VOLUME 4 OPERATION DE REHABILITATION DE SAINT FARGEAU PONTHIERRY

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1 PHÉNIX Évolution CSTB EDF R&D Armines "Outil d aide à la Décision pour des Maisons Individuelles Réhabilitées facteur 4" OPERATION DE REHABILITATION DE SAINT FARGEAU PONTHIERRY

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3 3/53 Rapport n 02 AVANT-PROPOS Le présent document est le premier volume du rapport final du projet "ODMIR 4 : Outil d aide à la Décision pour des Maisons Individuelles Réhabilitées facteur 4". Ce document a été rédigé conjointement par : Phénix Evolution (mandataire du projet) : filiale de GEOXIA, Le Centre énergétique et Procédés de l école des Mines de Paris (ARMINES), Le Centre Scientifique et Technique du Bâtiment : Département Développement Durable (coordinateur du projet) et le département Technologie de l Information et Diffusion du Savoir, Electricité de France EDF : Centre de recherche des Renardières, Département Services Energies et Espace de Vie.

4 4/53 Rapport n 02 INTRODUCTION GENERALE L appel d offre de la fondation se donne comme objectif un renforcement des performances énergétiques centré sur l existant. L enjeu de la maison individuelle, qui représente logements et 57% du parc existant de logements, est important. Parmi les maisons individuelles existantes 81% ont été construites avant la première réglementation thermique et sont donc peu performantes. 65% des maisons individuelles sont des maisons non mitoyennes c'est-à-dire «isolées». C est dire l enjeu du gisement des économies énergétiques potentielles des maisons individuelles isolées. La question énergétique est clairement liée à celle des travaux et des modifications que pourraient connaître ces maisons. Phénix évolution souhaite disposer d un panel d outils facilitant son rôle d améliorateur de logements lui permettant d une part de disposer d un ensemble de solutions techniques cohérentes pour la réhabilitation du parc de maisons individuelles du groupe Géoxia et d autre part d un outil d aide à la décision permettant de convaincre les propriétaires de maison individuelle de l'intérêt d actions de réhabilitation énergétique. Il s'agit ici de valoriser l'intérêt de ces actions en montrant leur impact sur la facture énergétique et ses conséquences environnementales, le confort global et la valorisation du patrimoine mais aussi les temps de retour sur investissement. A lui seul, le parc de Maisons Phénix, représente environ maisons avec clients identifiés, complété par possesseurs de maison traditionnelle. Le marché visé est celui du logement existant pour lequel on souhaite voir se mettre en place des actions de réhabilitation permettant d améliorer les performances énergétiques. Ce parc est dispersé sur tout le territoire national et comprend une large typologie de maisons individuelles : maisons phénix de différentes générations, maisons traditionnelles avec différents modes de construction et de différentes époques. En travaillant en étroite collaboration avec un des leaders du marché de la réhabilitation de maison individuelle et plus particulièrement sur l ensemble du parc de maisons issues des marques du groupe GEOXIA, le consortium cherche à pousser ce marché vers des solutions de réhabilitation innovante à très haute performance énergétique et à provoquer une réaction d'émulation sur le thème d'actions de réhabilitation prenant en compte fortement les aspects énergétiques. L objectif de ce projet de recherche est de définir des axes de réhabilitation permettant d aller dans le sens d une réduction d un facteur 4 des dépenses énergétiques pour les maisons existantes. Il s agit donc de dégager des solutions de réhabilitation industrialisables pouvant être proposées par l améliorateur aux propriétaires de maisons individuelles dans le cadre de demande d amélioration.

5 5/53 Rapport n 02 L ensemble des travaux réalisés dans le cadre du projet ODMIR4 est synthétisé sous la forme d un rapport final décliné en 5 volumes : VOLUME 1 : Retour d expérience : le parc de maisons Phénix et les acteurs Dans ce volume sont répertoriés les premiers travaux réalisés dans le cadre du projet ODMIR4 visant à mettre en place une typologie du parc de maisons Phénix et à identifier les modes de fonctionnement, les besoins et attentes des différents acteurs que sont l améliorateur de logement Phénix Evolution et les propriétaires de maisons individuelles Phénix. VOLUME 2 : Briques technologiques et packs de solutions Dans ce volume sont proposés l ensemble des travaux ayant permis la mise en place d une base de données de solutions technologiques et leur évaluation. Ce document restitue de plus la méthodologie élaborée par le consortium pour l assemblage des solutions techniques et la mise en place d une bibliothèque de packs de solutions adaptés, cohérents et industrialisables. Des éléments de spécification pour l industrialisation des packs des solutions sont de plus précisés. VOLUME 3 : Outil ODMIR4 Ce volume décrit l ensemble des éléments du développement informatique de l interface de l outil ODMIR4. Il propose de plus notamment un descriptif du cœur de calcul des performances énergétique embarqué basé sur une méthode calcul 3CL améliorée. Les améliorations apportées à la méthode 3CL sont explicitées dans cette partie. La méthode d évaluation de l outil OMDIR4 ainsi que les résultats de ces évaluations sont de plus proposés. : Opération de Réhabilitation de Saint Fargeau Ponthierry Ce document présente l ensemble des actions menées autour de la réhabilitation d une maison Phénix de Saint Fargeau Ponthierry : bouquet de travaux de réhabilitation, performances attendues, les contraintes et difficultés de mise en œuvre rencontrées, les essais réalisés à la livraison et la mise en place d un suivi des consommations. VOLUME 5 : Généralisation Ce document vise à expliciter de quelle manière les résultats issus de ce programme sont extrapolables au parc de maisons individuelles dans sa diversité de modes constructifs.

6 6/53 Rapport n 02 SOMMAIRE 1. PRESENTATION DU PROJET Structure existante Projet de réhabilitation Augmentation de surface Amélioration de la performance énergétique Conclusion DIAGNOSTIC AVANT ET APRES RENOVATION Introduction Méthodologie Saisie du projet Hypothèses de simulation Scénarii Climat Scénario de ventilation Scénario d occupation Consigne de chauffage Scénario apports internes Résultats Besoins d ECS Besoins de chauffage Calcul des consommations Conclusion TRAVAUX DE REHABILITATION : MISE EN ŒUVRE ET RETOUR D EXPERIENCE Mise en oeuvre Etapes de montage L agrandissement par surélévation Les améliorations Montage de la structure métallique Contraintes et difficultés de mise en œuvre rencontrées Les contraintes Les difficultés Les attentes SYNTHESE : Contraintes et difficultés de mise en œuvre rencontrées Avant les travaux Pendant les travaux Les attentes concernant les projets à venir Conclusion VERIFICATION DE LA QUALITE EFFECTIVE Mesure de perméabilité à l air le protocole expérimental Caractérisation de la perméabilité de la maison individuelle Diagnostic thermique par thermographie infrarouge Principe de détection des fuites et des déperditions par l enveloppe par thermographie infrarouge Synthèse des observations et recommandations Conclusion Suivi des consommations : chaine d acquisition Introduction...43

7 7/53 Rapport n L instrumentation Mise en place de la chaîne d acquisition Multi-usages Mise en place de la chaine d acquisition pour l ECS solaire individuelle Convention de suivi STATUS ACTUEL ET DISSEMINATION Statut actuel Dissémination

8 8/53 Rapport n 02 INTRODUCTION Ce document présente l ensemble des actions menées autour de la réhabilitation d une maison Phénix de Saint Fargeau Ponthierry. Sont donc présentés successivement : o Le projet de réhabilitation envisagée et en particulier le bouquet de travaux de réhabilitation visant à améliorer de manière significative les performances énergétiques o Le diagnostic avant et après réhabilitation réalisé par simulation numérique sous le logiciel de simulation dynamique COMFIE PLEIADE. o La mise en œuvre des travaux, les difficultés et contraintes rencontrées o La vérification de la qualité effective : tests de perméabilité et thermographie infrarouge réalisés à la réception et mise en place d un suivi des performances

9 9/53 Rapport n 02

10 10/53 Rapport n PRESENTATION DU PROJET Afin de valider la démarche intellectuelle du projet ODMIR4 en associant l ensemble des acteurs, la société Géoxia Services a assuré la maîtrise d œuvre d une opération de réhabilitation d une maison de marque Maisons Phénix, construite en 1971 à Saint-Fargeau en Seine-et-Marne. Ce bâtiment a bénéficié d une augmentation de surface portant l espace à vivre de 86 m 2 à 136 m 2 et intégrant des solutions novatrices en matière d énergies renouvelables : chauffe-eau solaire, récupérateur d eau, isolation extérieure... Les travaux d isolation et d intégration d équipements à faible consommation d énergie visent à atteindre le facteur 4, c est-à-dire à diviser par 4 la «dépense» énergétique de cette maison pour le chauffage et l eau sanitaire (de 287 à 71 kwhep/m²/an) et de réduire la facture énergétique de 900 par an. Le chantier a été livré en mai STRUCTURE EXISTANTE La structure existante déjà isolée est composée de la partie principale construite suivant le procédé de construction Phénix et l extension construite en parpaing : o murs d une épaisseur de 20 cm composés de poteaux IPN 80 tous les 1,20 m et dalles extérieures en béton d une épaisseur de 45 mm, o paroi intérieure en placoplan d une épaisseur, o isolation dans le mur par isolant insufflé, o combles perdus en charpente à fermes métalliques et liteaux métalliques, o isolation du plafond par laine de verre d une épaisseur de 20 cm, o hauteur sous plafond de 2,40 m, o salon existant réalisé en murs maçonnés et charpente bois, o isolation intérieure en placomur d une épaisseur de 6 cm. Maison de Saint Fargeau : photos avant réhabilitation

11 11/53 Rapport n PROJET DE REHABILITATION Les travaux envisagés regroupent des travaux : o d agrandissement et d embellissement, o d amélioration de la performance énergétique, du confort et de la sécurité. Maison de Saint Fargeau : projet de réhabilitation L ensemble de ces travaux est détaillé ci-après AUGMENTATION DE SURFACE A l étage, le nouvel espace de 50 m² habitables a été aménagé après surélévation et changement de la pente du toit dans la continuité du procédé de construction de la maison selon une technique fiable et maîtrisée : o modification de la hauteur en façade (surcroît), o montage d une nouvelle structure en acier reposant sur la totalité de l ossature existante, o bardage en panneaux acier isolants qui améliorent les performances thermiques, o fixation d un plancher rigide sans ajout de poteaux au rez-de-chaussée, o pose de la nouvelle couverture avec tuiles plates terre cuite. Panneaux isolant constituant le bardage

12 12/53 Rapport n 02 Les avantages de l agrandissement par surélévation : o Surface de plancher maximale (jusqu au bas de rampant), o Performance de l isolation, o Couverture, avant-toits et gouttières neufs, o Aucun risque de dégradation dans le temps dû à la structure acier AMELIORATION DE LA PERFORMANCE ENERGETIQUE Le pack énergétique retenu pour l amélioration des performances énergétiques est rappelé ci-après La Toiture Il est réalisé la pose de laine minérale en matelas avec pare-vapeur côté doublage. Dans les rampants, pose de laine de verre en 2 couches croisées d une épaisseur totale de 160 mm (R=4 m² C/W). En plafond, pose de laine de verre d une épaisseur de 200 mm (R=5.5) Remplacement des menuiseries Les menuiseries à l étage L espace aménagé est éclairé par deux fenêtres de toit et deux lucarnes équipées de volets roulants motorisés en PVC ; Les menuiseries installées à l étage sont équipées de doubles vitrages performants à faible émissivité ; Vitrage ; Stores extérieurs avec protection solaire.

13 13/53 Rapport n Le changement des menuiseries au rez-de-chaussée 4 fenêtres 120 x 135 en PVC en pré cadre acier avec volets roulants électriques et commande centralisée ; 1 porte-fenêtre 240 X 222 avec volet roulant alu motorisé La porte d entrée en PVC La porte d entrée en PVC isolant feuilleté avec double vitrage Le chauffe-eau solaire Avec une surface de capteurs appropriée, l installation permet de couvrir en moyenne 50 % de la consommation annuelle d eau chaude d un foyer Ballon solaire de 300 litres avec échangeur et appoint électrique ; 6 capteurs thermiques à circulation de fluide 114 x 118 Velux Le fonctionnement Le capteur transforme les rayons chauffants du soleil en eau chaude sanitaire. Avec une surface de capteurs appropriée, l installation permet de couvrir en moyenne 50% de la

14 14/53 Rapport n 02 consommation annuelle d eau chaude d un foyer. En période estivale, la chaudière peut être coupée, ce qui allonge la durée de vie du système de chauffage. La pompe se met en route lorsque la température dans le capteur est supérieure à celle dans le ballon solaire ; La chaleur ainsi extraite du circuit de capteur est transmise au ballon, via le liquide caloporteur. L'eau commence alors à se réchauffer ; La pompe s arrête lorsque la température du ballon se rapproche de celle du capteur ou lorsqu'elle a atteint son maximum ; Si l énergie solaire n est pas suffisante pour assurer le réchauffement du ballon, le système de chauffage auxiliaire se met en route Les avantages de la solution Réduction de la facture d eau chaude sanitaire ; Plus besoin d allumer la chaudière l été ; Un confort optimal en toutes saisons ; Fiabilité ; Intégration parfaite ; Parfaite étanchéité du système La pompe a chaleur air/air RIBO Le principe thermodynamique consiste à capter des calories sur une source froide et à les restituer à une source chaude. En hiver, le système capte l énergie dans l air extérieur pour restituer les calories à l intérieur. En été, il capte les calories à l intérieur pour les évacuer à l extérieur.

15 15/53 Rapport n 02 Porte d accès 2 Unité intérieure 4 Plénum (faux plafond) 5 Bouche de diffusion 7 Thermostat 1 Unité extérieure 3 Commande centrale 6 Grille de reprise d air Régulation de la température pièce par pièce Ensemble de bouche de soufflage non motorisées à double déflexion ; Ensemble de bouche de soufflage motorisée à double déflexion ; Thermostat d ambiance pour régulation des chambres ; Grille de reprise avec filtre Distribution Distribution d air par plénum isolé en faux plafond dans couloir à l étage et rez-dechaussée ; Plénum de soufflage réalisé en plaque BA 13 sur rails métalliques La ventilation double flux ALDES avec récupération d énergie Le renouvèlement d air est assuré mécaniquement par insufflation dans les pièces de vie et extraction dans les sanitaires et la cuisine. o L échangeur de chaleur haute efficacité permet de récupérer les calories de l air extrait. o Le groupe moto-ventilateur assure l insufflation de l air neuf et l extraction de l air vicié. o La qualité d air est améliorée par filtration de l air neuf.

16 16/53 Rapport n 02 o Les bouches d extraction autoréglables assurent l extraction de l air vicié dans les sanitaires o Les bouches d insufflation orientables permettent de diffuser l air dans le chambres et le séjour. Il est possible d installer cette bouche au mur ou au plafond et de choisir l orientation du jet d air. o La sortie en toiture permet l évacuation de l air vicié vers l extérieur L isolation extérieure des murs Les murs du pignon Nord sont habillés d une enveloppe isolante en panneaux de PSE (polystyrène). Ces panneaux sont fixés contre les murs par des rails en PVC et recouvert d'un enduit mince armé avec en finition un revêtement plastique épais à base de liant organique. Protecteur, sain et écologique, le PSE est inerte, biologiquement neutre et composé de 98% d air. En plus de ses aptitudes à isoler du bruit, du froid et de la chaleur, le PSE présente un niveau d absorption d eau parmi les plus faible des matériaux isolants. Isolation verticale sur murs pignon côté entrée et murs retour en L

17 17/53 Rapport n 02 Système d isolation extérieure de façades composé de panneaux d isolation thermique en polystyrène expansé PSE 50 cm x 50 cm d une épaisseur de 80 mm ; Fixation mécanique avec des profilés d appui et de raccordement ; Enduit de fond finition lisse ; Treillis d armatures fin ; Finition avec un revêtement plastique épais. 1.3 CONCLUSION La maison Phénix de Saint Fargeau-Ponthierry se verra donc entièrement remodelée pour améliorer son confort, son esthétique et surtout, sa performance énergétique. Surélévation, changement de menuiseries, intégration d un puits de lumière et d un chauffe-eau solaire, installation d un système global intégré de chauffage, climatisation, filtration d air autant d innovations qui permettront à cette maison de bénéficier des derniers apports de la technologie moderne. Le meilleur argument pour la commercialisation de cette maison reste le comparatif entre le coût d achat d une maison de 136 m² et une maison de 86 m² sur laquelle on effectue des travaux d agrandissement et d amélioration de sa performance énergétique. Le tableau ci-dessous analyse le bilan financier d achat d une maison existante et une autre maison à agrandir en y intégrant le coût du crédit, frais de notaire et les différents crédits d impôts. Le bilan final basé sur des estimations d agences immobilières du secteur de Saint Fargeau et d une simulation sur le logiciel de cotation de maisons du journal «Particulier à Particulier» est clairement en faveur de la maison rénovée. Cette démonstration financière n est légitime que dans le cas d une augmentation de surface, ce qui confère au propriétaire une valorisation de son patrimoine foncier. Ce genre de démonstration ne peut qu encourager les particuliers à intégrer des solutions performantes lors de la rénovation de leur maison.

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20 20/53 2. DIAGNOSTIC AVANT ET APRES RENOVATION 2.1 INTRODUCTION Le présent chapitre présente un diagnostic de performance énergétique (DPE) de la maison de Saint Fargeau Ponthierry obtenu à l aide du logiciel de simulation dynamique thermique Compfie+Pléiades en proposant différentes améliorations sur la maison existante. Quatre variantes ont ainsi été étudiées : Maison existante ; Maison existante avec surélévation Phénix ; Maison existante avec surélévation Phénix et isolation par l extérieur ; Maison existante avec surélévation Phénix, isolation par l extérieur, et mise en place d équipements tels que : une pompe à chaleur, une ventilation double flux, des panneaux solaires thermiques. 2.2 METHODOLOGIE Les consommations annuelles de la maison, sont la somme des consommations de chauffage et de production d ECS. C = Bch * 1/Rch + Becs * 1/Recs Les besoins de chauffage sont calculés à l aide de l outil de simulation dynamique Comfie- Pléiades. Les besoins d ECS sont calculés sur Excel en considérant les hypothèses de la méthode Th-CE Les rendements des systèmes de production de chaleur et d ECS proviennent de la méthode 3CL. C : consommations annuelles du modèle de maison Phénix en énergie primaire. Bch : besoins de chauffage annuels, calculés avec l outil de simulation dynamique Comfiepléiades. Rch : rendement moyen annuel du système de production de chauffage, prenant en compte les rendements de distribution (Rd ch ), d émission (Re ch ), de génération (Rg ch ) et de régulation (Rr ch ). Ces rendements sont donnés dans la méthode 3CL. Rch = Rd ch. Re ch. Rg ch. Rr ch Becs : besoins d eau chaude sanitaire, calculés selon les règles Th-CE Recs : rendement moyen annuel du système de production d ECS, prenant en compte les rendements de stockage (Rs ecs ), de distribution (Rd ecs ), et de génération (Rg ecs ). Ces rendements sont donnés dans la méthode 3CL. Recs = Rs ecs. Rd ecs. Rg ecs

21 21/ SAISIE DU PROJET Pour faciliter la saisie du plan du bâtiment, nous avons recours au logiciel Alcyone, logiciel de saisie des plans et des caractéristiques de l enveloppe. Une fois les plans entrés, les informations concernant l enveloppe du modèle sont exportées vers Comfie-Pléiades. Saisie des plans par étage et visualisation 3D du projet avant et après rehausse HYPOTHESES DE SIMULATION Caractéristiques constructives de l enveloppe Les coefficients de transfert thermique U des différentes parois retenues pour les simulations sont donnés dans le tableau 4.1.

22 22/53 U [W/(m².K)] Mur partie Phénix existante 0.36 Mur extension traditionnelle 0.58 Plafond partie Phénix existante 0.2 Plancher sur terre-plain 2 Fenêtres 4/12/4 menuiserie bois 2.76 Portes-fenêtres 4/12/4 menuiserie bois 2.68 Murs pignons surélévation 0.2 Murs façades surélévation 0.15 Rampant 0.22 Plancher intermédiaire 0.2 Jouées gerbières 0.52 Vitrage 4/12/4 peu émissif 1.2 Fenêtre de toit peu émissive 1.38 Mur partie Phénix existant isolé par l extérieur 0.2 Mur pignon surélévation isolé par l extérieur Ponts thermiques Tableau 4.1 Les ponts thermiques ont été pris en compte selon les valeurs données dans les Avis techniques du CSTB consacrés à la technologie Phénix : «Gros œuvre Maison Phénix». Un récapitulatif des valeurs retenues est fournit tableau 4.2. Type de pont thermique Descriptif [W/(m.k)] Type de pont thermique Descriptif [W/(m.k)] Coefficient de transfert linéique du sol sur terre-plein compte tenu de la liaison dalle-façade 1.75 Liaison de la façade avec des menuiseries : Linteau ou tableau 0.04 Angle sortant 0.06 Liaison de la façade avec des menuiseries: appui 0.07 Angle entrant 0.12 Liaison de la façade et du plancher intermédiaire en Béton 0.41

23 23/53 Comble non aménagé, en imaginant que le liaison de l isolant ne soit pas parfaite 0,00 pour construction neuve et 0,05 pour construction ancienne Liaison de la façade et du plancher intermédiaire en bois SCENARII Tableau CLIMAT Fichier météo de la ville de Trappes (78) SCENARIO DE VENTILATION Pour une ventilation simple flux : o Débit de ventilation constant de 0,6 volume/heure (y compris infiltration). Pour une ventilation double flux : o 0,5 volume/heure pour le double flux ; o 0,1 volume/heure par infiltration. o SCENARIO D OCCUPATION Famille de 4 personnes. Règles Th-CE 2005 fournissent le scénario d occupation suivant : La semaine : 100% d occupation de 0h à 10h et de 18h à 24h ; 0% d occupation le reste du temps. Le week-end : 100% d occupation de 0h à 24h CONSIGNE DE CHAUFFAGE Les règles Th-CE 2005 préconisent une température intérieure constante de 19 C SCENARIO APPORTS INTERNES Les règles Th-CE 2005 préconisent des apports internes suivant : 5W/m² pendant les périodes d occupation. 2.4 RESULTATS BESOINS D ECS Les besoins d ECS sont calculés selon les règles Th-CE de la nouvelle réglementation thermique. Le calcul des besoins de d ECS s effectue comme suit : Becs = ρ w. c w. V uw. (θ uw - θ cw ) ρ w : massique volumique de l eau, soit 1 kg/dm 3 ;

24 24/53 c w : capacité calorique massique de l eau, soit [Wh/(kg.K)] ; V uw : volume d eau mitigé utilisée chaque heure pendant une période normale ; θ uw : température de l eau mitigée au point de puisage, la température de l eau mitigée préconisée par la méthode Th-CE 2005 est de 40 C ; θ cw : température de l eau froide entrant dans le système de préparation, on prendra 10 C. Le volume d eau mitigée se calcule selon la méthode indiquée dans les règles Th-CE La méthode pour les bâtiments d habitation est la suivante : V uw = a. ah. Nu avec : a: besoin unitaire exprimé en litre d eau à 40 C ; ah : coefficient horaire de la clé de répartition des besoins d ECS ; Nu : nombre d unité à considérer ; pour un logement Nu est la surface habitable. Pour les maisons individuelles Nu est la surface habitable en m² si Nu > 27 m² alors a = (470,9 ln(nu) 1075) / Nu sinon a = 17,7 Dans notre cas Nu vaut 86 m² pour la maison existante et 135 m² pour la maison avec surélévation. Les valeurs de «a» correspondante sont les suivantes : Pour Nu = 86 m² a = Pour Nu = 135 m² a = 9.14 d autre part, on a pour une journée type : Σ ah = 2 * * Ainsi le volume d eau mitigée utilisée en une journée est le suivante : V uw/jour = a. Σah. Nu Pour Nu = 86 m² V uw/jour = 146 Litres Pour Nu = 135 m² V uw/jour = 176 Litres Pour une semaine on a : Pour une année de besoin d ECS : V uw/semaine = V uw/jour * 7 V uw/an = V uw/semaine * 52 Pour la présente étude, les besoins annuels d ECS sont définis par la formule suivante : Ainsi pour Becs/an = ρ w. c w. V uw/an. (θ uw - θ cw ) Nu = 86 m², Becs/an = 1857 kwh/an soit 22 kwh/(m².an) Nu = 135 m², Becs/an = 2242 kwh/an soit 17 kwh/(m².an)

25 25/ BESOINS DE CHAUFFAGE Les besoins de chauffage sont calculés avec le logiciel Comfie+Pléiades. Les valeurs sont récapitulées dans le tableau suivant : Existant 70 Existant + Réhausse Phénix 54 Existant + Réhausse Phénix + isolation par l'extérieur 50 Existant + Réhausse Phénix + isolation par l'extérieur + ventilation 27 double flux + ECS solaire Tableau 4.3 Besoins de chauffage [kwh/(m²,an)] CALCUL DES CONSOMMATIONS Le récapitulatif et le détails du calcul des consommations de la maison de Saint Fargeau Ponthierry pour les différentes améliorations se trouve dans le tableau 4.5. Les résultats sous forme de tableau récapitulatif, tableau 4.4 : Conso Chauffage [kwhep/(m².an)] Conso ECS [kwhep/(m².an) ] Consommations Chauffage + ECS [kwhep/(m².a)] Classe Existant E Existant + Réhausse Phénix D Existant + Réhausse Phénix + isolation par l'extérieur Existant + Réhausse Phénix + isolation par l'extérieur + PACair/air + ventilation double flux + ECS solaire D B Tableau 4.4

26 26/53 Le détail du calcul des consommations à partir des besoins de chauffage et d ECS calculé précédemment est fourni dans le tableau 4.5 ci-dessous. Résultat sous forme de graphique :

27 Tableau détaillé du calcul des consommations : CHAUFFAGE ECS RESULTATS Type de chauffage Rendement global de l'installation de chauffage Type d'ecs Rendement global de l'installation d'ecs Ventilation Besoins de chauffage [kwh/(m²,an)] Conso Chauffage [kwhep/(m².an)] Besoins d'ecs Total des conso Conso ECS Chauffage + ECS [kwhep/(m².an)] [kwhep/(m².an)] Classe Existant Electrique direct 0,91 Ballon électrique de + 15 ans 0,63 VMC E Existant + Réhausse Phénix Electrique direct 0,91 Ballon électrique de + 15 ans 0,63 VMC D Existant + Réhausse Phénix + isolation par l'extérieur Electrique direct 0,91 Ballon électrique de + 15 ans 0,63 VMC D Existant + Réhausse Phénix + isolation par l'extérieur + ventilation double flux + ECS solaire Pompe à chaleur 1,69 ECS solaire (Fraction solaire 50 %) / appoint élec 0,7 Ventilation double flux B Tableau 4.5

28 "Outil d aide à la Décision pour des Maisons Individuelles Réhabilitées facteur 4" 2.5 CONCLUSION Les simulations réalisées à l aide du logiciel Comfie-pléiades ont permis de quantifier avant et après réhabilitation, les consommations énergétiques ainsi que les émissions de gaz à effet de serre. Les résultats sont synthétisés ci après sous la forme d étiquettes : Maison de Saint Fargeau : Consommations énergétiques AVANT/APRES réhabilitation Maison de Saint Fargeau : Emissions de gaz à effet de serre AVANT/APRES réhabilitation Coordinateur du projet :

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30 30/52 3. TRAVAUX DE REHABILITATION : MISE EN ŒUVRE ET RETOUR D EXPERIENCE 3.1 MISE EN ŒUVRE Les différentes étapes de réalisation des travaux de réhabilitation de la maison de Saint Fargeau sont décrites ci après ETAPES DE MONTAGE Les différentes étapes de montage des travaux de réhabilitation envisagés sont répertoriées ci après : o Livraison de la charpente et panneaux sandwich o Montage des échafaudages o Préparation des fixations périphériques en haut de mur o Montage des boites d ancrage et potelets en pignon o Mise en place des poteaux o Montage des arbalétriers et contreventements et liteaux o Montage de la couverture o Montage des panneaux sandwich en pignon o Démontage de l ancienne couverture et évacuation par passage laissé en façade o Mise en place du solivage métallique en appui sur chaque façade o Liaison des plafonds aux solives o Démontage et évacuation de l ancienne charpente o Pose plancher bois o Surélévation de la charpente du retour en L et pose couverture o Aménagements des différentes ouvertures et menuiseries o Aménagements intérieurs placo o Pose des différents équipements o Pose de l isolation par l extérieur o Application de l enduit type RPE sur l ensemble o Finitions L AGRANDISSEMENT PAR SURELEVATION La fabrication La structure est étudiée et fabriquée en usine et les différents éléments sont livrés prêts à monter. Les panneaux sandwich sont calepinés et fabriqués à dimension. La conception est faite de manière à ce que le projet soit réalisé par des monteurs La charpente La structure de charpente est en métal et dans le concept constructif de maison Phénix. La pose de la charpente se fait à l avancement et sans découvrir l ancienne couverture qui reste en place pendant la durée du gros œuvre. Cette technique de montage permet aux habitants

31 31/52 des lieux de demeurer chez eux tout le temps des travaux. Les murs de pignon sont réalisés en panneaux sandwich très légers et isolants et pouvant recevoir un enduit de type RPE Le changement de pente La surélévation est réalisée avec changement de pente du toit. Ce changement de pente offre les avantages suivants : o o o o o o Maximum de surface au sol libérée allant jusqu au bas du rampant de la toiture Renforcement de la charpente bois existante avec une structure métallique adaptée au cas par cas Système ajustable en fonction de la pente de toit et de l écartement des fermettes Pas de poteaux de maintien encombrants et disgracieux au rez-de-chaussée Rapidité et simplicité du montage : quelques jours de pose suffisent La maison reste habitable pendant toute la durée des travaux Le plancher Remplacement d une charpente bois avec changement de pente Les solives métalliques de plancher sont posées en appui sur les façades sans appui intermédiaire, permettant ainsi d éviter l intervention et la pose aléatoire de poteaux au rez-dechaussée. Après la pose de la charpente, de la nouvelle couverture et des solives, les anciennes couvertures et charpente sont démontées pour libérer ainsi le volume dégagé. La pose du plancher bois en panneaux d aggloméré termine ainsi le gros œuvre. Enfin, une ouverture pour l emplacement de l escalier d accès à l étage est réalisée LES AMELIORATIONS L isolation du bâti L isolation des combles et rampants comporte une résistance Thermique de 5 m² K/W. Les murs des pignons avec une résistance Thermique de 3.7 m² K/W. Un écran d étanchéité à l air est mis en place en périphérie de plancher et sur toute la surface des murs, plafond et rampants. La toiture de la partie en L est rehaussée pour permettre de respecter l harmonie de l ensemble. Une isolation par l extérieur est prévue en PSE de 9cm sur la partie du retour en L et le pignon coté entrée. Pose par profilés fixation mécanique L eau chaude solaire

32 32/52 La toiture de la partie en L recevra les 6 panneaux solaires thermiques permettant d alimenter un ballon solaire. Un local technique est aménagé au rez-de-chaussée pour recevoir le ballon La pompe à chaleur Une pompe à chaleur de type RIBO est installée. L unité intérieure horizontale est placée audessus des toilettes et en faux plafond. La distribution aéraulique est réalisée en faux plafond par plénum isolé dans les couloirs et par des bouches de diffusion équipées de volets motorisés et commandées par thermostat. Le recyclage de l air se fait par grille de reprise L électricité L installation électrique est refaite avec nouveau tableau électrique est installé à l entrée. Des automatismes tels que : éclairage extérieur, fermeture centralisée des volets, Alarme sont installés La ventilation La ventilation est du type double flux DEE FLY de ALDES avec BY-PASS H placé dans le placard à l étage. La distribution aéraulique est assurée par gaines Les menuiseries Les menuiseries installées dans les combles et celles remplacées au rez-de-chaussée sont des menuiseries PVC à double vitrage faible émissivité Le récupérateur d eaux pluviales Une citerne est enterrée avec pompe de relevage recueillant les eaux pluviales pour utilisation en extérieur Le ravalement Un enduit mince du type RPE est appliqué sur l ensemble des murs MONTAGE DE LA STRUCTURE METALLIQUE Les différentes étapes du montage de la structure métallique sont illustrées sur les photos suivantes :

33 33/52 Avant travaux Montage de la structure métallique Montage des panneaux isolants et pose de la couverture et des lucarnes LA LIVRAISON DU CHANTIER La livraison du chantier a eu lieu en mai La maison est à ce jour toujours en vente.

34 34/ CONTRAINTES ET DIFFICULTES DE MISE EN ŒUVRE RENCONTREES Les travaux de réhabilitation réalisés sur le site de Saint Fargeau ont d ores et déjà permis d identifier un ensemble de contraintes spécifiques ainsi que des difficultés importantes voire des points bloquants, pour la réalisation des actions de réhabilitation envisagées LES CONTRAINTES Le chantier de réhabilitation de Saint Fargeau présente la spécificité de proposer l intégration d un nombre important de solutions innovantes. Cette intégration a bien évidemment supposé l apparition de nouvelle contraintes, telles que : o La réalisation d études spécifiques complémentaires (étude thermique nécessaire pour le dimensionnement de la pompe à chaleur ). o La mise en place d un nouveau réseau d interlocuteurs pour intégrer les nouveaux produits dans les procédures LES DIFFICULTES LA DISPONIBILITE DES PRODUITS La réalisation des travaux de réhabilitation de la maison de Saint Fargeau a mis en avant une première difficulté majeure : la disponibilité sur le marché de produits innovants. Deux exemples illustrent particulièrement ce point : o La membrane d étanchéité à l air Afin de réduire la perméabilité à l air de la partie surélevée du bâti, il a été proposé de réaliser un traitement spécifique consistant en la pose d une membrane d étanchéité à l air. L identification d un fournisseur s est avérée particulièrement difficile. o Les systèmes de chauffage PAC air/air et de ventilation double flux Lors de la définition des travaux de réhabilitation, il avait été prévu la pose d un système innovant de type système global intégré chauffage, climatisation et filtration d air. Ce projet a malheureusement dû être abandonné pour cause de non disponibilité du produit. En effet, il n existe pas à ce jour sur le marché de système intégré RIBO pour le chauffage et la ventilation pour des surfaces supérieures à 80m². La sortie de ce produit n est pas prévue avant avril

35 35/ Pour l opération exemplaire de Saint Fargeau, Phénix a donc mis en œuvre l installation de deux systèmes découplés : une PAC air/air RIBO et une ventilation double flux ALDES. Comme explicité par la suite, cette obligation de recourir à deux systèmes découplés a été particulièrement lourde de conséquence lors de la mise en œuvre LA MISE EN OEUVRE Le second frein majeur regroupe les aspects de mise en œuvre des solutions innovantes proposées pour l amélioration de la performance énergétique. Les produits disponibles sur le marché s avèrent en effet bien souvent peu adaptés au contexte, i.e. aux contraintes spécifiques de la réhabilitation. o La membrane d étanchéité à l air La mise en place de la membrane d étanchéité à l air a été particulièrement contraignante. Il est en effet, aujourd hui, particulièrement difficile de garantir la pérennité de l étanchéité, la membrane hygrorégulante étant placée derrière le placo avec une araignée électrique extérieure. Le passage des gaines électriques dans la membrane nécessite un soin particulier et l utilisation d œillet adhésifs comme illustré sur la photo suivante. Membrane Œillet adhésif Membrane d étanchéité à l air o Les systèmes de chauffage PAC air/air et de ventilation double flux La mise en œuvre des systèmes découplés de chauffage RIBO et de ventilation double flux ALDES a supposé : o L aménagement de pièces techniques pour les équipements => encombrement important, ce qui est tout à fait paradoxal dans une démarche du propriétaire d agrandissement de son logement o De grosses difficultés pour réussir sur un bâti existant l implantation d une PAC à distribution aéraulique par plenum et une ventilation double flux à distribution aéraulique par gaines. o L impossibilité technique de prolonger le plenum dans la partie en L de la maison et par conséquent la nécessite de prévoir un chauffage d appoint électrique dans cette zone. o L isolation par l extérieur L isolation par l extérieur n est à ce jour pas réalisée et elle est à l origine d une grande diversité de points particuliers qui restent à traiter et à définir : traitement des baies, des volets battants, égout, couronnement de pignon, haut de façades.

36 36/ L ENCHAINEMENT DES LOTS Le réseau de professionnels qualifiés est aujourd hui nettement insuffisant, et il n existe en particulier que peu de réseaux de pose des nouveaux équipements. Cette remarque est d autant plus vraie dans le secteur pavillonnaire. De plus, l implémentation de solutions innovantes suppose effectivement l intervention de nouveaux acteurs, mais aussi bien souvent de plusieurs corps d état pour la mise en place d un produit donné. Pour exemple, le système de chauffage nécessite l intervention de 2 corps d état que sont le chauffagiste et le plâtrier. L enchainement des lots suppose par conséquent un travail de coordination entre les différents intervenants nettement plus important afin d éviter les retards. La gestion globale du chantier est donc fortement impactée et nécessite un réel travail d adaptation LES ATTENTES D une manière générale la pose en rénovation n est pas bien prise en compte lors de la conception même des produits, la plupart ne s intéressant essentiellement qu à la rénovation lourde et le neuf. Les produits demandent à être plus élaborés en usine en intégrant la pose dans le processus de fabrication, de manière à utiliser une main d œuvre moins qualifiée et donc plus accessible. La mise en place de plusieurs équipements qui nécessitent une intégration dans le bâti, peut être une gêne non négligeable pour le particulier, et un frein à la décision d achat. La disponibilité des produits compacts (ex : système global intégré) doit par conséquent être étendue à plus de distributeurs et leur mise en œuvre simplifiée. Enfin il est nécessaire de réduire : o le nombre de corps d état nécessaire pour l installation des différents équipements, o les coûts des produits. 3.3 SYNTHESE : CONTRAINTES ET DIFFICULTES DE MISE EN ŒUVRE RENCONTREES AVANT LES TRAVAUX Préparation chantier différente par rapport aux chantiers habituels. Nouveaux interlocuteurs, nouveaux produits à intégrer dans les procédures. Obligation d une étude thermique pour tenir compte de l isolation existante. Détermination de la puissance de la PAC indissociable de l isolation du bâti. Etude de l implantation (découplée) de la PAC et de la VMC double flux difficile. Distribution aéraulique double et donc contraignante pour une implantation dans l existant. Nécessité d un relevé de l existant pour déterminer les passages des gaines. Aménagement des pièces techniques pour les équipements rendant l utilisation de l espace discutable PENDANT LES TRAVAUX Système de chauffage nécessitant l intervention de deux corps d état (chauffagiste et plâtrier), ce qui a conduit à un retard de chantier dû à une indisponibilité du plâtrier.

37 37/52 Difficulté de distribuer en plénum les volumes avec retour en L (appoint nécessaire dans le séjour). Difficulté de trouver les matériaux spécifiques (étanchéité à l air). Mise en place de l étanchéité à l air contraignante. Isolation par l extérieur, une grande diversité de points particuliers reste à traiter et à définir (traitement de : baies, volets battants, égout, couronnement de pignon, haut de façades). Dégradation au niveau du second œuvre du rez-de-chaussée. Les interventions nouvelles et inhabituelles demandent une gestion du chantier différente. Terrassement mise en place de la cuve de récupération d eau de pluie avec dégradation des abords. La coordination entre les différents intervenants est obligatoire LES ATTENTES CONCERNANT LES PROJETS A VENIR La pose en rénovation n est pas bien prise en compte lors de la conception des produits. La plupart des produits intéressent essentiellement la rénovation lourde et le neuf. Leur coût reste encore trop élevé. Les produits demandent à être plus élaborés en usine en intégrant la pose dans le processus de fabrication, de manière à utiliser une main d œuvre moins qualifiée et donc plus accessible. Ils doivent permettre l utilisation de main d œuvre intégrée. Il y a peu de réseaux de pose de ces nouveaux équipements, surtout pour le secteur pavillonnaire. Il faut réduire le nombre de corps d état pour l installation des différents équipements. La mise en place de plusieurs équipements qui nécessitent une intégration dans le bâti peut être une gêne non négligeable pour le particulier, et être un frein à la décision d achat. La disponibilité des produits doit être étendue à plus de distributeurs, il faut les rendre plus simple de mise en œuvre. 3.4 CONCLUSION Les problèmes pour la mise en œuvre de matériaux et de systèmes amenant une amélioration de la performance énergétique sont récurrents dans le domaine de la rénovation. On retrouve ainsi les problèmes de coût élevé des matériaux, du manque de qualification du personnel pour la mise en œuvre et de la difficulté d approvisionnement. Ce cas d étude en est le révélateur. Cette opération de réhabilitation a été particulièrement riche d enseignement. Elle a notamment permis de mettre en avant : - un ensemble de recommandations pour la mise en œuvre et l organisation du chantier. - des attentes tournées vers les industriels : vers des produits adaptés à la réhabilitation

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39 39/52 4. VERIFICATION DE LA QUALITE EFFECTIVE La réhabilitation de cette maison située à Saint-Fargeau-Ponthierry en Seine et Marne (77) s est achevée début avril Afin de vérifier la qualité effective de ce bâtiment après travaux, un suivi des consommations énergétiques est programmé sur deux ans et des tests à la réception ont été réalisés : une mesure de perméabilité à l air par le principe de la porte soufflante, une détection de fuites et de défauts d isolation de l enveloppe par thermographie infrarouge. Ces mesures ont été réalisées par les équipes de la division énergie du CSTB de Champs sur Marne. 4.1 MESURE DE PERMEABILITE A L AIR A la réception du chantier, il a été demandé au CSTB de caractériser expérimentalement l étanchéité à l air de la maison. Cette caractérisation expérimentale est couplée à des mesures de thermographie infrarouge devant permettre de déceler les défauts d étanchéité et de proposer des pistes d amélioration de la perméabilité à l air de la maison. Cette analyse a pour objectif de bien appréhender l impact de la perméabilité à l air dans les déperditions énergétiques dues au renouvellement d air. Cette estimation de la perméabilité à l air permettra par ailleurs de situer cette maison par rapport aux valeurs dans la réglementation thermique et aux valeurs européennes LE PROTOCOLE EXPERIMENTAL Les mesures ont été réalisées à l aide d un dispositif de mesure de perméabilité à l air intitulé «fausse porte Minneapolis» ou «Minneapolis Blower door». La technique de mesure de perméabilité à l air consiste à mettre en dépression ou en surpression le local de manière à mesurer le débit de fuite après avoir obturé les passages d air spécifiques de ventilation. On installe la «fausse-porte» faite d'une armature rigide (ajustable aux différentes dimensions de la porte) et d'une toile hermétique à l emplacement de la porte d entrée ou sur l un des ouvrants. Le dispositif expérimental est constitué d un ventilateur à vitesse variable muni de diaphragmes d adaptation pour réguler le débit d air extrait. Le tout est connecté à un automate relié à un ordinateur équipé d un logiciel de commande et d acquisition de données (voir Figure 1).

40 40/52 Figure 1 : vue du dispositif expérimental CARACTERISATION DE LA PERMEABILITE DE LA MAISON INDIVIDUELLE La perméabilité à l air de cette maison individuelle a ainsi été évaluée entre 1,5 à 1,65 m 3 /h.m 2 d enveloppe extérieure sous 4 Pa (valeurs volets fermés et volets ouverts). Ces valeurs sont plus importantes que la valeur de référence qui est de 0,8 m 3 /h.m 2 dans la RT2005 pour une maison individuelle neuve (cf. Figure 2 pour visualiser les références en termes de perméabilité à l air des maisons individuelles). BBC-Effinergie Bâtiments neufs Valeurs conventionnelles RT existant 2.5 Figure 2 : Echelle d appréciation du CETE de Lyon Cela peut s expliquer par le fait que l enveloppe du premier niveau de la maison n a pas été réhabilitée. La recherche des fuites via des fumigènes et la thermographie infra rouge a permis de localiser des défauts d étanchéités, notamment au niveau de la trappe d accès au comble, des équipements électriques ou encore autour des menuiseries du rez-de-chaussée n ayant pas subi de travaux d étanchéités particulières. Le renforcement de l étanchéité à l air de l ensemble de ces éléments permettra sûrement d obtenir une meilleure perméabilité à l air de cette maison.

41 41/52 Le détail de la caractérisation de la perméabilité à l air de la maison de Saint-Fargeau- Ponthierry est décrit dans l annexe DIAGNOSTIC THERMIQUE PAR THERMOGRAPHIE INFRAROUGE PRINCIPE DE DETECTION DES FUITES ET DES DEPERDITIONS PAR L ENVELOPPE PAR THERMOGRAPHIE INFRAROUGE La thermographie infrarouge est une technologie non intrusive permettant d obtenir l image thermique d une scène donnée. Dans le secteur du bâtiment, elle permet d obtenir une visualisation de la température des parois et de déceler les anomalies thermiques invisibles à l œil nu telles que ponts thermiques, défauts d isolation ou d étanchéité ou bien encore la présence d humidité. Les mesures ont été réalisées à l aide d une caméra thermique et les images retraitées avec un logiciel de post traitement adapté. La détection des fuites et des déperditions par l enveloppe est réalisée en deux étapes : Etape 1 : caméra IR Un premier diagnostic complet est tout d abord réalisé afin de détecter les anomalies thermiques éventuelles. Selon une approche classique, l extérieur et l intérieur de la maison sont méthodiquement scrutées à l aide de la camera thermique afin d identifier toute inhomogénéité non justifiée du champ de température. Etape 2 : caméra IR + mise en dépression de la maison Dans un second temps, le premier diagnostic est affiné ou complété par le couplage des mesures par thermographie infrarouge à une dépressurisation de la maison (environ 50Pa). Cette dépressurisation est réalisée à l aide du dispositif utilisé pour la réalisation de la mesure de perméabilité à l air et décrit dans l annexe 1. Lorsque le bâtiment est en dépression et que l écart de température avec l extérieur est suffisant (température extérieure au moins de l ordre d une dizaine de degré inférieure à la température intérieure), les infiltrations d air froid à travers l enveloppe vont localement abaisser le niveau de température des parois dans les zones de défaut d étanchéité. Comme précisé précédemment, ce couplage permet de compléter et d affiner le premier diagnostic réalisé sans dépressurisation de la maison, la visualisation des défauts d étanchéité étant très nettement améliorée.

42 42/ SYNTHESE DES OBSERVATIONS ET RECOMMANDATIONS Les mesures par thermographie infrarouge ont été réalisées le mercredi 23 avril à partir de 10h00. La maison a été préalablement mise en chauffe quelques jours auparavant à une température de consigne de 21 C constante. Les tests réalisés ont permis dans un premier temps de : vérifier qualitativement les limitations des ponts thermiques dus à l ossature métallique grâce à une isolation par l extérieur, vérifier qualitativement la performance du système d œillets adhésifs utilisés pour le passage de la pieuvre électrique au travers de la membrane d étanchéité. Ces tests ont de plus permis l identification d un certains nombre d anomalies thermiques, relativement classiques. Ces dernières sont restituées dans le Tableau 5 ainsi que des suggestions d actions correctives. Nature de l anomalie thermique Défaut d isolation Défaut d isolation Localisation Signature thermique sur le toit (façade rue) Puits de lumière Action corrective Repositionnement de l isolant Pont thermique Défaut d étanchéité Défaut d étanchéité Fenêtre de la salle de bain RDC Fenêtre de la cuisine RDC Coffres de volet roulant Mise en place du cadre prévu initialement Amélioration de l étanchéité de la jonction (remplacement / repositionnement des joints) Défaut d étanchéité Prises électriques RDC Action corrective locale à identifier Défaut d étanchéité Trappe d accès aux combles perdus (étage) Calfeutrage Tableau 5 : Anomalies thermiques et actions correctives associées CONCLUSION L ensemble des mesures réalisées à l aide de la thermographie infrarouge et couplées au système de mise en dépression du bâtiment, ont permis la réalisation d un diagnostic complet des anomalies thermiques du bâtiment. La réalisation de l ensemble des actions correctives suggérées permettra de manière certaine une amélioration de la performance énergétique globale du bâtiment. En outre, il apparait nécessaire de sensibiliser ou de former les différents acteurs de la rénovation à propos de l importance de l étanchéité à l air et des actions préventives et correctives liées aux défauts mis en évidence lors de ces essais. On peut également remarquer que les produits permettant de lutter contre ces défauts d étanchéité ne sont pas toujours disponibles sur le marché ; c est le cas par exemple de prises électriques étanches qui seraient à installer dans la partie existante du Rez-de-chaussée. Par ailleurs, le détail des mesures par thermographie infrarouge de la maison de Saint- Fargeau-Ponthierry est décrit dans l annexe 2.