à aucun moment dans la réglementation (RT2012 ou antérieure) il n'est écrit qu'il faut une ventilation mécanique des logements. Ce qui est obligatoire c'est le renouvellement d'air du bâtiment, c'est écrit dans l'arrêté du 24 mars 1982 avec des débits de ventilation minimaux à assurer (fixés en fonction de la taille du logement et de la technologie de la ventilation) "en condition climatiques moyennes d'hiver". Tous les moyens sont bons: ventilation naturelle, ventilation naturelle assistée (basse pression assistée), ventilation simple flux auto-réglable, ventilation simple flux hygro-réglable, ventilation double flux, double flux hygro-réglable… et il y en a quelques autres.
En plus des débits, le sens de circulation de l'air est imposé des pièces de vie "sèches" (chambres, séjour) vers les pièces humides (cuisine, salle de bain, WC) et ce, même pour la ventilation naturelle ce qui mène à une cheminée d'extraction avec des bouches dans la cuisine, salle de bain et WC et des entrées d'air dans les pièces de vie. La réglementation n’impose donc pas une solution technique plutôt qu’une autre mais fixe des contraintes techniques.
Pourquoi est-ce si compliqué de faire une maison sans ventilation mécanique depuis le 1er janvier 2013 ?
La réponse est la combinaison de plusieurs choses évoquées précédemment.
D’une part, la RT2012 demande un calcul réglementaire qui prend en compte la ventilation et donc oblige à préciser comment le renouvellement d’air va être effectué (ce n’était pas le cas avant). Qui dit « calcul » dit « méthode de calcul » pour que tout le monde soit logé à la même enseigne et il faut donc que la réglementation comprenne une méthode de calcul pour la ventilation naturelle (elle existe).
D’autre part, la ventilation naturelle est un phénomène complexe. Il est donc difficile de concevoir un système efficace (en pratique) et difficile de le justifier dans un calcul réglementaire.
Les écueils sont donc les suivantes (dans l’ordre chronologique) :
-réussir à concevoir un système de ventilation naturelle qui fonctionne effectivement (pas toujours possible suivant le contexte et compliqué donc long donc cher)
-saisir le système dans le moteur de calcul Th-BCE (pas toujours possible suivant le système)
-si le point précédent n’est pas possible, alors il faut demander une dérogation au législateur, c’est la démarche du titre V, qui est bien trop longue et coûteuse pour un petit projet
La ventilation naturelle n’est donc pas interdite mais est-elle impossible ?
Elle est pratiquement impossible dans de nombreux cas et lorsque l’un ou les deux verrous (technique et réglementaire) ne sont pas là (rénovation et/ou logements collectifs avec cheminée…) il est possible de l’envisager.
Lorsqu’il est possible de l’envisager (possibilité technique et réglementaire), encore faut-il que le projet respecte les exigences de consommations (RT2012 ou label) avec ce système qui entraîne des débits moyen important et sans récupération de chaleur (cela implique de renforcer l'isolation, couper plus de ponts thermiques...).
Je voulais de la ventilation naturelle mais ce n’est pas possible, quelles sont les alternatives ?
En progression du système qui se rapproche le plus de la ventilation naturelle vers celui qui se rapproche le plus de la double flux à récupération de chaleur (l’optimum thermique) :
-la ventilation dite "naturelle assistée" qui est délicate de mise en œuvre comme la ventilation naturelle mais permet d’assurer un débit minimum moyennant un ventilateur dans la sortie de toit mais ne permet pas de plafonner le renouvellement d'air en cas de vent fort et par grand froid c'est une surconsommation de chauffage. Le respect de la réglementation en neuf impose des bouches et des gaines. Le domaine privilégié de ce type de système est la rénovation d’immeubles de logements collectifs. Difficile de faire de la basse consommation avec ce système.
-la ventilation « simple flux auto-réglable », c’est la VMC classique qui ventile aux débits réglementaires avec entrées d’air, bouches et gaines d’extraction. Difficile de faire de la basse consommation avec ce système.
-la ventilation « simple flux hygro-réglable », c’est la même que la précédente mais elle réduit les débits de ventilation lorsque le taux d’humidité de l’air est faible. Possible de faire de la basse consommation avec ce système grâce ou à cause de la réduction des débits ce qui ne va pas dans le sens d’une meilleure qualité de l’air pour les COV.
-la ventilation « double flux avec récupération de chaleur », qui demande bouches et gaines pour l’extraction et pour le soufflage ainsi que deux moteurs dans la centrale mais est la plus efficace d’un point de vue thermique tout en maintenant des débits de ventilation suffisants.
Lorsque le passage de gaine est vraiment un problème, il est possible de mettre en place :
-de la ventilation « simple flux décentralisée », ce sont des modules qui se mettent dans l’épaisseur du mur et comprennent une bouche d’aspiration, un petit moteur, éventuellement une régulation bi-débit ou hygro et une bouche de rejet en façade. Il faut mettre un module dans la salle de bain, un dans les WC et un dans la cuisine. Le problème (administratif et pas technique pour ne pas changer) c'est que ces systèmes ne disposent pas d'avis technique officiel pour servir comme système de ventilation d'un logement. La méthode de calcul RT2012 les prend donc en compte de manière très défavorable (ça oblige à avoir une très bonne conception de l'enveloppe et de très faibles besoins de chauffage).
-de la ventilation « double flux décentralisée » ce sont des modules qui se mettent dans l’épaisseur du mur et comprennent une bouche d’aspiration, un petit moteur, un échangeur de chaleur et une bouche de rejet en façade. Ca n’est possible que sur des bâtiments non soumis à la réglementation ventilation (la rénovation typiquement) à cause du sens de circulation de l'air imposé par la réglementation (des pièces de vie vers les pièces humides).
Il existe de nombreux systèmes exotiques dont nous ne pouvons faire la revue complète (comme la ventilation naturelle double flux de BedZed).
Conclusion.
Les critères sont très nombreux pour faire son choix :
-performance énergétique globale (souvent essentiel vue la réglementation et les enjeux)
-facilité de mise en œuvre
-facilité d’entretien
-comptabilité réglementaire
…
Aujourd’hui, il n’y a que deux systèmes couramment installés car se sont les deux seuls permettant d’obtenir des résultats (physiques et/ou réglementaires) intéressants en terme de consommation d’énergie globale dans le contexte actuel :
-la ventilation simple flux hygro-réglable, choisie pour sa simplicité (absence de soufflage) et le prix mais dont les débits sont faibles (6)
-et la ventilation double flux à récupération de chaleur, choisie pour la performance thermique globale et le maintient des débits (qualité de l'air)
Mais il y a toujours de la place pour l'innovation! (il faut la faire!)
Pour prévenir les mauvaises surprises...
Attention, dans les deux cas (hygroB ou double-flux), c'est une installation qu'il convient d'entretenir. Les bouches et les gaines s'encrassent, il faut les nettoyer. Dans le cas de la double flux, il faut aussi nettoyer et changer les filtres régulièrement. Si ça n'est pas fait, les débits sont réduits, les consommations de ventilateur augmente ainsi que le bruit. C'est de là que la ventilation mécanique tire principalement sa mauvaise réputation. Très peu (si ce n'est aucune) des installations de ventilation en logement ne sont entretenues depuis les années 1980, avec pour conséquence classique une hausse du bruit qui entraînent les habitants à obstruer complètement les bouches ce qui empêche le renouvellement d'air et induit des problèmes d'humidité en même temps qu'une surconsommation des ventilateurs qui est rarement détectée. Pas étonnant qu'on ne voit pas l'intérêt du système dans ces conditions! De la même manière qu'un conduit de poêle se ramone, les conduits et bouches de ventilation se nettoient et il faut le prévoir. Sans ça, ça fonctionne mal ou pas du tout et dans le meilleur des cas. Les gaines souples ne sont pas nettoyables et très fragiles, elles ne durent pas. La plupart du temps (jusqu'à maintenant) lorsque qu'une VMC ne fonctionnait plus bien, on changeait le réseau de gaines et/ou la centrale! Il faut préférer des gaines rigides qui se nettoient.
(1) Ceci dit, à la base, la réglementation a été rédigée pour régler un problème technique.
(2) Evidemment la seule vraie solution à ce problème est de limiter les polluants en supprimant les sources de pollution, c'est-à-dire en n’utilisant pas de matériaux polluant à la construction ni d’objets polluants à l’intérieur du bâtiment. Malheureusement, aujourd’hui nous en sommes loin. Il est possible de l’envisager pour la construction puisque c’est un procédé limité dans l’espace et le temps. L’entrée d’objets polluant au cours de la vie du bâtiment est autrement plus compliquée.
(3) C’est un sujet à part entière, pour une (très) bonne entrée en matière, voir « Bâtir pour la santé des enfants » de Susanne Déoux. D'après PHPP, ce renouvellement d'air serait déjà trop pour maintenir une humidité relative correcte en hiver lorsqu'il fait froid, composante importante du confort mais ce n'est pas le seul problème.
(4) Avec entre les lignes « alors que ça coûte cher, ça consomme de l’électricité, ça fait du bruit, ça ne fonctionne pas bien… ».
(5) L’air se déplaçant de la zone de haute pression vers la zone basse pression à l’échelle du bâtiment comme à l’échelle climatique.
(6) La conception de la ventilation hygroB date des années 1980. L'idée était de réduire les débits brassés par la ventilation mécanique lorsque la pollution intérieure est faible mais:
-le seul critère de pollution est l'humidité qui est certes révélatrice de la présence des personnes (comme le CO2) mais néglige les COV et Cie
-le dimensionnement des débits de la ventilation mécanique se faisait en prenant en compte les débits d'infiltrations car ils participent effectivement au renouvellement d'air. Aujourd'hui, la réduction drastique des infiltrations réduit encore le renouvellement d'air global en hygro B et l'écarte encore plus des 0,5 à 0,6 vol/h nécessaire à la qualité de l'air.
-« on ne veut pas passer de gaines » (pas la place, enjeux esthétique d’un faux-plafond…)
-« on ne veut pas de bouches de ventilation » (enjeux esthétique, bruit…)
-« on ne veut pas de ventilateur » (bruit, consommation électrique, pollution électro-magnétique…)
Personne jusqu’à maintenant n’a remis en cause la nécessité de ventiler, l’alternative envisagée est donc toujours la « ventilation naturelle ».
Il nous faut donc répondre à cette demande. Malheureusement ça n’est pas facile, et ce, pour deux raisons :
1-il est difficile de renouveler correctement l’air d’un bâtiment en ventilation naturelle
2-la réglementation apporte des contraintes techniques qui ne simplifient pas la tâche
La 1ère question est purement physique, comment évacuer l’air vicié et le remplacer par de l’air neuf « naturellement » c’est-à-dire en exploitant les forces de la nature (tirage thermique d’une cheminée, vent, différence de pression sur les façades dues au vent…).
La 2ème question est principalement administrative (1) , à savoir, qu’est-t-il possible de faire réglementairement ?
Le développement à suivre est un peu long mais il nous semble indispensable. En effet, sous nos latitudes la ventilation et le chauffage sont les deux systèmes indispensables qui permettent au bâtiment d’être vivable en toute saison. Ce sont des éléments de confort, de salubrité et de pérennité du bâti. L’un comme l’autre demande une intervention plus ou moins importante des habitants selon les automatisations et ne peuvent donc bien fonctionner sans leur correcte collaboration. Par conséquent, il est nécessaire que les habitants connaissent les tenants et les aboutissants pour choisir en adéquation avec leurs besoins et leurs envies/capacités.
Pourquoi ventiler ? Ou plutôt, pourquoi renouveler l’air d’un logement ?
L’air vicié d’une habitation doit être renouvelé par de l’air neuf car il y a des sources de pollutions à l’intérieur.
Des pollutions bien connues :
-les habitants qui en respirant dégagent du CO2 et augmentent sa concentration dans l’air
-les habitant qui en respirant, en cuisinant et en se douchant dégage de la vapeur d’eau qui augmente l’humidité de l’air
Et des pollutions moins connues ou plus discrètes :
-la mauvaise combustion des poêles à bois qui peut dégager du monoxyde de carbone
-les matériaux de construction, les finitions (peinture, vernis…), l’ameublement et les objets qui dégagent des formaldéhydes, benzène… (et qu’il vaudrait mieux éliminer à la source !)
Pour que l’air intérieur reste sain, il faut le renouveler pour évacuer les polluants et limiter la condensation qui peut entraîner des problèmes d’odeurs, moisissures et même de dégradation des matériaux de construction.
Ventilation = renouvellement d’air. Les deux modes de renouvellement d’air.
Le renouvellement de l’air d’un bâtiment se fait de deux manières. Le critère de ce classement est peu classique puisqu’il s’agit :
-du renouvellement d’air non désiré qui se fait par les ouvertures involontaires dans l’enveloppe du bâtiment en fonction du vent, du tirage thermique et que l’on appelle « infiltrations »
-du renouvellement d’air désiré qui se fait par le système de ventilation prévu par le constructeur (naturel, mécanique…) que l'on appelle « ventilation ».
Pourquoi tant s’en préoccuper aujourd’hui alors que « ça a toujours bien fonctionné » ?
Petite digression historique…
Le renouvellement d'air des bâtiments construit avant 1948 (avant l'ère du béton donc) se faisait essentiellement par les infiltrations (bâtiments très peu étanches à l'air) et l'ouverture des fenêtres si besoin (l'ouverture tous les matins dans les chambres et lorsque l'on cuisine est, de fait, restée une habitude courante). Lorsque l'on veut mener ces bâtiments au niveau de confort actuel (19°C mini dans toutes les pièces toute l'année), cela entraîne des consommations d’énergie trop importantes pour envisager de relever le défis énergético-climatique de notre temps (consommation supérieure à 50kWhEP/m².an).
Le renouvellement d'air des bâtiments construits entre 1948 et les années 1980 fonctionne sur le même principe ou avec une ventilation mécanique car les parois en béton et les techniques de construction "modernes" sont relativement étanches et les infiltrations ne sont pas suffisantes. C'est d'ailleurs dans ce type de construction que l'on trouve le plus de dégâts et pathologies liées à l'humidité (et c'est ces soucis de ventilation et d'humidité qui ont entraînés l'obligation de ventilation en 1982).
Les bâtiments construits depuis début 2013 sont étanches à l'air. Mesure nécessaire si l'on veut limiter les consommations d'énergie avec le confort exigé aujourd'hui. Les infiltrations sont réduites au maximum, il n’est pas possible que cela suffise pour renouveler l’air du bâtiment, il faut mettre en place un système permettant de le faire avec des débits significatifs. De plus, nos logements sont de plus en plus pollués par des produits dégageant des composés organiques volatiles (2) (entre autres), c’est à la fois une prise de conscience plutôt récente et un fait « jeune » lié à la multiplication des produits émettant ces polluants.
Attention: les bâtiments relativement étanches à l'air et étanches à la vapeur d'eau de l'après-guerre (béton-polystyrène) demande de la ventilation mécanique pour éviter la sous-ventilation et des problèmes d'humidité et sont de gros consommateurs d'énergie (souvent plus que la construction traditionnelle en pierre!) mais ça ne veut pas dire qu'un bâtiment "perspirant" (dont le soucis d'humidité est limité par les paroies perspirantes) n'a pas besoin d'un renouvellement d'air significatif.
Renouveler l'air d’accord mais « combien » ?
Les débits réglementaires (fixés en 1982) correspondent environ à 0.5 vol/h (c'est-à-dire 125 m3/h pour un logement de 100m² et 2,5m sous plafond). Cela tombe plutôt bien car cela permet de maintenir la concentration des polluants en deçà des seuils limites dans la plupart des cas (3).
Qu’est ce qu’un bâtiment « étanche » ?
« Etanche » est le terme communément employé, mais, en sous-entendant qu’il n’y a plus aucune circulation d’air entre l’intérieur et l’extérieur, il entraîne un sérieux quiproquo. En effet, il ne faut surtout pas que le bâtiment soit totalement étanche au sens où l’air ne pourrait plus du tout circuler entre l’intérieur et l’extérieur ! « Etanche » signifie en réalité « étanche aux infiltrations » mais pas dénué de renouvellement d’air. Un système de ventilation doit permettre de maîtriser le renouvellement d’air ce qui signifie :
-assurer un débit minimum de renouvellement à chaque instant (pour la qualité de l’air et la pérennité du bâtiment)
-limiter le débit à un maximum (pour le confort et limiter les consommations d’énergie)
Le terme « étanche » et les niveaux d’étanchéité qui sont aujourd’hui recherchés sont nouveaux, par contre la démarche n’est pas nouvelle. Ceux et celles qui ont habité dans une vieille maison en pierre avec des portes et des fenêtres qui laissent passer les courants d’air le savent bien. Calfeutrer les entrées d’air parasites limite les sensations d’inconfort (filet d’air froid) et a un impact non négligeable sur les besoins de chauffage.
Sur les vieux bâtiments, les infiltrations font parfois office de ventilation. Dans ce domaine, tout est une question de quantité et de savoir si le renouvellement d’air est souhaité ou pas.
Pourquoi construire des bâtiments étanches à l’air ?
Ce qui a mené les acteurs du bâtiment à concevoir des bâtiments étanches est la question suivante : comment assurer le confort dans le bâtiment tout en consommant assez peu pour relever le défi du facteur 4 ? L’explication à suivre est succincte, il faudrait des pages entières sur la thermique du bâtiment mais ça n’est pas l’objet (dans un prochain post peut être).
Suite au 1er choc pétrolier, nous avons commencé à isoler les bâtiments pour limiter les consommations de chauffage. Plus on isole, plus on les réduit jusqu’à un point où ça n’est plus possible. Lorsque les déperditions par les parois sont assez limitées, ce sont alors les déperditions par renouvellement d’air qui deviennent prépondérantes car à chaque fois que 1 m3 d’air à 19°C s’échappe, il faut que 1 m3 d’air à la température extérieure entre et soit réchauffé à 19°C par le système de chauffage. Le plus simple pour s’attaquer à ce poste de déperditions est donc de rendre le bâtiment étanche aux infiltrations et de ventiler mécaniquement donc ni trop, ni trop peu et en permanence. L’idéal d’un point de vu thermique étant de ventiler à 0,5 vol/h en récupérant la chaleur de l’air extrait pour réchauffé l’air insufflé, c’est la ventilation double flux avec récupération de chaleur.
Pourquoi cette tendance à mettre de la ventilation mécanique partout ?(4)
Tout simplement parce que c’est la solution la plus simple pour renouveler l’air en limitant les consommations d’énergie (encore faut-il que ce soit bien fait). En effet, l’utilisation d’un ventilateur permet d’assurer un débit constant alors que pour la ventilation naturelle c’est plus compliqué. C’est l’objet du paragraphe suivant.
La physique de la ventilation naturelle. (cf ce document pour plus de détails)
La ventilation naturelle consiste à exploiter les forces de la nature pour renouveler l’air. Le moteur des déplacements d’air est l’écart de pression entre deux zones (5). Cette différence de pression peut être due à deux phénomènes :
-une différence de température donc de densité et donc poussée d’Archimède
-une différence de pression due au vent sur différentes façades du bâtiment
Le propre de la ventilation naturelle est donc de dépendre en grande partie des conditions extérieures. Par conséquent il n’est pas possible de concevoir un système de ventilation naturelle permettant d’assurer un débit minimum et de ne pas dépasser un débit maximum. Il est seulement possible de le concevoir pour qu’il puisse assurer un certain débit dans des conditions que l’on estime « moyennes » ou « représentatives ».
Les forces motrices de la ventilation naturelles sont « subtiles » dans le sens ou les différences de pression mises en jeu sont très faibles, instables et de valeur comparable à de nombreux phénomènes parasites. En résumé, le calcul des débits de ventilation naturelle est très, très compliqué, cela demande une modélisation fine, délicate et les bureaux d’étude n’aiment pas bien ça (c’est plutôt un truc de chercheur). Mais ça n’est pas la seule raison pour laquelle on ne voit pas une ventilation sur toutes les constructions RT2012. En effet, pour faire une caricature très grossière des conditions favorisant la ventilation naturelle, il faut :
-du tirage thermique donc de la hauteur, plusieurs étages si possible et une cheminée
-des façades sur des orientations perpendiculaires ou opposée
Lorsque ces conditions sont réunies, il faut tout de même bien penser l’agencement intérieur des pièces, les circulations et les équipements d’entrée, de conduite et de sortie de l’air car l’ouverture des fenêtres ne suffit presque jamais pour atteindre les débits nécessaires. Pour donner un point de comparaison, pour ventiler un appartement traversant à l’équivalent de 0,5 vol/h, sur une journée on peut être amené à ouvrir les fenêtres pendant 6h/24h en laissant les portes intermédiaires ouvertes.
Par principe la ventilation naturelle ne permet pas de s’assurer que l’on ventilera ni trop ni trop peu à tout moment.
Renouvellement d'air, ventilation et réglementation.
D'un point de vue strictement réglementaire, à aucun moment dans la réglementation (RT2012 ou antérieure) il n'est écrit qu'il faut une ventilation mécanique des logements. Ce qui est obligatoire c'est le renouvellement d'air du bâtiment, c'est écrit dans l'arrêté du 24 mars 1982 avec des débits de ventilation minimaux à assurer (fixés en fonction de la taille du logement et de la technologie de la ventilation) "en condition climatiques moyennes d'hiver". Tous les moyens sont bons: ventilation naturelle, ventilation naturelle assistée (basse pression assistée), ventilation simple flux auto-réglable, ventilation simple flux hygro-réglable, ventilation double flux, double flux hygro-réglable… et il y en a quelques autres.
En plus des débits, le sens de circulation de l'air est imposé des pièces de vie "sèches" (chambres, séjour) vers les pièces humides (cuisine, salle de bain, WC) et ce, même pour la ventilation naturelle ce qui mène à une cheminée d'extraction avec des bouches dans la cuisine, salle de bain et WC et des entrées d'air dans les pièces de vie. La réglementation n’impose donc pas une solution technique plutôt qu’une autre mais fixe des contraintes techniques.
Pourquoi est-ce si compliqué de faire une maison sans ventilation mécanique depuis le 1er janvier 2013 ?
La réponse est la combinaison de plusieurs choses évoquées précédemment.
D’une part, la RT2012 demande un calcul réglementaire qui prend en compte la ventilation et donc oblige à préciser comment le renouvellement d’air va être effectué (ce n’était pas le cas avant). Qui dit « calcul » dit « méthode de calcul » pour que tout le monde soit logé à la même enseigne et il faut donc que la réglementation comprenne une méthode de calcul pour la ventilation naturelle (elle existe).
D’autre part, la ventilation naturelle est un phénomène complexe. Il est donc difficile de concevoir un système efficace (en pratique) et difficile de le justifier dans un calcul réglementaire.
Les écueils sont donc les suivantes (dans l’ordre chronologique) :
-réussir à concevoir un système de ventilation naturelle qui fonctionne effectivement (pas toujours possible suivant le contexte et compliqué donc long donc cher)
-saisir le système dans le moteur de calcul Th-BCE (pas toujours possible suivant le système)
-si le point précédent n’est pas possible, alors il faut demander une dérogation au législateur, c’est la démarche du titre V, qui est bien trop longue et coûteuse pour un petit projet
La ventilation naturelle n’est donc pas interdite mais est-elle impossible ?
Elle est pratiquement impossible dans de nombreux cas et lorsque l’un ou les deux verrous (technique et réglementaire) ne sont pas là (rénovation et/ou logements collectifs avec cheminée…) il est possible de l’envisager.
Lorsqu’il est possible de l’envisager (possibilité technique et réglementaire), encore faut-il que le projet respecte les exigences de consommations (RT2012 ou label) avec ce système qui entraîne des débits moyen important et sans récupération de chaleur (cela implique de renforcer l'isolation, couper plus de ponts thermiques...).
Je voulais de la ventilation naturelle mais ce n’est pas possible, quelles sont les alternatives ?
En progression du système qui se rapproche le plus de la ventilation naturelle vers celui qui se rapproche le plus de la double flux à récupération de chaleur (l’optimum thermique) :
-la ventilation dite "naturelle assistée" qui est délicate de mise en œuvre comme la ventilation naturelle mais permet d’assurer un débit minimum moyennant un ventilateur dans la sortie de toit mais ne permet pas de plafonner le renouvellement d'air en cas de vent fort et par grand froid c'est une surconsommation de chauffage. Le respect de la réglementation en neuf impose des bouches et des gaines. Le domaine privilégié de ce type de système est la rénovation d’immeubles de logements collectifs. Difficile de faire de la basse consommation avec ce système.
-la ventilation « simple flux auto-réglable », c’est la VMC classique qui ventile aux débits réglementaires avec entrées d’air, bouches et gaines d’extraction. Difficile de faire de la basse consommation avec ce système.
-la ventilation « simple flux hygro-réglable », c’est la même que la précédente mais elle réduit les débits de ventilation lorsque le taux d’humidité de l’air est faible. Possible de faire de la basse consommation avec ce système grâce ou à cause de la réduction des débits ce qui ne va pas dans le sens d’une meilleure qualité de l’air pour les COV.
-la ventilation « double flux avec récupération de chaleur », qui demande bouches et gaines pour l’extraction et pour le soufflage ainsi que deux moteurs dans la centrale mais est la plus efficace d’un point de vue thermique tout en maintenant des débits de ventilation suffisants.
Lorsque le passage de gaine est vraiment un problème, il est possible de mettre en place :
-de la ventilation « simple flux décentralisée », ce sont des modules qui se mettent dans l’épaisseur du mur et comprennent une bouche d’aspiration, un petit moteur, éventuellement une régulation bi-débit ou hygro et une bouche de rejet en façade. Il faut mettre un module dans la salle de bain, un dans les WC et un dans la cuisine. Le problème (administratif et pas technique pour ne pas changer) c'est que ces systèmes ne disposent pas d'avis technique officiel pour servir comme système de ventilation d'un logement. La méthode de calcul RT2012 les prend donc en compte de manière très défavorable (ça oblige à avoir une très bonne conception de l'enveloppe et de très faibles besoins de chauffage).
-de la ventilation « double flux décentralisée » ce sont des modules qui se mettent dans l’épaisseur du mur et comprennent une bouche d’aspiration, un petit moteur, un échangeur de chaleur et une bouche de rejet en façade. Ca n’est possible que sur des bâtiments non soumis à la réglementation ventilation (la rénovation typiquement) à cause du sens de circulation de l'air imposé par la réglementation (des pièces de vie vers les pièces humides).
Il existe de nombreux systèmes exotiques dont nous ne pouvons faire la revue complète (comme la ventilation naturelle double flux de BedZed).
Conclusion.
Les critères sont très nombreux pour faire son choix :
-performance énergétique globale (souvent essentiel vue la réglementation et les enjeux)
-facilité de mise en œuvre
-facilité d’entretien
-comptabilité réglementaire
…
Aujourd’hui, il n’y a que deux systèmes couramment installés car se sont les deux seuls permettant d’obtenir des résultats (physiques et/ou réglementaires) intéressants en terme de consommation d’énergie globale dans le contexte actuel :
-la ventilation simple flux hygro-réglable, choisie pour sa simplicité (absence de soufflage) et le prix mais dont les débits sont faibles (6)
-et la ventilation double flux à récupération de chaleur, choisie pour la performance thermique globale et le maintient des débits (qualité de l'air)
Mais il y a toujours de la place pour l'innovation! (il faut la faire!)
Pour prévenir les mauvaises surprises...
Attention, dans les deux cas (hygroB ou double-flux), c'est une installation qu'il convient d'entretenir. Les bouches et les gaines s'encrassent, il faut les nettoyer. Dans le cas de la double flux, il faut aussi nettoyer et changer les filtres régulièrement. Si ça n'est pas fait, les débits sont réduits, les consommations de ventilateur augmente ainsi que le bruit. C'est de là que la ventilation mécanique tire principalement sa mauvaise réputation. Très peu (si ce n'est aucune) des installations de ventilation en logement ne sont entretenues depuis les années 1980, avec pour conséquence classique une hausse du bruit qui entraînent les habitants à obstruer complètement les bouches ce qui empêche le renouvellement d'air et induit des problèmes d'humidité en même temps qu'une surconsommation des ventilateurs qui est rarement détectée. Pas étonnant qu'on ne voit pas l'intérêt du système dans ces conditions! De la même manière qu'un conduit de poêle se ramone, les conduits et bouches de ventilation se nettoient et il faut le prévoir. Sans ça, ça fonctionne mal ou pas du tout et dans le meilleur des cas. Les gaines souples ne sont pas nettoyables et très fragiles, elles ne durent pas. La plupart du temps (jusqu'à maintenant) lorsque qu'une VMC ne fonctionnait plus bien, on changeait le réseau de gaines et/ou la centrale! Il faut préférer des gaines rigides qui se nettoient.
Mais pourquoi s'imposer ce système technologique et les pannes et l'entretien qui va avec?
Tout simplement pour atteindre de très faibles niveaux de consommation de chauffage et relever le défis énergético-climatique (pic de production et réchauffement climatique) en maintenant le confort, la qualité de l'air intérieur et la salubrité du bâtiment. On trouvera sûrement plein de limites à ce raisonnement. L'ensemble de ce post vise à répondre à la question "pourquoi ventiler et comment" du point de vue du bureau d'étude dans le contexte technique et réglementaire actuel. Si l'on élargis le champ des possibles on trouve des solutions bien plus séduisantes et sobres. Pour cela, il faudrait faire quelques concessions sur le notion de "confort" (19°C à n'importe quel moment dans n'importe quelle pièce...), accepter plus d'implication des habitants dans le fonctionnement de leur logement, plus d'attention au climat qu'il fait et qu'il fera à court terme et, last but not least, éradiquer tous les matériaux et matériels aux émanations toxiques de nos logements (et de nos vies en générale). Cela est probablement à la portée de quelques personnes mais c'est malheureusement loin d'être la logique générale et le fil directeur de la réglementation. (Mal)heureusement, la technique ne pas tout résoudre.
(1) Ceci dit, à la base, la réglementation a été rédigée pour régler un problème technique.
(2) Evidemment la seule vraie solution à ce problème est de limiter les polluants en supprimant les sources de pollution, c'est-à-dire en n’utilisant pas de matériaux polluant à la construction ni d’objets polluants à l’intérieur du bâtiment. Malheureusement, aujourd’hui nous en sommes loin. Il est possible de l’envisager pour la construction puisque c’est un procédé limité dans l’espace et le temps. L’entrée d’objets polluant au cours de la vie du bâtiment est autrement plus compliquée.
(3) C’est un sujet à part entière, pour une (très) bonne entrée en matière, voir « Bâtir pour la santé des enfants » de Susanne Déoux. D'après PHPP, ce renouvellement d'air serait déjà trop pour maintenir une humidité relative correcte en hiver lorsqu'il fait froid, composante importante du confort mais ce n'est pas le seul problème.
(4) Avec entre les lignes « alors que ça coûte cher, ça consomme de l’électricité, ça fait du bruit, ça ne fonctionne pas bien… ».
(5) L’air se déplaçant de la zone de haute pression vers la zone basse pression à l’échelle du bâtiment comme à l’échelle climatique.
(6) La conception de la ventilation hygroB date des années 1980. L'idée était de réduire les débits brassés par la ventilation mécanique lorsque la pollution intérieure est faible mais:
-le seul critère de pollution est l'humidité qui est certes révélatrice de la présence des personnes (comme le CO2) mais néglige les COV et Cie
-le dimensionnement des débits de la ventilation mécanique se faisait en prenant en compte les débits d'infiltrations car ils participent effectivement au renouvellement d'air. Aujourd'hui, la réduction drastique des infiltrations réduit encore le renouvellement d'air global en hygro B et l'écarte encore plus des 0,5 à 0,6 vol/h nécessaire à la qualité de l'air.