Isolation thermique des planchers lourds

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1 Isolation thermique des planchers lourds Afin de répondre aux réglementations régionales sur la performance énergétique des bâtiments déjà d application ou qui le seront dans un avenir proche, le présent article examine la problématique de l isolation thermique des planchers dits lourds. Il existe une grande diversité d isolants permettant d isoler un plancher lourd: panneaux (laine minérale, mousse synthétique, verre cellulaire, ), mousse projetée (polyuréthane, p. ex.), béton léger (à base de granulés de polystyrène ou de vermiculite expansée, p. ex.), granules ou granulats en vrac (argile expansée, p. ex.). Dans tous les cas, il importe de veiller à la siccité de l isolant dont les performances seront réduites par la présence éventuelle d humidité. Susceptible de modifier sensiblement la conductivité thermique des matériaux, cette humidité peut provenir des couches sous-jacentes et migrer par capillarité au sein de l isolant, ou résulter de l eau utilisée pour le gâchage d un béton léger. Dans les deux cas, des dispositions constructives doivent être prises pour ne pas pénaliser la résistance thermique du complexe plancher. C est ainsi qu une distinction peut être faite, selon qu il s agit d un plancher sur terre-plein ou non. Plancher sur terre-plein Dans le cas d un plancher sur terre-plein, des membranes anticapillaires doivent être disposées sous et sur l isolant, de manière à freiner la migration d humidité et à réduire le risque d humidification directe (voir figures 1 et 2). Ce principe doit également être respecté lorsque l isolant est posé directement sous la chape (chape flottante). Il n est toutefois pas d application en présence de PUR projeté, qui doit toujours adhérer à son support. Plancher autoportant Le risque d humidification est moindre dans un plancher autoportant, en particulier lorsque l isolant se présente sous la forme de panneaux collés et/ou fixés mécaniquement à la sous-face de la dalle portante ou des hourdis. Le cas échéant, aucune disposition particulière n est à prendre, dans la mesure où le séchage des couches supérieures n est nullement entravé. La nécessité de prévoir une membrane anticapillaire entre l isolant et la chape lorsque cette dernière est flottante est, quant à elle, davantage dictée par la volonté d assurer une indépendance de la chape vis-à-vis de son support, d empêcher toute pénétration de laitance dans l isolant ou dans les joints entre les panneaux, voire de réduire le risque d humidification ultérieure du revêtement de sol (parquet, p. ex.). Fig. 1 Exemple de migration d humidité en provenance des terres ou des couches supérieures Fig. 2 Position éventuelle des membranes anticapillaires pour freiner la migration d humidité Revêtement de sol 2. Chape 3. Béton de fondation 4. Isolation thermique 5. Terre-plein 6. Eau en provenance du béton 7. Eau en provenance des terres 1. Revêtement de sol 2. Membrane 3. Chape armée 4. Béton de fondation 5. Isolation thermique 6. Terre-plein La pose d une membrane anticapillaire sous l isolant peut néanmoins s imposer lorsque les possibilités de séchage de la dalle sous-jacente sont réduites (finition étanche à la vapeur en sousface, p. ex.) ou lorsque la pression de vapeur régnant dans les locaux sous-jacents est importante (piscine, p. ex.). 48 DIMENSION

2 1. Isolation rigide 2. Membrane d étanchéité 3. Béton cellulaire 4. Revêtement de sol 5. Chape 6. Dalle en béton 7. Isolant Niveau maximum du terrain Niveau du terrain Niveau minimum du terrain Fig. 3 Exemple de collage de l isolant sous la dalle et du traitement du pont themique au moyen d un bloc isolant. Niveau d isolation thermique à atteindre par les planchers Dans les trois Régions, les exigences d isolation thermique des planchers sont exprimées au moyen du coefficient de transmission thermique maximal Umax (W/m 2 K) ou d une résistance thermique minimale Rmin (m 2 K/W). Les valeurs limites indiquées dans le tableau 1 ne sont cependant pas toujours comparables entre elles. En Région flamande, la résistance thermique du sol (conformément à la norme NBN EN ou au Rapport n 7 du CSTC) est prise en considération dans le calcul des planchers sur terre-plein, tandis qu elle ne l est pas en Wallonie ou à Bruxelles. Les valeurs U maximales exigées sont donc logiquement différentes pour ces deux dernières Régions. Choix de l auteur de projet et de l entreprise en charge des travaux Les réglementations thermiques sont l affaire de tous et il importe que l échange d informations entre les partenaires à l acte de bâtir soit optimal. En considérant leurs missions respectives, nous proposons ci-après quelques principes directeurs: l auteur de projet est normalement amené à: établir une composition de plancher répondant au minimum aux exigences de la réglementation en fonction de la situation rencontrée. Un calcul détaillé de la performance thermique de la composition concernée et une vérification de sa conformité aux exigences peuvent être réalisés grâce à des logiciels spécifiques communiquer à l entreprise la composition qu il a retenue en spécifiant la nature des matériaux et la résistance thermique de chacune des couches constitutives du plancher vérifier la conformité à la réglementation de toute composition alternative proposée par l entreprise ou le donneur d ordre Remarques Une attention particulière doit être accordée au traitement des raccords du plancher avec les parois verticales. Selon le système constructif choisi, la pose d un bloc isolant à la base des murs peut s avérer nécessaire afin d éviter tout pont thermique à cet endroit. Bien que leur conductivité thermique λ soit relativement faible à l état sec, les bétons légers sont généralement moins aptes à assurer à eux seuls l isolation thermique d un complexe plancher et à répondre aux exigences des réglementations lorsque les hauteurs disponibles sont réduites: selon ses performances (notamment), l épaisseur du béton léger est deux à quatre fois plus élevée que celle d un isolant traditionnel de résistance thermique équivalente (voir formule au 6) la quantité d eau utilisée pour la mise en œuvre du béton léger est souvent importante, de même que le temps de séchage requis pour atteindre l état de siccité attendu. Ce temps sera par ailleurs fortement tributaire de la perméabilité à la vapeur des couches supérieures et inférieures; il pourra se révéler particulièrement long en présence de membranes anticapillaires. Les membranes anticapillaires peuvent être constituées de films de polyéthylène d une épaisseur minimale de 0,2 mm posés avec un chevauchement de 20 cm. Elles ne constituent cependant pas une barrière suffisante face à la pression d eau. Lorsque l isolant est soumis à des charges (chape flottante, p. ex.), il importe de respecter les recommandations formulées dans la NIT 189 en matière de déformation sous charge et de résistance au poinçonnement. Certains panneaux d isolation pour chapes flottantes sont pourvus, dès leur fabrication, d une couche de protection permettant de se limiter au traitement des joints au moyen de bandes autocollantes. Lorsqu il s agit d un isolant projeté, une couche de protection peut être prévue en fonction des directives formulées dans l agrément technique (ATG). contrôler la qualité de la mise en œuvre et la conformité de la réalisation à ses prescriptions et/ou aux clauses contractuelles l entreprise en charge des travaux doit par ailleurs s engager à: répondre aux prescriptions du cahier spécial des charges en mettant en œuvre des matériaux conformes à ce dernier et ce, dans les épaisseurs prescrites éventuellement proposer une composition alternative (voir 6) permettant d atteindre au minimum la performance thermique TECHNIQUE DIMENSION 49

3 Tableau 1 Valeurs limites pour l isolation thermique des planchers. Type de plancher Flandre Wallonië Bruxelles Planchers en contact avec l environnement extérieur U max =0,6 Planchers sur terre-plein U max =1,2 U max =1,2 Autres planchers (au-dessus d un vide sanitaire ou d une cave en dehors du volume protégé, planchers de locaux enterrés): - Non a l abri du gel U max =0,6 - à l abri du gel U max =0,9 U max =0,9 (*) Le calcul de R min fait abstraction des résistances d échange R si en R se.r min correspond donc à la somme des résistances thermiques des différentes couches qui entrent dans la composition du planchet. prise en compte par l auteur de projet, et soumettre cette composition pour approbation à ce dernier. Variante proposée par l entreprise Si l entreprise en a la possibilité, elle peut soumettre à l auteur de projet une composition alternative dont le niveau de performance thermique (coefficient de transmission thermique U ou résistance thermique totale R T ) est respectivement inférieur ou supérieur à celui pris en compte dans le projet. Pour faciliter la tâche des professionnels dans leur choix, les tableaux ci-après indiquent la résistance thermique (en m 2 K/W) des isolants (tableau 2) et des bétons légers (tableau 3) en fonction de leur conductivité thermique et de leur épaisseur. Dans l éventualité où l entreprise propose une alternative pour Tableau 2 Résistance thermique des isolants (en m 2 K/W) en fonction de leur conductivité thermique et de leur épaisseur. La formule suivante permet de calculer la résistance thermique totale du plancher sur la base de la résistance thermique individuelle de chacune des couches: R T = R si + R 1 + R R n + R se Dans cette formule, on a: R T : la résistance thermique totale du plancher (en m 2 K/W) R si et R se : les résistances thermiques d échange, respectivement aux faces interne et externe du plancher (en m 2 K/W) R 1, R 2,, R n : la résistance thermique des différentes couches entrant dans la composition du plancher (en m 2 K/W) R i = d/λ i : la résistance thermique d une couche homogène i, calculée en rapportant son épaisseur (d, exprimée en m) à la conductivité thermique λi (W/mK) du matériau la constituant. Les alternatives susceptibles d être présentées portent essentiellement sur le remplacement et/ou la modification de l épaisseur de l isolant, voire de la couche éventuelle de béton léger, mais ne peuvent normalement pas concerner l élément porteur, sauf si ce dernier renferme une couche isolante. L entrepreneur peut dès lors le plus souvent se limiter à vérifier si, en divisant l épaisseur d par le coefficient λ, la résistance thermique ainsi obtenue pour la couche dont il propose le remplacement est effectivement supérieure à celle retenue par l auteur de projet. A toutes fins utiles, nous présentons aux tableaux 1bis et 2bis de les valeurs λ courantes pour les isolants thermiques et les différents types de béton léger susceptibles d être mis en œuvre dans les planchers. λ [W/mK] 0,025 0,026 0,027 0,028 0,029 0,030 0,031 0,032 0,033 0,034 0,035 0,036 0,037 0,038 0,039 0,040 0,041 0,042 0,043 0,044 0,045 0,046 0,047 0,048 0,049 0, ,74 0,69 0,53 0,51 0,49 3 1,20 1,15 1,07 1,03 0,97 0,94 0,91 0,86 0,81 0,73 0,70 0,64 Epaisseur [cm] 4 1,60 1,54 1,48 1,38 1,33 1,29 1,21 1,18 1,14 1,05 1,03 0,98 0,95 0,91 0,89 0,87 0,85 0,82 5 1,92 1,85 1,79 1,72 1,61 1,56 1,52 1,47 1,39 1,35 1,32 1,28 1,22 1,19 1,16 1,14 1,09 1,06 1,04 1,02 6 2,40 2,31 2,22 2,14 2,07 1,94 1,88 1,82 1,76 1,71 1,62 1,58 1,54 1,50 1,46 1,40 1,36 1,33 1,30 1,28 1,22 1,20 7 2,80 2,69 2,59 2,50 2,41 2,33 2,26 2,19 2,12 2,06 1,94 1,89 1,84 1,79 1,75 1,71 1,63 1,59 1,56 1,52 1,49 1,46 1,40 50 DIMENSION

4 Tableau 3 Résistance thermique des béton légers (en m 2 K/W) en fonction de leur conductivité thermique et de leur épaisseur. λ [W/mK] 0,12 0,13 0,14 0,15 0,16 0,17 0,18 0,19 0,20 0,21 0,22 0,23 0,24 0,25 0,26 0, ,53 0, ,92 0,85 0,73 0,69 0,62 0,55 03,52 Epaisseur [cm] 12 0,92 0,86 0, ,87 0,81 0,76 0,72 0,62 Tableau 4 Possibilités s offrant aux entreprises Matériax ( 1 ) Epaisseur ( 1 ) λ ( 1 ) 1 V V V 2 V V plus favorable ou équivalent 3 X V V 4 X V plus favorable ou équivalent 5 V plus faible plus favorable ( 3 ) 14 1,17 0,82 0,78 0,74 0,70 0, ,15 1,07 0,94 deux ou plusieurs couches entrant dans la composition du plancher, elle veillera à ce que la somme des résistances thermiques de ces différentes couches soit supérieure à celle retenue dans le projet. En guise de conclusion, les possibilités s offrant à l entreprise sont multiples (voir tableau 4). Rapellons que lorsqu elle apporte une modification à la composition spécifiée au cahier des charges, il convient de la soumettre pour approbation à l auteur de projet. Remarques Dans le cas où des fixations mécaniques en métal traversent l isolant (p. ex. fixation de l isolant à la face inférieure du plancher porteur), il y a lieu de calculer les répercussions de ces fixations sur la résistance thermique de la couche isolante. La conductivité thermique (λ) d un béton léger est notamment fonction de sa masse volumique et de son degré de siccité. Si une des couches du plancher est constituée par un béton léger, il y a lieu de retenir une composition telle que la masse volumique de ce dernier soit en concordance avec la valeur λ considérée dans les calculs. Il est recommandé de recourir à des bétons légers disposant d un agrément technique. Dans tous les cas, la conductivité thermique du béton léger doit être définie selon une approche statistique λ 90/90 (*) conformément aux réglementations en vigueur (cf. la NBN B ). La valeur λ à utiliser dans les calculs est déterminée à partir de la valeur λ déclarée à l état sec mesurée selon la norme NBN EN 1745, et en tenant compte des taux d humidité du matériau relatifs à l application envisagée. Le calcul statistique est réalisé conformément à la norme NBN EN ISO (*) Probabilité de 90% que 90% de la production ait une valeur λ plus petite ou égale à la valeur déclarée. ( 1 ) V: Conforme aux prescriptions de l auteur de projet; X: différent des prescriptions de l auteur de projet. λ plus faible ( 3 ) λ plus faible, de manière à ce que la résistance thermique R soit plus élevée. M. Wagneur, ing., directeur de l Information, CSTC O. Vandooren, ing., chef du département Communication et Gestion, CSTC 52 DIMENSION

5 Conductivité thermique des matériaux Définition Tout matériau de construction homogène est caractérisé par un coefficient de conductivité thermique (λ, exprimé en W/mK) qui indique le flux thermique par m 2 traversant le matériau de 1 mètre d épaisseur soumis à une différence de température de 1 K. En d autres termes, un matériau sera d autant plus isolant que sa valeur λ est faible. Une distinction est faite entre la valeur λ déclarée d un produit et la valeur λ de calcul: valeur déclarée λ D (en W/mK): valeur attendue de la conductivité thermique d un matériau ou d un produit qui: - est évaluée à partir des valeurs mesurées dans des conditions de référence (température et humidité notamment) Matériaux d isolation Chaleur massique c Valeurs λ Ui Valeurs λ Ui par défaut (fabriqués en usine) [J/(kg.K)] [W/(m.K)] [W/(m.K)] ( 3 ) Laine minérale (panneaux, matelas) (MW) ,031-0,044 0,045 Polystyrène expansé (plaques) (EPS) ,031-0,045 0,045 Polyéthylène extrudé (plaques) (PEF) ,035-0,045 0,045 Polystyrène extrudé (plaques) (XPS) ,028-0,038 0,040 Polyuréthanne (plaques revêtues) (PUR/PIR) ,023-0,029 0,035 Mousse phénolique (plaques) (PF) ,022-0,038 0,045 ( 4 ) Verre cellulaire (plaques) (CG) ,038-0,050 0,055 Perlite expansée (plaques) (EPB) 900 0,052-0,055 0,060 Liège (panneaux) (ICB) ,050 Vermiculite expansée (panneaux) 900-0,090 ( 1 ) L exposition directe de ces matériaux aux conditions climatiques extérieures n est pas recommandée, sauf si un agrément technique a été délivré pour une application adéquate, précisant la valeur de calcul à utiliser. Les valeurs mentionnées dans cette colonne à titre d information sont les valeurs les plus basses et les plus hautes fournies par les spécifications techniques européennes de l EOTA (European Organisation for Technical Approvals), les déclarations volontaires de qualité ATG (agréments techniques de l UBAtc - Union belge pour l agrément technique dans la construction) ou les certificats Keymark du CEN (Comité européen de normalisation), quels que soient l application et les autres facteurs d influence éventuels. ( 3 ) Les valeurs λ Ui par défaut sont à utiliser en l absence d informations précises sur les caractéristiques thermiques du produit. ( 4 ) Cette valeur est ramenée à 0,030 W/mK pour les plaques d isolation revêtues en mousse phénolique à cellules fermées. Tableau 1bis Valeurs λ Ui des matériaux d isolation thermique ( 1 ). Béton léger Dalles pleines ( 1 ) ou chapes en béton d argile expansée, en béton cellulaire, en béton de laitier, de vermiculite, de liège, de perlite, de polystyrène,... Massa volumique ρ(kg/m 3 ) ρ < ρ ρ ρ ρ ρ ρ ρ ρ ρ ρ ρ ρ ρ ρ ρ 1199 Valeurs λ Ui [W/(m.K)] 0,12 0,14 0,15 0,16 0,17 0,18 0,20 0,21 0,22 0,23 0,24 0,25 Valeurs λ Ue [W/(m.K)] ( 1 ) Lorsque les dalle sont pourvues d une armature parallèle au sens du flux thermique (collies, treillis, p.ex.), la déperdition thermique est incluse dans la valeur U du sol, de la toiture ou de la paroi, calculée selon la NBN EN L exposition directe de ces matériaux aux conditions climatiques extérieures est à éviter, sauf si un agrément technique a été délivré pour une application adéquate, précisant la valeur de calcul à utiliser. ( 3 ) Béton léger présentant une chaleur massique de 1000 J/kg.K. - est exprimée par un fractile fixé, avec un certain degré de fiabilité - correspond à une durée de vie raisonnable, dans des circonstances normales pour un bâtiment valeur de calcul λ U (en W/mK): valeur de la conductivité thermique d un matériau ou d un produit, dans des conditions intérieures ou extérieures pouvant être considérées comme typiques de l utilisation du matériau ou du produit mis en œuvre dans une paroi de bâtiment. La valeur de calcul λ Ui est utilisée pour les applications intérieures (matériau sec) et la valeur λ Ue pour les applications extérieures (matériau potentiellement humide). Valeurs λ à considérer dans les calculs Les tableaux 1bis et 2bis présentent les valeurs l courantes des isolants thermiques et des bétons légers susceptibles d être mis en œuvre dans les planchers. Des informations sur les produits à utiliser dans le cadre de la réglementation sur la performance énergétique des bâtiments (PEB) sont également disponibles dans la base de données de produits PEB (www. epbd.be) soutenue par les trois Régions du pays. < Tableau 2bis Valeurs λ Ui -en λ Ue du béton léger ( 3 ) DIMENSION 53