Logements collectifs sociaux « passifs » tout bois. Retour d’Expérience

François BOURMAUD, Associé Fondateur, et Damien LAMBERT, gérant du BET AMOES

C’est un retour d’expérience significatif avec une conception globale - enveloppe + équipements - alliant performances énergétiques et environnementales que revêt cette opération de construction neuve de 17 logements collectifs sociaux. Avec de plus un coût de travaux nettement maîtrisé à moins de 1.885€HT/m²SHAB !

Une référence exemplaire qui a reçu le trophée de l'Ingénierie Performante au salon Interclima+élec 2017 (concours CFP/ICO). C’est le prix de la conception globale qui a été décerné à AMOES par François Guillot, Président de l'OPQIBI. Ce prix prend en compte l'innovation, la pertinence des équipements techniques mais aussi la recherche de cohérence globale : travail sur le bâti, isolation, gestion des apports thermiques...

L'opération de construction de 17 logements collectifs sociaux et locaux d'activité passifs à R+5 tout bois, revêt les particularités suivantes :
- Un coût travaux maîtrisé et donc reproductible à moins de 1.885€HT/m²SHAB pour un bâtiment collectif social, passif et entièrement en structure bois,
- Une performance énergétique atteignant le Cep=50kWh.ep/m².a du Plan Climat Paris sans recours aux énergies renouvelables, basée sur une optimisation des plans, de l'enveloppe et une efficacité des systèmes énergétiques mis en œuvre,
- Une garantie de résultat donnée par la construction passive intégrant une maîtrise en coût global du bâtiment notamment sur les postes P1/P2/P3, limitant les charges en entretien et maintenance au strict minimum, sans intervention courante à prévoir en logement,
- Une construction bois à R+5 basée sur les techniques traditionnelles en ossature bois sans recours aux systèmes CLT pour les murs,
- Une approche globale intégrant les questions de résilience urbaine, d'adaptation au changement climatique, d'approche type ACV du bâtiment, de valorisation de la biodiversité et des usages partagés.

Opération en milieu urbain dense de centre ville avec accès contraint et parcelle étroite.
17 logements sociaux en PLUS PLATS et PLI (7T1/4T2/4T3/1T4/1T5) + 2 locaux d'activités (50+60 SU) – pas de parking / local vélo (25m²). Emprise parcelle = 350m². Emprise bâtiment = 260m² – Hauteur = 19,35m. SHAB + SU = 940m² / SdP = 1.030m².
Certifications : Cerqual Qualitel H&E profil A, Label bâtiment biosourcé, Certification Passiv Haus.
Cep projet = 50kWh.ep/m²a sans ENR.
Projet lauréat BEPOS/BEPAS 2013 ADEME IDF. Projet lauréat OFF DD 2015.
Coût de l'opération : 1.850.000 €HT dont 60.000 €Ht de démolition existant + désamiantage.
Durée prévisionnelle du chantier compris démolition = 13 mois.

I.1 Caractéristiques constructives
Bâtiment à R+5 classé en 3e famille A. Bâtiment tout ossature bois sur 6 niveaux.
Fondation béton – dalle portée sur massifs isolés. Escalier autoportant en béton préfabriqué. Cage d'ascenseur autoportante en CLT. Murs en ossature 200x45 / plancher à double solivage - CLT à R+1. Balcons en structure métallique. Toiture terrasse principale non accessible en membrane FPO, toitures terrasses accessibles (R+1 et R+5) sur support CLT.
Doublages verticaux REi60 avec 2xBA18KHD de chez Knauf, doublages horizontaux Ei60 en 2xBA13placoflam de chez Placoplâtre, chapes sèches Fermacell de 30mm sur FB de 10.
Menuiseries extérieures bois 3plis en pin sylvestre - carrelets de 90mm – triple vitrage- avec Uw moyen inférieur à 0,85W/m².K. Volets coulissants bois en façade. Le projet est conçu pour un montage en mur fermé équipé des menuiseries et bardé atelier.
Bardage à clins M2 et M3 en bois massif pré-grisaillé (mélèze et douglas). Volume bois de la construction = environ 350m³.

I.2 Caractéristiques thermiques
Choix porté sur la certification passive plutôt que Minergie initialement demandée, jugée plus efficiente et plus proche des valeurs énergétiques françaises (conversion eu/ep).
Le bâtiment répond aux objectifs plan Climat de 50kWh.ep/m².a sans recours aux énergies renouvelables.
Le U moyen de l’enveloppe bâtie est de 0,278W/m²K (R=3,60W/m²K), avec un Up moyen des parois opaques à Up=0,138W/m²K (R= 7,25m²K/W).
Bbio de 21,80 pour un Bbio max de 72,50 (gain de 69,93%).
Un suivi sur trois ans des consommations énergétiques sur les 5 postes RT est prévu dans le cadre du programme ADEME.

II.1. Fondations
Les fondations sont 4 à 5 fois moins conséquentes sur un bâtiment bois que sur un bâtiment béton (100kg/m² pour un plancher bois contre 500kg/m² pour un plancher béton).

Sur le projet, les fondations sont conçues en dalles portées sur massifs isolés. Les dalles et longrines sont complètement isolées avec 220mm de XPS TH29. Les trois points singuliers qu'il a fallu gérer sont les suivants :

1- L'isolation périphérique de la dalle au droit des mitoyens afin de pouvoir justifier d'une résistance à la compression éventuelle générée par les poussées latérales. La résistance à la compression de l'isolant Polyfoam D350 offre une résistance à la compression >185kPa. L'isolant a été utilisé en coffrage des longrines.

Détails sur coffrage des longrines avec XPS

2 - L'optimisation des ponts thermiques au droit des massifs de fondation a été faite en réduisant les ponts thermiques linéaires au droit des connexions longrines massifs en interposant des poteaux de transmission de charge entre longrines et semelles de fondation de manière à transformer des ponts thermiques linéaires en pont thermiques ponctuels : 19 ponts thermiques ponctuels.

Vue en plan fondations

Ponts thermiques ponctuels sur dalle + longrines isolées

3 - La continuité de l'isolation entre les murs bois et les talonnettes béton a fait l'objet d'un détail et d'un traitement spécifique : isolation des talonnettes avec 140mm de XPS habillé en finition de tôle acier galvanisé, décalage du mur bois / talonnettes et alignement de l'ITE de 60mm en laine de roche avec l'isolation périmétrique des talonnettes.

Détail raccord talonnette et mur bois au droit d'un seuil de porte

II.2. Structure
La conductivité thermique des murs mis en œuvre est comprise entre un U=0,115W/m²K à RdC et un U=0,135W/m²K en parties courantes soit 26 cm d'isolant TH32.
La mise en œuvre des murs est conforme à l'IT249 avec mise en œuvre en ITE d'un isolant As1d0 – laine de roche Th35 de 60mm. Le contre liteaunage de l'ossature de bardage est dans la mesure du possible décalée par rapport aux montants principaux pour limiter les ponts thermiques.

Les ponts thermiques difficiles à optimiser notamment suivant l'exigence de préfabrication des murs bois en murs fermés et l'IT249 avec mise en œuvre de bavette de recoupement entre chaque niveau concernent les raccords entre murs au droit des planchers.

Vue en plan composition de mur MOB en 45x200 (SOCOPA)

Vue en coupe composition plancher à double solivage et façade (SOCOPA)

II.3 Menuiseries
Les menuiseries mise en œuvre dans le projet sont des menuiseries bois avec Uw<0,85W/m²K. Avec Ug<0,6W/m²K (Planitherm Lux) avec Tl>73% et g=0,63, intercalaire avec 0,032W/mK (SwissSpacerV) et Uf moyen<1,11W/m²K en carrelets bois de 90mm.

Vue en coupe - détail sur menuiseries isolées (SOCOPA). Isolation des dormants.

Doublage sur menuiseries extérieures

II.4 Toiture
La toiture est isolée avec un U= 0,08W/m²K (R=12,50) soit environ 30cm d'isolant. Le DTU série 43.4 (Toiture terrasse support bois) impose une isolation positionnée au dessus du pare-vapeur lui-même posé au dessus de panneau porteur. Cette règle peut générer des impacts importants sur la hauteur finie du bâtiment avec des complexe de toiture pouvant atteindre en technique solivage des épaisseurs finies comprises entre 60 et 80cm en prenant en compte les règles de pentes (>3%).

PT de mise en œuvre menuiserie [Protokollband 37, 2009]

Le document RAGE permet de réduire cette épaisseur en autorisant l'application de la règle des 1/3 – 2/3 pour les complexe de toiture terrasse sur support bois.

Le revêtement d'étanchéité est traité ici avec une membrane PVC à haut pouvoir de réflectance solaire (cool roof) caractérisée par un albédo>0 ,8. Cette membrane permet de lutter contre les effets d'ilot de chaleur et réduit la surchauffe d'été.

Vue de la toiture "Cool Roof"

II.5 Ascenseur
La cage d'ascenseur a été intégrée au volume chauffé et étanche à l'air du bâtiment. La Fédération des ascenseurs dans son dossier technique ventilation de gaine d'ascenseur d'avril 2012, valide la possibilité d'assurer la ventilation haute de la gaine par une ventilation mécanique.

Principe de ventilation de la trémie d’ascenseur raccordée à l’installation de VMC Double-flux du bâtiment. [Fédération ascenseurs, 2012]

La cage d'ascenseur est ici réalisée entièrement en CLT.

II.6 Etanchéité à l'air
3 tests d'étanchéité à l'air sont prévus sur le projet :
1- un test à réception du clos et couvert des entreprises de gros œuvre (2 macro lots – Gros œuvre fondation et Clos couvert construction bois),
2 – un test intermédiaire à réception du logement témoin par les entreprises de second œuvre et des lots techniques,
3 – un test définitif.

Contrairement aux indications du guide d'application de la norme EN 13829, le GA P50-784, le test est réalisé sur l'ensemble de l'enveloppe chauffée complète (cage d'ascenseur inclue), et non sur un échantillonnage de logements [GA P50-784]. Ce point a fait l'objet d'une validation préalable par l'organisme certificateur de la RT [CEREMA, 2014].

Une réunion de sensibilisation des entreprises de second œuvre et des lots techniques (chefs de chantier) a été faite afin de les former aux impératifs d'étanchéité à l'air du bâtiment.

Réunion de sensibilisation à l’étanchéité à l’air des entreprises, Test à la porte soufflante et détail traitement étanchéité à l'air sur mur bois : pare vapeur, pastilles d'étanchéité à l'air, passage de gaine, scotch.

Les résultats du premier test ont donné les performances suivantes :
Volume testé: 3.230m³
Exigence certification passive : 0,60N-1 sous 50Pa

Résultat réception clos couvert :
Q4 : 0,17m³/(h.m²)
N50 : 0,29 vol/h

Les détails d'étanchéité à l'air ainsi que la définition et la délimitation de l'enveloppe étanche à l'air ont été définis dans le DCE maîtrise d'œuvre.

III.1 Suppression du bi-débit dans les cuisines (ventilation double-flux)
En France, il est systématique de prévoir un bi-débit en cuisine, et ce afin de respecter l’arrêté du 24 mars 1982. Dans une installation de ventilation double-flux collective, cela complexifie grandement l’installation, avec la mise en place de registres motorisés à l’entrée des logements (soufflage, extraction), et une commande électrique de ces registres avec un interrupteur situé en cuisine (bouche cuisine non auto-réglable). Cela introduit également un risque de pannes, et une maintenance nécessaire des moteurs des registres.

Après analyse précise des textes réglementaires régissant la conception d’une installation de ventilation – l’arrêté du 24 mars 1982 et le DTU 68.3 – il s’avère possible de simplifier l’installation et de supprimer le bi-débit temporisé en cuisine. Toutefois, il convient de conserver un « dispositif individuels de réglage » permettant de modifier le débit dans le logement ; c’est la seule vraie exigence définie par l’article 4 de l’arrêté [Arrêté,1982].
Ni l’arrêté ni le DTU n’impose la mise en place d’une commande accessible facilement en logement. Enfin, un avis technique sur le dispositif est nécessaire seulement dans le cas d’une modulation automatique des débits.

Techniquement, la solution consiste donc à prévoir des registres non motorisés mais qui restent réglables manuellement. Certains fabricants (Trox, Schako…) proposent ce type de produit, la motorisation étant une option. En pratique, le débit est alors constant dans le logement, mais « si nécessaire » on peut modifier le réglage. Des hottes à recyclage (charbon actif) ont été installées pour permettre le traitement des odeurs de cuisine.

Registre de ventilation à plage de débit réglable – en option, motorisation pour un bi-débit [Trox VFC, 2015]
Registre de ventilation à l’entrée de chaque logement, soufflage et extraction.

La suppression de la motorisation des registres, de l’interrupteur temporisé en cuisine et son câble induit une moins-value d’environ 500€/logement.
Le choix de registres qui restent réglables manuellement a été fait pour respecter l’article 4 de l’arrêté de 1982, car on sait qu’en pratique le grand débit (et donc le bi-débit) n’est très utile :

- d’une part, le grand débit n’est pas suffisant pour évacuer les odeurs de cuisine et l’humidité en une courte durée. Un débit plus important, de 300 m³/h à 600 m³/h rendra efficiente le traitement des odeurs, et ce via une hotte de cuisine à recyclage.
- d’autre part, la commande n’est pratiquement jamais utilisée par les occupants. Une campagne de mesures sur un bâtiment de 17 logements a montré qu’à l’exception d’un logement utilisant la commande une fois tous les 3 jours, tous les autres logements ne l’utilisent jamais ou presque jamais (13 fois maximum dans l’année) [ENERTECH, 2004]

III.2 Schéma hydraulique avec ballons ECS individuel à échangeur – implications
La distribution de chaleur est constituée par 1 unique boucle d’eau chaude permettant à la fois le chauffage et la production d’ECS de façon individuelle dans chaque logement. La production d’ECS est assurée par des ballons individuels d’ECS, munis d’un serpentin hydraulique irrigué par le réseau de chauffage.
Pour les raisons ayant conduit à ce choix, voir l’article « Conception de 17 logements collectifs sociaux passifs tout bois R+5 à Montreuil, § II.2 La suppression du réseau bouclé d’ECS » [Guide l’essentiel, Passibat 2014].

Schéma de principe – Boucle unique d’eau chaude

Les calculs d’exécution ont mis en évidence la nécessité de mettre en place une bouteille de découplage et un circulateur secondaire en tête de réseau. La raison principale à cela est d’assurer le débit d’irrigation minimal exigé par le fabricant de ballon, soit 300 L/h/ballon. Cela devient prépondérant devant le débit nécessaire pour les émetteurs de chaleur (batterie et sèche-serviettes) de l’ordre de 30 à 80 L/h/logement.
Une simulation dynamique du fonctionnement de chauffe des ballons va être réalisée pour évaluer l’effet d’un débit secondaire (6 m³/h) bien supérieur à celui du primaire (1,5 m³/h), et une chute de température aux bornes des échangeurs des ballons qui peut être faible (de l’ordre de quelques degrés).

Encombrement du soffite : 2 conduits de VMC cuisine, 2 conduites de chauffage, 1 conduite d’eau froide

Autres conséquences techniques de l’utilisation de ces ballons individuels hydrauliques :
- la nécessité de prévoir un corps de vanne à faible perte de charge (Kvs = 5) pour assurer l’équilibrage hydraulique et des grands débits d’irrigation pour les ballons,
- un encombrement accru des soffites menant jusqu’à la cuisine, qui abritent à la fois les conduits de VMC de la bouche de cuisine et les conduites de chauffage vers le ballon,
- des consoles de fixation des ballons qui ne permettent pas un déport suffisant pour placer une jaquette isolante complémentaire. L’entreprise a donc créé une plaque de déport contre le mur, et la jaquette isolante sera de 50mm d’épaisseur au lieu de 100mm prévue initialement.

III.3 Autres retours d’expériences

III.3.1 Isolation des conduits de distribution VMC de soufflage
La chute de température de l’air chaud soufflé dans les conduits Zehnder comfotube et la déperdition induite peuvent être significatives (20 W/ml et 2,5 °C/ml à 45°C). Donc il a été décidé de calorifuger ces conduits par 25mm de calorifuge pour toute longueur supérieure à 1m.

Isolation des conduits de soufflage par 25mm

III.3.2 Acoustique
Dans un souci d’économie, les silencieux à l’entrée des logements ont été supprimés sur le réseau d’extraction, mais conservés sur le réseau de soufflage.

Silencieux à l’entrée du logement, sur le réseau de soufflage seulement

Au niveau de la bouche cuisine, le niveau de pression acoustique Lp est de est 29,2 dB(A) avec un silencieux et 32,2 dB(A) sans. Le silencieux n’est pas indispensable pour respecter le référentiel H&E (Ln(AT) <35 dB(A)). Il reste nécessaire si >

En revanche, au niveau des bouches de soufflage du séjour, le niveau de pression acoustique Lpf est de 30,2 dB(A) avec un silencieux et 31,5 dB(A) sans. Mêmes ordres de grandeur pour les bouches des chambres. Rappel du référentiel H&E : Ln(AT) < 30 dB(A) pour le séjour et les chambres.

III.3.3 Encombrement des faux-plafonds
Les faux-plafond dans l’entrée des logements sont très fortement encombrés, avec des matériels placés au chausse-pied. Des plans d’EXE précis sont incontournables.
La batterie circulaire offre l’avantage d’éviter des réduction/agrandissement et donc de gagner en encombrement.

Plans EXE CVC - Amoès

Encombrement en faux-plafond de l’entrée des logements & difficulté à mettre en œuvre le boîtier de douille électrique au centre de la pièce, du fait de l’encombrement.

Fait par François BOURMAUD, Associé Fondateur, et Damien LAMBERT, gérant du BET AMOES

Equipe de projet
Maître d'ouvrage : GIE Grand Paris Habitat pour OSICA (groupe SNI)
Equipe de Maîtrise d'oeuvre : A003architectes Stéphane COCHET architecte mandataire + Bruno GARNIER architecte associé, AMOES BE Fluides + Thermique, S2T BE structure + acoustique, Cabinet J.LOT économiste, AMO Cerqual : SOCOTEC, C2L pilotage OPC
EQUIPE D’ENTREPRISES EN MACROLOTS
Gros œuvre / VRD / Fondations / Démolition : Ent. CAVANNA, Clos-couvert / Structure bois : Ent. SOCOPA Constructions, Second œuvre : Ent. CGBAT, CVC/PBS : Ent. PIAZZA Bât, CFA/CFO : Ent. NIPL, Ascenseur : Ent. FAIN France

Bibliographie
• Protokollband 37, 2009. “Optimierungsstrategien für Fensterbauart und Solarapertur” – Optimisation de la pose des fenêtres et du profil de l’ouverture – Caractéristiques des menuiseries performantes, stratégies de conceptions (confort, lumière), triple vitrage, balcons en rénovation.
• RAGE, 2014. Isolation thermique des sous-faces des toitures chaudes à élément porteur en bois – Neuf
• Fédération ascenseurs, 2012. Dossier technique Ventilation de gaine d’ascenseurs.
• GA P50-784. Guide d'application de la norme EN 13829.
• CEREMA, 2014. Site gouvernemental traitant des questions d'étanchéité à l'air du bâtiment. Voir aussi le site d'Effinergie, rubrique FAQ.
• Trox VFC, 2015. Fiche technique Régulateur de débit Série VFC, pour systèmes à faible vitesse VFC.
• ENERTECH, 2004 : campagne de mesure sur un bâtiment de logements HQE®, programme ReStart, Evaluation des performances Suivi lourd Rapport final.
• Arrêté,1982. Arrêté du 24 mars 1982 modifié concernant les dispositions relatives à l'aération des logements.
• DTU 68.3, juin 2013. NF DTU 68.3 - Travaux de bâtiment - Installations de ventilation mécanique.
• Guide l’essentiel, Passibat 2014.

Source et lien