Phase avant-projet : Choix d'un système de couverture pour bâtiments à un seul niveau

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1 Phase avant-projet : Choix d'un système de couverture pour bâtiments à un seul Ce document décrit les principes de base à prendre en compte lors de la conception et des calculs relatifs à la sélection des toitures pour bâtiments à un seul, ainsi que les systèmes de couverture pouvant être utilisés. Sommaire 1. Considérations de conception 2 2. Systèmes de toiture en tôle profilée 3 3. Systèmes de toiture à membrane Références 22 Page 1

2 1. Considérations de conception Un grand nombre de facteurs entrent en ligne de compte lors la sélection d'un élément ou d'un système de toiture. Afin de satisfaire aux critères de conception de la toiture, il est essentiel de déterminer si les matériaux et le système sont adaptés pour une conception durable, à la situation du bâtiment et au climat environnant. Le coût est un facteur clé, mais il faut le considérer par rapport à la durée de vie totale des matériaux. Il convient également d'examiner d'autres critères tels que la réalisation des détails, l'entretien et la mise au rebus. Les principaux facteurs à prendre en compte lors de la sélection de produits et de systèmes de toiture peuvent être résumés comme suit : assurer la fonction élémentaire de protection face aux intempéries être agréable d'un point de vue esthétique offrir une variété de couleurs et de finitions fournir une isolation thermique satisfaisant la directive sur la performance énergétique des bâtiments en utilisant des règlementations de construction nationales satisfaire aux règlements en vigueur en matière de protection incendie, lesquels ont tendance à varier d'un pays à l'autre satisfaire aux exigences nationales relatives aux charges de neige, de vent et aux autres charges d'exploitation fournir un accès sûr pendant la phase de construction et lors des futures opérations d'entretien de la structure du toit et, dans certains cas, être capable de supporter un trafic piétonnier plus important lors des opérations d'entretien des installations prévoir une option permettant de supporter les charges d'exploitation résultant de l'ajout d'installations ou de pièces d'équipement supplémentaires reposant directement sur le système de toiture. Il est préférable que ces réseaux et équipements techniques soient supportés par la structure de toiture principale ou secondaire permettre le passage de la lumière naturelle pour éclairer les espaces intérieurs satisfaire aux exigences acoustiques, lesquelles peuvent comprendre la réduction du bruit aérien au travers de la structure de la toiture ou le contrôle du bruit de réverbération dans les espaces intérieurs faire partie intégrante d'un système doté d'accessoires de ventilation et de protection face aux intempéries, inclure les ouvrages d'ouvertures tels que les exutoires de fumées, les cheminées, les lanterneaux, etc. afin d'en assurer l'intégrité totale être un produit durable, c'est-à-dire fabriqué de façon à minimiser l'impact sur l'environnement en réduisant les émissions de CO 2, en ménageant les ressources, en ayant davantage recours à des matériaux renouvelables, en améliorant la productivité, en augmentant la possibilité de recyclage et en minimisant l'impact sur le chantier par le biais du raccourcissement des délais requis et de la réduction du de nuisance sonore, de la quantité de déchets produits et des exigences relatives à l'utilisation d'eau. Il existe un grand nombre de systèmes de toiture métalliques permettant de remplir ces fonctions. Le guide envisage un certain nombre d'options de toitures planes ou à faible pente spécifiées pour une gamme de bâtiments fréquemment construits en Europe. Page 2

3 2. Systèmes de toiture en tôle profilée 2.1 Systèmes de couverture pour toiture multicouche Un système multicouche - ou double peau - consiste en un parement métallique profilé fixé sur la structure, surmonté d'un système d'écarteurs composé de lisses et d'entretoises, d'un isolant et d'un autre parement extérieur résistant aux intempéries (voir la Figure 2.1). Ces systèmes de toiture sont polyvalents et offrent au concepteur un grand nombre de combinaisons de couleurs, de profils et de textures, de même que des solutions rapides et économiques permettant de satisfaire aux exigences thermiques, acoustiques et de résistance incendie de la structure du bâtiment Légende : 1. Lisse 4 Isolant 2 Parement intérieur 5 Bac 3 Entretoise Figure 2.1 Construction multicouche utilisant des écarteurs de type «lisse et entretoise» Un système de revêtement de toiture moderne peut être conçu de façon à être visuellement marqué, soit en continuité, soit en contraste du système de bardage vertical. Des gouttières dissimulées peuvent être disposées derrière un acrotère ou des avant-toits courbes peuvent être utilisés pour réaliser une transition marquée entre la toiture et le profil de bardage vertical Parements intérieurs Les parements intérieurs sont des bacs profilés de faible épaisseur qui doivent s'appuyer sur la structure métallique secondaire. Le parement intérieur est le premier composant de la toiture multicouche à être installé. Il remplit plusieurs fonctions, y compris les fonctions de support de l'isolant et l'étanchéité à la vapeur et à l'air. Il peut également être utilisé comme plateforme de travail temporaire et assurer une couverture imperméable avant l'installation du parement extérieur. Les bacs sont souvent fournis avec une finition blanche luisante et un revêtement spécifique pour un usage intérieur (voir la Figure 2.2). Les fabricants fourniront d'autres couleurs pour répondre aux besoins particuliers. Page 3

4 Figure 2.2 Des parements profilés blancs luisants emboutis ont été utilisés pour la réhabilitation du toit de la Gare de Newcastle afin de donner l'illusion de planches de bois (Photographie reproduite avec la permission de Corus Profiles & Panels) Les parements à profil trapézoïdal peu profond, comme illustré à la Figure 2.3, sont souvent formés à froid à partir d'acier prélaqué. L'épaisseur d'un panneau de parement typique sera comprise entre 18 mm et 35 mm, et celle de la tôle est habituellement de 0,4 mm ou 0,7 mm. A condition d'utiliser des passerelles ou autres éléments, la plupart des parements seront habituellement suffisamment résistants et rigides pour supporter le poids des bardeurs, de leurs matériaux et équipements lors de l'installation des parements. Il convient de ne pas excéder la charge de chantier de sécurité que peut supporter le parement et d'observer les recommandations du fabricant concernant les éléments de fixation. Page 4

5 Figure 2.3 Exemples de profils de parement Les parements doivent être rendus étanches à leurs deux extrémités ainsi qu'au des recouvrements longitudinaux, afin de former une peau étanche à l'air et à l'humidité. Cela permet de réduire les pertes d'énergie à travers la toiture. Il est également possible de rendre étanches les parements en insérant un film pare-vapeur en polyéthylène entre le parement et l'isolant. Les profils de parement illustrés à la Figure 2.3 sont conçus pour être utilisés avec des pannes traditionnelles en acier et conviennent, par conséquent, pour des portées d'environ 1,5 m à 2,0 m (l'écartement type entre pannes étant de 1,8m). Des profils plus profonds sont réalisés à partir de tôles plus épaisses et sont disponibles pour des applications nécessitant des portées plus longues. Les parements utilisés dans la composition de systèmes de toiture spécialisés pour la résistance acoustique permettent d'absorber les sons et de réduire les sons réverbérés dans les espaces intérieurs. Ils peuvent également être fournis soit partiellement, soit complètement perforés. Une section type d'une toiture acoustique est illustrée à la Figure Légende 1. Laine minérale 4. Lisse 7. Isolant acoustique 2. Entretoise 5. Parement perforé 8. Parement profilé 3. Couvre-joint 6 Couche pare-vapeur Figure 2.4 Système de toiture acoustique avec isolant acoustique posé sur un parement perforé Page 5

6 2.1.3 Bacs structuraux en acier Les bacs structuraux sont des tôles profilées à nervures profondes qui permettent de diminuer les dimensions de la structure secondaire en acier car leurs besoins en supports intermédiaires sont réduits. Utilisés abondamment en Europe, les bacs structuraux donnent à l'intrados du système de toiture une apparence nette et dépouillée. Cela permet de réaliser des économies de temps, car l'on réduit le nombre d'éléments secondaires en acier nécessaires pour supporter le système de toiture. Une structure métallique supplémentaire n'étant requise qu'autour des ouvertures dans la toiture, telles que les lucarnes et les systèmes d évacuation de fumée. Les bacs structuraux sont disponibles dans une plage étendue de profondeurs de nervures allant de 150 mm à plus de 200 mm et l'épaisseurs de matériaux varie de 0,75 mm à 1,5 mm, ce qui permet d'obtenir des portées pouvant aller jusqu'à neuf mètres (voir la Figure 2.5). Les nervures plus profondes et les tôles plus épaisses permettent à ces bacs acier de fournir une plateforme de travail pour l'installation du revêtement, dans la mesure où une protection suffisante est assurée au des bords, des ouvertures et des lucarnes Légende 1. Laine minérale 4. Lisse 6. Couche pare-vapeur 2. Entretoise 5. Bac de grande portée à nervures 7. Bac à joint debout 3. Couvre-joint trapézoidales Figure 2.5 Système de toiture sur un bac structural reposant sur la structure principale, permettant de réduire le nombre d'éléments secondaires en acier Les bacs structuraux peuvent également être fournis partiellement ou entièrement perforés et rentrent dans la composition de systèmes de toiture acoustiques spécialisés (voir la Figure 2.6). Ils se prêtent particulièrement bien à la perforation du fait de la résistance inhérente du profil. Les perforations réduisent la portée des bacs et il convient de se reporter à la documentation du fabricant. L'acier galvanisé recouvert de polyester blanc est la finition standard offerte par les fabricants. D'autres couleurs et finitions sont disponibles sur commande spéciale. Page 6

7 Figure 2.6 Toiture à joint debout reposant sur un bac structural perforé, avec isolant en laine minérale et assurant l absorption acoustique dans une bibliothèque (Photographie reproduite avec la permission de Corus P &P) Plateaux de bardage structuraux Les plateaux de bardage structuraux sont constitués de cassettes métalliques qui s'emboîtent et qui présentent à l'intrados de la toiture une finition virtuellement plane. Les plateaux sont des éléments structuraux, dont la portée est généralement limitée à 6 mètres et dont les besoins en appuis intermédiaires de la part de la structure métallique secondaire sont réduits. Les plateaux de bardage s'étendent généralement du faîtage à l'avant-toit, de manière idéale en une seule longueur et s'appuient sur des pannes, ou sur une structure secondaire similaire, espacées de 1,8 m à 4 m. De la laine minérale est généralement placée entre les nervures du plateau de bardage. Elle est maintenue par les semelles du plateau. Une couche d'isolation mince ou des traverses de liaison en bois sont placées au-dessus des nervures du plateau afin de réduire le pont thermique entre la semelle et le parement résistant aux intempéries (voir la Figure 2.7). Des parements extérieurs profilés en métal sont disposés verticalement et sont ensuite fixés à travers la couche d'isolation mince (ou les traverses de liaison) aux nervures du plateau, lesquelles assurent l'appui structural pour le parement extérieur résistant aux intempéries. Les plateaux de bardage structuraux peuvent être conçus de façon à assurer le support pour des toitures traditionnelles en ardoises ou en tuiles. Les plateaux peuvent remplacer les Page 7

8 chevrons en bois et conviennent idéalement aux structures à ossature métallique. Les plateaux peuvent également assurer une étanchéité immédiate, ce qui permet de réaliser des économies importantes et d'accélérer les travaux de construction. Il en résulte un bâtiment ayant l'aspect extérieur traditionnel d'un toit en tuiles et une finition intérieure nette qui n'est interrompue que par les charpentes principales de la toiture. Les plateaux de bardage structuraux peuvent également être fournis partiellement ou complètement perforés et sont utilisés comme composants d'un système de toiture acoustique spécialisé Légende 1. Isolation en rouleau de laine minérale 2. Bande isolante 3. Joint à emboitement 4. Parement profilé Figure 2.7 Système de toiture utilisant un plateau de bardage structural donnant à l'intrados de la toiture une finition virtuellement plane Système d'isolation et d'écartement La majorité des systèmes de bardage multi-couches assemblés sur site utilisent des couches d'isolation en fibre de verre ou en fibre de roche fournis en rouleaux. Les couches en fibre minérale sont légères, ont une conductivité thermique faible, sont faciles à manipuler et sont relativement économiques. Un système d'écartement se compose d'un support et d'une lisse qui sert d'appui structural au parement extérieur résistant aux intempéries tout en créant un volume disponible pour placer l'isolation. Les systèmes composés d'un support et d'une lisse sont toujours positionnés et solidement fixés sur les pannes ou d'autres éléments structuraux. Pour répondre à l'augmentation de l'épaisseur d'isolation requise dans les systèmes modernes de nouvelle génération, des systèmes de pannes (ou lisses) et des pièces d'écartement et de support ont été développés. Ces systèmes se composent de lisses métalliques formées à froid qui fournissent un appui continu au parement résistant aux intempéries et qui reposent à intervalles réguliers sur des supports métalliques fermement fixés aux pannes. Un grand nombre de systèmes de pannes et de supports comprennent également des patins en plastique qui font office de rupteur thermique afin de minimiser les ponts thermiques. Des systèmes d'écartement types sont illustrés à la Figure 2.8 Page 8

9 Figure 2.8 Systèmes d'écartement types D'autres systèmes sont disponibles qui utilisent des dalles rigides d'isolation en fibre minérale ou en mousse. Les lisses de fixation sont encastrées dans des rainures prédécoupées à la surface de l'isolation. Des dispositifs de fixation sont ensuite utilisés pour fixer les lisses et l'isolation dans un plateau structural qui assure le soutien entier du système. Le parement résistant aux intempéries est ensuite fixé aux lisses. Des détails types sont illustrés à la Figure 2.9. Une caractéristique de ces systèmes est que le pont thermique est presque éliminé car l'isolation n'est pénétrée que par un nombre minimal de vis. L'épaisseur de la couche d'isolation est inférieure à l'épaisseur équivalente d'une couche en fibre minérale. Une dalle en laine minérale assure des x de résistance acoustique élevés et réduit les vibrations causées par le bruit de la pluie à travers la structure. L'isolation rigide soutient efficacement le parement résistant aux intempéries, ce qui facilite grandement l'accès durant les opérations d'installation et de maintenance. 7 6 Légende Isolation porteuse 4. Bac structural à nervures ouvertes 7. Isolation à joint debout 2. Fixation en acier inoxydable 5. Lisse de fixation 3. Couche pare-vapeur 6. Clip de fixation masqué Figure 2.9 Système de toiture à isolation rigide pouvant être conçu pour supporter le parement résistant aux intempéries, ce qui facilite grandement l'accès durant les opérations d'installation et de maintenance. Page 9

10 2.1.6 Parement extérieur résistant aux intempéries Généralités La fonction principale du parement externe résistant aux intempéries est de protéger le bâtiment du climat extérieur en formant une enveloppe imperméable. Ceci étant, le parement résistant aux intempéries doit aussi être vu comme un élément structural, étant donné qu'il joue un rôle primordial dans le transfert des charges extérieures (c'est-à-dire de vent et de neige) à travers les autres composants du bardage, la structure métallique secondaire et la structure métallique porteuse principale. Les parements externes résistant aux intempéries sont habituellement fabriqués à partir de bobines de tôles d'acier prélaquées. Le revêtement se compose d'une série de couches constituée d'un revêtement métallique (c'est-à-dire galvanisant), d'un prétraitement, d'un apprêt et d'une couche de finition / revêtement. La couche de finition est choisie en fonction des exigences esthétiques et de la nature de l'environnement. Les matériaux suivants sont généralement utilisés : Les plastisols sont des revêtements épais, typiquement entre 100 et 200 μm. Le revêtement thermoplastique signifie qu'ils peuvent être marqués avec un motif texturé afin d'en améliorer l'apparence ; en outre, leur épaisseur relative les rend moins sensibles à l'abrasion et aux dommages. Les polyesters et les polyuréthanes ont des propriétés similaires et sont fabriqués à base de revêtements de faible épaisseur et peu onéreux. La flexibilité de ces derniers est limitée, et leur durabilité est moyenne ; ils ont tendance à être utilisés pour des applications de base sur des murs extérieurs, dans des environnements plus secs tels que ceux que l'on trouve dans le Sud de l'europe. Les polyesters sont des revêtements idéaux pour l'envers d'un parement externe ou pour un parement interne, les exigences n'étant généralement pas aussi strictes que pour les faces extérieures. Les PVdF (souvent dénommés PVF 2 ) sont un revêtement en polymère de haute qualité doté d'une résistance inhérente aux UV et offrant une bonne rétention et une bonne stabilité des couleurs. Le revêtement résiste bien au granulage et à la perte de lustre. La flexibilité de la fine couche de finition est limitée et n'est pas aussi robuste que d'autres couches finales. L'envers des tôles prélaquées est recouvert d'un revêtement organique d'une épaisseur de 5 μm et est compatible avec la plupart des adhésifs et des peintures. La gamme de couleurs disponibles pour l'acier prélaqué est très large, allant des gris neutres aux couleurs pastel attrayantes et aux couleurs primaires soutenues. Certaines couleurs et certains revêtements peuvent avoir un aspect métallique ou nacré. Le choix de la couleur permet de fondre le bâtiment dans le paysage environnant ou au contraire de l'en détacher, comme illustré à la Figure Page 10

11 Figure 2.10 Système de toiture composée avec gouttières internes dissimulées derrière l acrotère (Photographie reproduite avec la permission de Corus Colors) Profil L'aspect visuel d'ensemble est le résultat de la conception initiale, de la couleur et du profil choisis. La présence d'ombres peut avoir un effet marqué sur la couleur d'ensemble. Cet effet d'ombre varie avec le profil. Les profils sinusoïdaux ont un effet «tamisant» du fait de la transition graduelle de l'ombre vers la lumière. Avec des sections trapézoïdales, les ombres sont clairement définies, ce qui donne du caractère au bardage. Figure 2.11 Exemples de profils de parements résistant aux intempéries Pour pouvoir supporter les charges appliquées dues au vent ou à la neige sans engendrer des flèches excessives, le parement résistant aux intempéries doit posséder une rigidité en flexion suffisante. Pour ce faire, un profil est donné au parement, qui peut être trapézoïdal (à nervures ouvertes) ou sinusoïdal, tel qu'illustré à la Figure La profondeur et l'espacement du profil peuvent varier en fonction du produit de bardage, mais une profondeur de 32 mm est typique des parements résistant aux intempéries. Le profil doit être suffisamment résistant pour pouvoir supporter les charges et suffisamment profond pour permettre aux eaux de pluies de s'écouler de manière adéquate. Page 11

12 De manière générale, les toitures risquent davantage de fuir que les murs. Plus la pente du toit diminue, plus ce risque est élevé. Il s'agit d'un élément important à prendre en considération lors de la conception de bâtiments industriels et commerciaux modernes, étant donné qu'un grand nombre d'entre eux ont une toiture à pente faible ou plane afin de minimiser le volume d'espace à chauffer. Tous les types de bardage de toiture ne conviennent pas nécessairement à une utilisation sur des toitures à faible pente. Les bacs de toiture métalliques à nervures ouvertes dotés de dispositifs de fixation traversants conviennent généralement aux toitures dont la pente est supérieure ou égale à 5º Parement à joint debout ou à fixation masquée Pour les pentes plus faibles allant jusqu'à 1º, il convient d'utiliser un système de fixation masquée ne comportant pas de dispositifs de fixation traversants apparents, pas de recouvrements latéraux spéciaux et, si possible, pas de recouvrements d'extrémité. Les parements à joint debout ou à fixation masquée sont dotés de dispositifs de fixation dissimulés et peuvent être attachés sur des longueurs pouvant aller jusqu à 30 m. De cette façon, aucun élément ne pénètre directement au travers du parement, ce qui pourrait entraîner des fuites d'eau ; en outre, l'opération de fixation est rapide. Par conséquent, les systèmes à joint debout peuvent être utilisés sur des toitures dont la pente est très faible. Les dispositifs de fixation peuvent prendre la forme de clips ou d'attaches qui maintiennent le parement en place verticalement mais qui lui permettent de se déplacer longitudinalement. L'inconvénient est que les pannes sont moins bien maintenues qu'avec un système de fixation conventionnel. Les systèmes sont souvent utilisés conjointement avec un bac acier porteur pour la construction. Un exemple typique de parement à joint debout est illustré à la Figure Figure 2.12 Parement à joint debout ou à fixation masquée (Photographie reproduite avec la permission de Wilkinson Eyre Architects. Photographe Morley von Sternberg) Les systèmes à joint debout peuvent également être utilisés sur des toitures plus pentues où l'on souhaite disposer d'une fiabilité accrue. Le profil présente également un intérêt esthétique élevé et les systèmes sont communément utilisés pour les hôpitaux, les écoles et les projets résidentiels, car ils offrent une forte caractérisation de la conception d'ensemble. Les toitures à Page 12

13 joint debout peuvent également être posées avec une faible courbure afin de former une toiture courbe (Figure 2.13). Figure 2.13 Une toiture courbe utilisant un système à joint debout (Photographie reproduite avec la permission de Wilkinson Eyre Architects) 2.2 Système de panneau sandwich Un panneau sandwich est constitué d'un parement extérieur et d'un parement intérieur qui sont collés à une mousse rigide en polyuréthane (PUR) ou en polyisocyanurate (PIR) selon un processus automatisé (Figure 2.14). Les panneaux à âme en mousse dont la densité est typiquement de 45 kg/m 3 sont légers. Ils sont en même temps hautement rigides, ce qui permet d'augmenter leur portée. Page 13

14 3 2 1 Légende 1. Clip de joint debout 3. Parement 2 Isolation Figure 2.14 Panneau sandwich de toiture avec système de clips Il est possible de donner aux panneaux sandwich de toiture un profil perlé, trapézoïdal ou ondulé, ayant un aspect esthétique similaire aux systèmes de toiture composés et à joint debout. Les panneaux peuvent également être conçus pour fournir un appui structural à des toitures traditionnelles en ardoises ou en tuiles. Les panneaux sandwich de toiture ont généralement un revêtement de finition identique à celui utilisé pour les systèmes composés. La largeur des panneaux de toiture est standard et leur longueur est déterminée en fonction des besoins, ce qui permet un montage rapide sur chantier. La résistance au cisaillement résultant de l'adhérence entre les parements et l'âme. Cela permet de réduire le nombre de pannes nécessaire. Cette exigence peut être réduite davantage en sélectionnant des profils structuraux spécifiques pour les joints de panneaux. Les fabricants de panneaux sandwich de toiture offrent toute une gamme de systèmes d'assemblage mâle-femelle en fonction de l'application et de la finition requise. En plus d'être étanches, les systèmes d'assemblage doivent être conçus pour minimiser les ponts thermiques et maximiser l'étanchéité à l'air. La plupart des détails d'assemblage incorporent de ce fait des bandes et des cordons d'étanchéité montés en usine afin d'assurer une bonne jonction sur toute la longueur du panneau. Des détails d'assemblages types sont illustrés à la Figure Page 14

15 Figure 2.15 Détails types d'assemblages de panneaux de toiture sandwich La plupart des systèmes sont cependant conçus de façon à ce que les liaisons d'extrémité soient réalisées sur chantier. Dans les assemblages d'extrémités, la peau extérieure profilée chevauche l'élément inférieur de 100 mm à 300 mm, en fonction du système. Il est important que les deux surfaces vives en mousse soient assemblées l'une à l'autre et que des bandes d'étanchéité soient appliquées pour maintenir la couche d'isolation et assurer un joint étanche à l'air et aux intempéries. Lors du choix d'un système de panneau, il convient de tenir compte de la tolérance de la structure précisée par le fabricant, car celle-ci aura un effet notable sur la finition et la performance des éléments d'assemblage. 3. Systèmes de toiture à membrane 3.1 Principes de conception Un système de toiture à membrane utilise une membrane continue distincte pour assurer l'étanchéité à l'eau. La membrane peut être extérieure au système, c'est-à-dire une toiture chaude, ou en dessous de la couche d'isolation, c'est-à-dire une toiture inversée. Un système de toiture à membrane se compose d'un bac de toiture qui assure un support continu, d'une couche de pare-vapeur ou d'une doublure étanche, de l'isolation et d'une membrane étanche recouvrant le tout. Tout en assurant une couche d'étanchéité à l'eau, le système de toiture doit s'acquitter d'une fonction esthétique, doit pouvoir supporter un trafic piétonnier pour les opérations de maintenance et, si nécessaire, supporter les charges permanentes sur le toit, telles que le poids des équipements industriels ou autres réseaux et équipements techniques. Il est préférable que ces réseaux et équipements techniques soient supportés par la structure de toiture principale ou secondaire. Page 15

16 Les systèmes de toiture à membrane sont généralement divisés en types génériques qui incluent la toiture chaude, la toiture inversée, la toiture froide, le jardin-terrasse et les systèmes de toiture qui combinent les caractéristiques de deux types ou plus de toiture. Le système le plus populaire est la toiture chaude qui est couramment utilisée avec un bac en acier sur les bâtiments à un seul. Les jardins-terrasses sont aussi utilisés, mais ont tendance à l'être sur les toitures plus petites où un attrait esthétique élevé est exigé La toiture chaude L'isolation est placée immédiatement sous la toiture, ce qui fait que la température du bac structural et de l'appui est proche de celle de l'intérieur du bâtiment (Figure 3.1). Dans une toiture chaude, une couche de pare-vapeur est placée sur l'envers de l'isolation pour réduire le risque de condensation dans le système et la condensation sur l'envers de la membrane Légende 1. Membrane à une seule 4. Couche pare-vapeur 7. Fixation mécanique épaisseur 5. Bac structural de toiture 2. Isolation porteuse 6. Recouvrement 3 Fixation mécanique Figure 3.1 Système de toiture chaude utilisant une membrane à une seule couche fixée mécaniquement Page 16

17 3.1.2 Jardins-terrasses Les jardins-terrasses ou toitures vertes sont typiquement constitués d'une toiture chaude ou d'une toiture inversée, avec un système de drainage, un filtre et des couches arables placées au-dessus, comme illustré à la Figure 3.2 ci-dessous a Légende 2 1. Isolation porteuse 4. Bac structural de toiture 7. Milieu arable 2. Membrane en feutre 5. Drain composée 6. Couche de filtre 3. Couche pare-vapeur 3 Figure 3.2 Système de toiture chaude intégrant un jardin-terrasse 3.2 Bac de toiture Le bac de toiture est le terme commun utilisé pour décrire le bac métallique structural lorsqu'il est utilisé avec un système à membrane. Le bac se compose de tôles profilées en acier galvanisé formées à froid. Une vaste gamme de profils métalliques et d'épaisseurs est disponible pour diverses relations charge-portée. Une tôle aura une profondeur de profil comprise entre 30 mm et 100 mm et une épaisseur minimale de 0,7 mm. Des raidisseurs peuvent être intégrés dans les semelles des âmes pour améliorer l'efficacité du profil. Ces profils ont tendance à être conçus pour pouvoir être utilisés avec la structure métallique secondaire et sont appropriés pour des portées d'environ 1,5 m à 4 m. Un grand nombre de fabricants fournissent des profils plus profonds et des bacs plus épais pour obtenir des portées beaucoup plus importantes. Des bacs de grande portée fournissent une apparence nette et dépouillée à l'intrados et peuvent permettre d'économiser du temps car la nécessité pour la structure métallique secondaire de soutenir le système de toiture est réduite (Figure 3.3). Ces bacs ont tendance à avoir un profil profond variant de 150 mm à plus de 200 mm et des épaisseurs de matériaux variant de 0,75 mm à 1,5 mm, ce qui permet d'obtenir des portées pouvant aller jusqu'à neuf mètres. Il convient d'obtenir auprès du fabricant les données relatives à la performance charge-portée du profil. Le bac de toiture aura une résistance et une rigidité suffisantes pour supporter le poids des couvreurs et de leurs matériaux et équipements au cours de l'installation du système de toiture. Un bac métallique peut être marqué s'il est sujet à une charge ponctuelle ou une Page 17

18 charge d'impact extrême. Lorsque le bac fait également office d'intrados, il convient d'opter pour une tôle plus épaisse si la présence de marques localisées n'est pas admise. Figure 3.3 Bac de toiture avec un profil profond fixé entre les éléments de la structure principale. Un support minimal est réalisé de la part de la structure métallique secondaire. (Photographie reproduite avec la permission de Wilkinson Eyre Architects. Photographe Paul Rapson) La finition normale est une galvanisation à chaud mais peut être fournie avec une finition colorée. Les tôles galvanisées offrent une bonne résistance à la corrosion au des éraflures, des trous et des bords de découpe, du fait de l'action «sacrificielle» du zinc. Divers revêtements de couleur peuvent être appliqués en usine. Les bacs de toiture peuvent également être fournis partiellement ou entièrement perforés, et peuvent rentrer dans la composition de systèmes de toiture acoustique spécialisés comportant plusieurs couches de laine minérale ou une combinaison de laine minérale et d'isolation en mousse. L'isolation peut être découpée pour être posée entre les profils ou posée en une couche continue au dessus des nervures du bac. 3.3 Isolation La fonction principale de l'isolation thermique est de fournir une résistance aux flux de chaleur traversant l'air ou les gaz piégés. Il convient de ne pas choisir un panneau d'isolation uniquement pour son efficacité thermique, mais également pour sa capacité à assurer un soutien ferme pour l'étanchéité à l'eau, à être manipulé et à être attaché sans dommage, et à présenter des surfaces de travail robustes et faciles à découper sans endommager le produit. Le type, les propriétés et l'épaisseur de l'isolation seront également déterminés par la largeur des creux des profils. Les produits peuvent être répartis génériquement en deux groupes en fonction de leur comportement. Les matériaux cellulaires, dont les performances en résistance thermique dépendent de l'air ou du gaz piégé dans la structure cellulaire et de la résistance thermique des parois Page 18

19 cellulaires. Les matériaux d'isolation comprennent la mousse en uréthane rigide, en polyuréthane (PUR) et en polyiscocyanurate (PIR), en mousse phénolique (PF), en polystyrène expansé (EPS), en polystyrène extrudé (XPS) et en verre cellulaire (CG). Les matériaux fibreux, dont les performances dépendent de l'air piégé entre les fibres disposées perpendiculairement à la direction du flux de chaleur. Les matériaux d'isolation comprennent la laine minérale (MW), la perlite (EP) et le liège granulé (C). Il existe une vaste gamme de panneaux d'isolation qui permettent des performances supérieures à celles obtenues avec les matériaux de base. Certains sont fabriqués avec des films en papier, en feuille métalliques, en tissu de fibre de verre ou en apprêt bitumineux. Des matériaux sandwich peuvent être fabriqués avec un revêtement collé en usine. Les matériaux sandwich combinent la performance thermique de l'isolation cellulaire ou fibreuse avec les propriétés de résistance aux charges et/ou de résistance au feu d'un revêtement dense. Les panneaux sandwich en PIR pour toitures plates sont également utilisés pour supporter la membrane d'étanchéité à l'eau. Ces panneaux ont tendance à être dotés d'un bac au profil profond pour le soutien structural et d'une tôle supérieure en acier non profilée. Une membrane bitumineuse d'une seule épaisseur en PVC ou en EPDM est soit complètement collée, soit fixée mécaniquement à la tôle supérieure. 3.4 Membranes Il existe de nombreuses formulations différentes pour les membranes de toiture, aussi bien pour la couche d'étanchéité à l'eau que pour la couche pare-vapeur. Plusieurs types génériques ont fait leur apparition Systèmes de membrane composée à haute performance Les membranes composées sont formées sur chantier à partir d'une ou deux couches de feutre bitumineux. Une spécification à plus haute performance consistera en une base en fibre de polyester recouverte d'un bitume oxydé ou modifié. Les feutres peuvent être appliqués soit par «coulage et roulage», une solution dans laquelle le bitume liquide est utilisé pour coller la membrane d'étanchéité à l'eau, la couche pare-vapeur en feutre et les couches d'isolation, soit par «pose au chalumeau», une solution dans laquelle les membranes sont collées à l'aide d'une lampe à souder ou d'une autre source de chaleur (Figure 3.4 ci-dessous) ou par l'intermédiaire d'un support autoadhésif. L'isolation est soit collée, soit fixée mécaniquement. Page 19

20 Figure 3.4 Une membrane bitumineuse composée en cours de collage par soudage à chaud (Photographie reproduite avec la permission de Ruberoid) Système de membrane à une seule épaisseur Les membranes à une seule épaisseur sont typiquement à base de polymères et sont appliquées en une seule couche. Les caractéristiques de la membrane et la méthode d'application peuvent varier en fonction de la formulation, du renfort / support et du processus du produit. Plusieurs méthodes d'application sont couramment employées. Une méthode consiste à utiliser la fixation mécanique dans laquelle des vis d'assemblage et des rondelles, ou bien une barre sont utilisées pour fixer à la fois la membrane et l'isolation. Ce système convient particulièrement à une application sur un bac métallique car la membrane, l'isolation et la couche de pare-vapeur peuvent être appliquées rapidement. La toiture est alors rendue étanche à l'eau en une seule application (Figure 3.5). Une deuxième méthode consiste à utiliser un système collé utilisant un adhésif préfixé qui peut être soit entièrement, soit partiellement collé en fonction du fabricant. Une troisième méthode est «la pose volante» selon laquelle la membrane est posée de manière assez lâche sur le support et est maintenue par le poids d un ballaste rond, de dalles de pavage ou de terre et de plantes (couramment appelé toiture verte). Page 20

21 Figure 3.5 Construction d une toiture chaude utilisant une membrane à une seule épaisseur, soudée en tête du dispositif d'assemblage mécanique (Photographie reproduite avec la permission de Sika-Trocal UK) Membranes liquides Historiquement, la forme de membrane liquide la plus courante est l'asphalte coulé. L'asphalte coulé est constitué d'un agrégat de calcaire convenablement calibré, collé avec du bitume ou du bitume modifié pour fabriquer une membrane dense sans vide. L'asphalte coulé est utilisé pour l'étanchéité à l'eau des toitures et des tabliers de ponts, et pour les couches d'usure situées au-dessus du système d'étanchéité sur les bacs soumis à un trafic piétonnier (Figure 3.6). Les caractéristiques de l'asphalte coulé ont été améliorées grâce à l'ajout de polymères qui augmentent les propriétés élastiques de la membrane. L'asphalte coulé doit toujours être étalé sur un bac qui demeure strié et qui est conçu de manière à maîtriser l'expansion et la contraction afin d'éviter la fissuration de la membrane. Un grand nombre de formules de membranes liquides à base de polymères ont été composées. Celles-ci sont souvent utilisées pour des projets de réhabilitation, au-dessus de systèmes de toiture existants, afin d'en prolonger la vie. Page 21

22 Figure 3.6 Pose d'un asphalte coulé sur un feutre de revêtement extérieur de panneaux en polyuréthane. La face en tissu de verre est préalablement collée avec du bitume chaud sur la couche pare-vapeur du feutre. (Photographie reproduite avec la permission de Permanite Asphalte) 4. Références 1 Profiled Metal Roofing Design Guide (MCRMA Technical Paper No.6) Second Edition, The Metal Cladding and Roofing Manufacturers Association, Royaume-Uni, 2004 (le document peut être téléchargé à partir du site 2 Guide for Single Ply Roofing, Single Ply Roofing Association, Londres (le document peut être téléchargé à partir du site 3 Flat Roofing - A guide to Good Practice, Ruberiod Building Products Ltd, Royaume-Uni, 2002 (le document peut être téléchargé à partir du site Page 22

23 Enregistrement de la qualité TITRE DE LA RESSOURCE Phase avant-projet : Sélection du système de couverture pour bâtiments à un seul Référence(s) DOCUMENT ORIGINAL Nom Société Date Créé par K Francis SCI Contenu technique vérifié par G Raven SCI Contenu rédactionnel vérifié par Contenu technique approuvé par les partenaires : 1. Royaume-Uni G W Owens SCI 29/03/06 2. France A Bureau CTICM 24/03/06 3. Suède B Uppfeldt SBI 24/03/06 4. Allemagne C Müller RWTH 20/03/06 5. Espagne J Chica Labein 23/03/06 Ressource approuvée par le Coordonnateur technique DOCUMENT TRADUIT Traduction réalisée et vérifiée par : eteams international Ltd. 24/09/06 Ressource traduite approuvée par : Ph. Beguin CTICM 13/02/2007 Page 23