Etanchéité à l air des bâtiments Un cas d étude

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1 De juin 005 à mars 006, le CSTC a suivi pas à pas la construction d une nouvelle habitation dans laquelle les aspects de performance énergétique, tels l isolation thermique, l étanchéité à l air, la ventilation et le chauffage, ont fait l objet d une attention particulière. L un des soucis fut d atteindre une très bonne performance énergétique, sans devoir y consacrer un budget particulièrement élevé ni modifier profondément les détails de construction habituels des entrepreneurs. Etanchéité à l air des bâtiments Un cas d étude? Chr. Delmotte, ir., chef adjoint du laboratoire Qualité de l air et ventilation, CSTC Fig. Plan d étanchéité n incluant pas les combles. Cet article examine les mesures prises lors de ce projet en vue d améliorer l étanchéité à l air du bâtiment. Notons toutefois qu il ne s agit pas d un recueil des règles de l art et que certaines techniques présentées sont perfectibles. Description du bâtiment Le bâtiment étudié est une maison unifamiliale non attenante disposant d un rez-de-chaussée, d un étage engagé sous la toiture et d un grenier. L ensemble présente une forme carrée (0 m x 0 m) et est établi sur un vide ventilé. La façade avant est parallèle à la voie publique et est orientée au sud-ouest. Les murs extérieurs comportent une coulisse partiellement remplie d isolant thermique et sont réalisés en blocs de terre cuite, pour la partie portante, et en briques, pour le parement. Les planchers du rez-de-chaussée et de l étage se composent de hourdis préfabriqués en béton. La structure portante de la toiture est constituée de fermettes préfabriquées en bois. i Etanchéité à l air du bâtiment. Plan d étanchéité En matière d étanchéité à l air, il y a lieu avant tout de définir le plan dans lequel cette étanchéité doit être située. Il s agit en fait de déterminer la position des différentes surfaces de l enveloppe étanche à l air que l on souhaite créer. Etant donné qu en général, cette enveloppe peut également jouer le rôle de pare-vapeur, il est recommandé de l étudier en même temps que l isolation thermique. Dans le bâtiment étudié, le plancher du rez-dechaussée et les façades s imposaient à l évidence comme plan d étanchéité. Par contre, la question était ouverte pour la toiture : fallait-il englober ou pas les combles dans le volume de l enveloppe étanche? Ne pas englober les combles signifie que le plan d étanchéité se situe sous les fermettes préfabriquées (figure ). Il s agit d un plan facilement accessible, mais cette disposition nécessite de reporter les combles hors du volume protégé (volume du bâtiment qui est isolé thermiquement). La maison en chiffres Surface au sol : 00 m² Surface de déperdition : 40 m² Volume protégé : 58 m³ Niveau d isolation thermique globale : K8 (la réglementation actuelle impose de ne pas dépasser K55 en Région wallonne et en Région de Bruxelles-Capitale, et K45 en Région flamande) Niveau des besoins conventionnels en énergie de chauffage : be 5 (MJ/m².an) (dans le cas de cette maison, la réglementation en vigueur en Région wallonne impose de ne pas dépasser 8 MJ/m².an) Fig. Plan d étanchéité incluant les combles (deux options). A contrario, englober les combles permet d augmenter le volume protégé, mais implique que le plan d étanchéité soit interrompu au droit de chaque fermette (il y en a 7) et nécessite un raccord particulier au droit de chaque percement (figure ). Comme il n était pas nécessaire de chauffer les combles (espace de toute façon non habitable de par sa hauteur de,60 m) et qu une certaine simplicité des travaux était souhaitée, la première solution fut retenue.. Détails d exécution.. Plancher Le plancher est constitué de hourdis préfabriqués en béton, d une couche d isolation thermique (granulés de polyuréthanne en vrac), d une chape armée et d un carrelage (figure, p. ). Ce complexe est étanche à l air, mais présentait de nombreux percements qui auraient pu donner lieu à des fuites d air : évacuation des eaux usées pénétration de conduits divers (eau, électricité, mazout,...). Afin d éviter les fuites d air, tous les per- Les Dossiers du CSTC N /007 Cahier n 5 page

2 Fig. Composition du plancher.. Carrelage. Treillis d armature dans la chape. Feuille de polyéthylène 4. Isolation thermique 5. Hourdis préfabriqués en béton cements ont été colmatés au moyen d une mousse de polyuréthanne expansible avant la pose de l isolation thermique (figure 4) ou au moment des finitions (figure 5) suivant le cas. 4 5 bles de représenter une fuite non négligeable : baies de porte et de fenêtre, parties de mur non plafonnées, encastrement des interrupteurs et des prises électriques. En ce qui concerne les baies de porte et de fenêtre, il faut distinguer l étanchéité de la porte ou de la fenêtre elle-même de l étanchéité de la jonction avec le gros œuvre. Dans le bâtiment étudié, les portes et fenêtres (7 m²) représentent 4 % de la surface totale des murs extérieurs (88 m²). La longueur de joint atteint, quant à elle, un total de 64 m. La qualité des fenêtres et des portes en matière d étanchéité à l air peut donc influer de ma- Fig. 5 Colmatage des percements lors de la finition... Murs extérieurs Les murs extérieurs sont composés, de l extérieur vers l intérieur, des éléments suivants (figure 6) : maçonnerie en briques de parement coulisse faiblement ventilée laine minérale maçonnerie en blocs creux de terre cuite enduit au plâtre. Cette composition constitue une bonne barrière d étanchéité à l air, pour autant qu elle ne présente pas de discontinuités. Or, nous en avons relevé de très nombreuses suscepti- Fig. 4 Colmatage des percements du plancher avant pose de l isolation thermique (ci-contre, à droite, et cidessous). EXT. Fig. 6 Composition du mur extérieur. INT. nière significative sur l étanchéité globale du bâtiment. D autant plus qu un défaut d étanchéité dû à la conception de ces éléments peut difficilement être corrigé. La porte-fenêtre levante coulissante placée initialement dans le bâtiment présentait d importantes fuites d air (figure 7) imputables à la conception du châssis. Afin de remédier au problème, l ensemble a été remplacé par une porte-fenêtre tombante coulissante. Etant donné la différence d épaisseur entre la coulisse des façades (9 cm) et le dormant des châssis (de l ordre de 7 cm), il a été nécessaire de procéder à la fermeture mécanique de la coulisse. Cela a été réalisé au moyen d une mousse de polyuréthanne faiblement expansible ou de plaques de plâtre revêtues de carton (figure 8). L étanchéité à l air à la jonction des fenêtres et des murs a été réalisée au moyen d un enduit au plâtre (figure 9). Toutefois, selon les recommandations formulées dans la NIT 88 [], un joint souple de resserrage entre l enduit et le cadre dormant aurait idéalement dû être ménagé à cet endroit. Les tablettes posées au plâtre et le joint de mastic silicone assurent, quant à eux, l étanchéité à l air en partie basse des fenêtres (figure 0). Notons au passage qu il eût été préférable d ôter le film de protection du dormant avant de poser le joint de mastic. Les Dossiers du CSTC N /007 Cahier n 5 page

3 Fig. 9 Plafonnage de la jonction entre une fenêtre et un mur. Fig. 7 Défaut d étanchéité au droit d une porte-fenêtre levante coulissante. Fig. 8 Fermeture mécanique de la coulisse au moyen d une mousse de polyuréthanne (à gauche) ou de plâtre (à droite). Fig. 0 Pose d une tablette de fenêtre. L étanchéité à l air sous les trois portes extérieures est obtenue par le biais d une plinthe à guillotine. Cette méthode présente toutefois un point faible dans le plan d étanchéité, car il subsiste une fuite d air aux deux extrémités de la plinthe (figure ). Les maçonneries en blocs de terre cuite (ou de béton) ne confèrent généralement pas une grande étanchéité à l air. Ce défaut résulte de la perméabilité même des blocs (ou morceaux de blocs) utilisés et du remplissage partiel de certains joints. La laine minérale et la maçonnerie de parement (qui présente quelques joints ouverts) ne peuvent, elles non plus, contribuer à l étanchéité à l air; par contre, le plafonnage est à même de remplir ce rôle, encore faut-il que toute la surface intérieure des murs soit enduite. A cette fin, il est préférable d équiper les bâtiments au strict minimum avant l intervention des plafonneurs, de façon à leur garantir l accès à toute la surface des murs (figure, p. 4). Dans le bâtiment étudié, les parties initialement non plafonnées l on été au moment des finitions. Fig. Plinthe à guillotine (artificiellement maintenue en position de fermeture pour les besoins de l illustration). Les Dossiers du CSTC N /007 Cahier n 5 page

4 Fig. Zone non enduite au bas d un mur de l étage. Fig. Zone non plafonnée, par manque d accessibilité, derrière un conduit d évacuation des eaux usées. A l étage du bâtiment, il subsistait, au bas des murs, quelques parties non enduites (figure ). Il s agissait là de fuites d air potentielles qui n auraient pas pu être colmatées par les plinthes en bois. Les zones en question ont donc été enduites de plâtre avant la pose du revêtement de sol (stratifié). Lors de l examen du bâtiment, nous avons constaté qu une baie de porte intérieure, pratiquée dans le mur porteur central, était située à très faible distance d une façade latérale (figure 4). Les murs étant tous deux constitués de blocs de terre cuite perforés appareillés les uns aux autres afin d assurer leur liaison, il était assez probable qu un chemin de fuite existe entre la baie et l extérieur. Cela n a pas été décelé lors des premiers essais de pressurisation du bâtiment (l attention n avait pas été attirée sur ce détail à ce moment), mais, par précaution, les retours de baie ont été enduits de plâtre avant la pose des ébrasements de l huisserie... Toiture La toiture est composée, de l extérieur vers l intérieur, des éléments suivants (figure 5) : tuiles de béton lame d air ventilée sous-toiture en plaques de fibres-ciment laine minérale feuille de polyéthylène lame d air non ventilée plafonnage sur plaques de plâtre revêtues de carton. Dans le bâtiment concerné, l étanchéité à l air de la toiture a été réalisée au moyen d une feuille de polyéthylène agrafée à la charpente. Cette feuille placée immédiatement sous la couche d isolation thermique combine les fonctions d écran pare-vapeur et de barrière à l air. Les lés de polyéthylène d une largeur de,0 m ont étés posés parallèlement aux fermettes; leur jonction a été rendue étanche au moyen de bandes adhésives. Les jonctions ont chaque fois été effectuées à hauteur d une fermette de façon à ce que la bande adhésive puisse être appliquée sur un support rigide (figure 6). Outre le fait qu elles assurent la continuité des lés, les bandes adhésives ont également été utilisées pour colmater les trous engendrés par l agrafage (à raison d une agrafe tous les 50 cm, on peut estimer à plus de 400 le nombre d agrafes utilisées). La lame d air ménagée entre la feuille de polyéthylène et les plaques de plâtre permet le passage de câbles électriques. Au droit de la sablière, trois éléments se rejoignent, à savoir : le mur en blocs de terre cuite surmonté Contre-lattage Sous-toiture rigide Lattage Lattage Plaque de plâtre Fig. 5 Composition de la toiture. Isolation thermique Pare-vapeur Fig. 4 Baie de porte intérieure située à proximité d une façade latérale.. Fuite d air potentielle. Brique de parement. Coulisse ventilée 4. Isolation thermique 5. Bloc de terre cuite 6. Plâtre Fig. 6 Assemblage des lés de polyéthylène au moyen de bandes adhésives. Les Dossiers du CSTC N /007 Cahier n 5 page 4

5 Fig. 7 Colmatage de la jonction entre la sablière et la poutre de ceinture au moyen de mastic. d une poutre de ceinture en béton armé la sablière et la feuille de polyéthylène. Dans un premier temps, la jonction entre la sablière et la poutre de ceinture a été colmatée au moyen de mastic (figure 7) et un joint de mousse compressible a été collé sur la tranche de la sablière (figure 8). L intention était de pouvoir presser la feuille de polyéthylène contre ce joint au moyen de la dernière latte destinée à la fixation des plaques de plâtre. L expérience n a toutefois pas été concluante (la latte étant clouée sur les fermettes et non sur la sablière) et la feuille a finalement été collée directement sur la sablière au moyen de mastic. La présence d un mur porteur sous les fermettes a engendré une discontinuité supplémentaire dans la membrane d étanchéité (figure 9). Le raccord a été réalisé au moyen d un joint de mousse compressible posé entre le mur et la feuille d étanchéité, et serré au moyen d une latte de bois. Une alternative aurait été de disposer une bande de polyéthylène par dessus le mur porteur avant la pose des fermettes. Le cas échéant, le raccord aurait alors pu être réalisé par collage des lés au moyen de bandes adhésives (figure 0). La feuille de polyéthylène a été prolongée de Fig. 8 Joint de mousse compressible collé sur la tranche de la sablière. façon à couvrir les bords de la trémie donnant accès aux combles (figure 9 ci-dessous, à droite). Par la suite, de la mousse de polyuréthanne a été injectée entre les bords de la trémie et le cadre dormant de la trappe d accès au grenier (figure, p. 6). Cette dernière est, quant à elle, munie d un joint d étanchéité sur tout son pourtour. Une fois la barrière étanche à l air achevée, il est nécessaire de veiller à maintenir son intégrité et de colmater toute nouvelle fuite, qu elle soit volontaire ou accidentelle. Les figures et (p. 6) illustrent le percement de la feuille de polyéthylène rendu nécessaire pour le passage d un câble électrique en direction des combles et pour le passage d un conduit de ventilation (le groupe de ventilation étant situé dans les combles). Ces percements ont été soigneusement colmatés avant la pose des plaques de plâtre.. Résultats obtenus Des mesures de l étanchéité à l air ont été effectuées à différents stades de la construction, de manière à pouvoir détecter et colmater les fuites éventuelles avant qu elles ne deviennent inaccessibles. Il s agissait, par exemple, de fuites le long de la sablière auxquelles on ne peut plus remédier une fois les plaques de plâtre posées. La première mesure a eu lieu entre la pose de la feuille de polyéthylène et la pose des plaques de plâtre. La deuxième mesure a été Fig. 9 Discontinuité dans la membrane d étanchéité à l air engendrée par le mur porteur central. Fig. 0 Schéma de principe de la pose d une bande de polyéthylène sous les fermettes.. Fermette. Bande adhésive. Film de polyéthylène 4. Chevron 5. Mur porteur 6. Bande de polyéthylène Les Dossiers du CSTC N /007 Cahier n 5 page 5

6 Fig. Etanchéité du cadre dormant de la trappe d accès au grenier. Fig. Colmatage d une ouverture nécessaire au passage d un conduit de ventilation. Fig. 4 Porte de pressurisation utilisée pour la mesure de l étanchéité à l air du bâtiment. (*) Voir la norme NBN EN 89 [] pour plus de détails à ce sujet. effectuée après le plafonnage, tandis que la troisième s est déroulée une fois les travaux de parachèvement terminés. Pour ce faire, le bâtiment a été soumis à une pression élevée (figure 4) de façon à forcer le passage d air au travers des fuites. Un système de mesure a alors permis de quantifier le niveau d étanchéité à l air du bâtiment. Le taux de renouvellement d air de ce dernier sous une pression de 50 Pa (approximativement 5 kg/m²) s élève à,4 volume par heure (valeur n 50 ) (*), ce qui correspond à une surface de fuite équivalente de 5 cm² environ. A titre de comparaison, notons qu une de nos études sur des maisons récentes de ce type [] fait état d une perméabilité à l air moyenne de 9,5 volumes par heure. Le critère adopté pour les maisons passives est, quant à lui, de 0,6 volume par heure au maximum. On peut estimer que le taux d étanchéité obtenu limite l infiltration d air moyenne à 0 m³/h environ. Cela permet de réduire les déperditions énergétiques, les courants d air inconfortables et les fuites d air humide, mais implique par ailleurs que le bâtiment doive impérativement être pourvu d un système de ventilation contrôlée permettant, dans le cas du bâtiment étudié, de délivrer un débit d air frais de 9 m³/h. Quelles sont les améliorations possibles? Quoique le taux d étanchéité à l air obtenu soit élevé et puisse donner satisfaction, les diverses mesures réalisées in situ ainsi que les difficultés de mise en œuvre parfois Fig. Large ouverture pratiquée pour le passage d un conduit électrique. rencontrées localement révèlent encore des possibilités d amélioration. r La continuité du plan d étanchéité à l air au droit du joint de resserrage entre les châssis de fenêtre et l enduit intérieur peut être améliorée en disposant un joint souple à base de mastic à cet endroit. La Note d information technique n 88 déjà citée rappelle à ce sujet que la pratique courante consistant à arrêter l enduit contre le dormant de la fenêtre conduit souvent à la formation d une fissure à la jonction des deux matériaux, voire dans l enduit. La difficulté réside néanmoins dans la mise en œuvre pratique de ce joint souple dans le cas d un mur creux (il s agit généralement de joindre deux arrêtes). Il est ainsi recommandé de recouvrir le profilé d enduit sur au moins 5 mm (figure 5) ou de prévoir une latte de finition (figure 6). Une alternative consiste à parachever l ébrasement au moyen d un panneau (bois, plaque de plâtre, ) correctement calfeutré (figure 7). r Les plinthes à guillotine disposées sous les trois portes extérieures sont responsables d une large part des fuites d air de la maison. Il aurait été possible d améliorer l étanchéité à l air en optant pour des portes-fenêtres, mais ce choix aurait eu pour conséquence de réduire l accessibilité au bâtiment. Un prochain article à paraître dans les Dossiers du CSTC dressera l inventaire des solutions existantes et en présentera les avantages et les inconvénients. r La pose d un joint en mousse compres- Les Dossiers du CSTC N /007 Cahier n 5 page

7 Fig. 5 Enduisage du profilé sur 5 mm au moins.. Enduit intérieur. Mastic. Arrêt d enduit Fig. 6 Latte de finition.. Enduit intérieur. Latte de finition Fig. 7 Finition de l ébrasement au moyen d un panneau.. Mousse de calfeutrement injectée. Panneau sible entre la feuille de polyéthylène et la maçonnerie s est avérée peu pratique. Une alternative eût été de coller directement la feuille au moyen de mastic-colle ou d utiliser des bandes autocollantes munies d un treillis à noyer dans l enduit au plâtre. De manière générale, au droit d un raccord avec un pignon en maçonnerie, la barrière d étanchéité à l air est collée de préférence sur une surface plane (figure 8), telle que l enduit de parachèvement à base de plâtre (dont la mise en œuvre Fig. 8 Collage de la barrière d étanchéité à l air sur une surface plane.. Isolation thermique. Fermette. Lame d air 4. Plaque de plâtre 5. Pare-vapeur 6. Joint de colle 7. Plâtre 8. Bloc de terre cuite précède celle de la finition des versants), pour autant que l état de siccité du plâtre permette d obtenir l adhérence requise. Dans l éventualité où la maçonnerie n est pas enduite, le collage du lé au moyen d un mastic épais, éventuellement complété par la fixation d une latte, ou de bandes autocollantes munies d un treillis à noyer dans l enduit au plâtre peut également se révéler satisfaisante. r La réfection, au moyen de bande adhésive, de l étanchéité entre la feuille de polyéthylène et un conduit qui la transperce est un exercice particulièrement fastidieux (cf. figure ). Une solution pratique et rapide à ce problème consiste à utiliser des manchons préformés (disponibles en différents diamètres) ou à Fig. 9 Exemple de manchon d étanchéité à l air préformé. confectionner de tels manchons in situ (figure 9). Pour conclure, rappelons que l étanchéité à l air des bâtiments fait l objet d une attention soutenue compte tenu de son incidence majeure sur les déperditions énergétiques et le confort d occupation. Le lecteur trouvera dans les publications du CSTC actuelles et futures de nombreuses informations complémentaires sur le sujet. n t Bibliographie. Centre scientifique et technique de la construction Enquête sur l isolation, la ventilation et le chauffage dans le logement neuf. Bruxelles, CSTC, Rapport n 4, Centre scientifique et technique de la construction La pose des menuiseries extérieures. Bruxelles, CSTC, Note d information technique, n 88, juin 99.. Institut belge de normalisation NBN EN 89 Performance thermique des bâtiments. Détermination de la perméabilité à l air des bâtiments. Méthode de pressurisation par ventilateur (ISO 997:996, modifiée). Bruxelles, IBN, 00. Les Dossiers du CSTC N /007 Cahier n 5 page 7