es murs à écran pare-pluie

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1 L es murs à écran pare-pluie RÉSUMÉ Un mur à écran pare-pluie bien conçu et bien construit offre une solution efficace aux problèmes de pénétration de l humidité extérieure dans l enveloppe du bâtiment. Dans le présent article, on passe en revue les diverses forces qui poussent l eau de pluie à l intérieur des bâtiments et on recommande des moyens pour contrer ces forces. Divers aspects sont abordés, notamment l aérodynamique et la géométrie des bâtiments ainsi que les différents composants des murs. On y explique les principes de l écran pare-pluie et de l équilibrage des pressions. On y présente les paramètres à utiliser pour ventiler correctement un écran pare-pluie, des détails types pour différents murs et joints pare-pluie et les dix caractéristiques à rechercher dans les détails des écrans pare-pluie. OBJECTIFS Après avoir lu cet article, vous devriez : 1. comprendre les forces qui poussent la pluie à l intérieur des bâtiments et savoir à quels endroits la pluie cause les dommages les plus importants; 2. comprendre comment la conception du bâtiment influe sur la pénétration de la pluie à travers l enveloppe; 3. comprendre le concept de l écran pare-pluie; Ontario Association of Architects

2 2 4. comprendre le concept d équilibrage des pressions et comment ce procédé réduit la pénétration de l eau; 5. savoir calculer l aire de ventilation, déterminer l emplacement des orifices de ventilation et calculer la taille des compartiments de la cavité murale de manière à obtenir un équilibrage efficace des pressions; 6. savoir ce qu il faut rechercher dans la conception des fenêtres et des joints pour réduire les infiltrations d eau; 7. être en mesure de déterminer si un écran pare-pluie constitue une solution appropriée.. TABLE DES MATIÈRES Comment la pluie pénètre dans les murs...page 3 Modes d exposition au vent et à la pluie...page 6 Méthodes de protection contre la pénétration de la pluie...page 8 La cavité murale drainée...page 10 L écran pare-pluie ouvert (ou écran simple)...page 10 Le mur-écran pare-pluie à pression équilibrée...page 12 Facteurs qui influent sur l équilibrage des pressions Importance des charges éoliennes appliquées...page 13 Étanchéité à l air du pare-air...page 13 Surface de fuite du revêtement extérieur...page 15 Compartimentation de la cavité...page 15 Volume de la cavité...page 16 Rigidité du pare-air et du revêtement extérieur...page18 Modélisation des pressions cycliques du vent...page 19 Réduction des charges exercées sur le revêtement extérieur par un équilibrage des pressions...page 19 Principes de l écran pare-pluie appliqués aux murs-rideaux...page 20 Principes de l écran pare-pluie appliqués aux joints...page 23 Quand doit-on utiliser un mur à écran pare-pluie...page 24 Normes de rendement applicables aux murs à écran pare-pluie...page 25 Récapitulation : Liste de contrôle des 10 éléments de conception critiques des écrans pare-pluie... page 26 Exemples de questions (réponses fournies)...page 27, 28, 29 Références...page 30

3 3 COMMENT LA PLUIE PÉNÈTRE DANS LES MURS Comme pourront vous le dire tous les professionnels du bâtiment, l eau est le facteur qui joue le rôle le plus important dans la détérioration prématurée des bâtiments. Elle peut causer la corrosion des métaux, la pourriture des matières organiques, la prolifération de moisissures, la dissolution des matériaux et la perte d efficacité des isolants. Elle peut aussi être une source d efflorescence et induire des contraintes, des mouvements et des ruptures sous l effet des cycles de gel et de dégel. Bien que l humidité puisse pénétrer et endommager l enveloppe du bâtiment de l intérieur ou de l extérieur, le présent article porte essentiellement sur l'infiltration de la pluie à travers les éléments verticaux (murs et fenêtres). Trois conditions doivent être réunies pour que l eau pénètre dans l enveloppe du bâtiment : présence d une source d eau; présence d une ouverture ou d un chemin que l eau peut emprunter; présence d une force qui pousse l eau à travers l ouverture. Si l une de ces conditions est absente, l humidité ne peut pas s'infiltrer. Le mur à écran pare-pluie est efficace dans les deux derniers cas, mais on abordera brièvement les aspects de la conception qui influent sur les trois facteurs. La première condition, soit la présence d eau, ne peut être éliminée. Certaines stratégies de gestion de l eau peuvent réduire la fréquence et l intensité des problèmes d humidité aux endroits critiques de l enveloppe du bâtiment en empêchant l humidité d atteindre ces zones. Des éléments classiques, comme les corniches et les débords de toit, ont longtemps rempli cette fonction pour les grandes surfaces, les solins et les chaperons protégeant les joints et les matériaux sensibles. Toute ouverture dans la surface du mur devient une trajectoire de fuite, que cette ouverture soit voulue ou fortuite. Les joints entre les matériaux et autour des portes et des fenêtres, les évents, les fissures et les surfaces poreuses constituent tous des points d entrée. Les méthodes de protection contre la pénétration de la pluie qui reposent uniquement sur l étanchéisation des ouvertures et qui ne contrent pas les forces qui poussent l eau à l intérieur des bâtiments sont rarement fiables. Les forces qui poussent la pluie à l intérieur des bâtiments peuvent être résumées comme suit : force cinétique, pesanteur, action capillaire et tension superficielle et gradients de pression. Dans certaines circonstances, une ou deux de ces forces peuvent être présentes, mais au cours d un orage accompagné de vents violents, elles s exerceront probablement toutes simultanément pour pousser l eau dans toutes les trajectoires de fuite disponibles. Au moment de concevoir un bâtiment, il faut tenir compte de toutes ces forces pour prévenir la pénétration de l eau de pluie. De ces forces, les plus importantes sont la pesanteur, l action capillaire et les différences de pression causées par le vent. Les matériaux, la construction et l orientation déterminent quelle sera la force dominante dans une situation donnée. La force cinétique désigne l impulsion des gouttes de pluie poussées par la pluie. Cette force transporte les gouttes de pluie directement dans les ouvertures suffisamment grandes. On peut utiliser des tasseaux, des clavettes et des déflecteurs internes pour protéger les ouvertures intentionnelles, comme les orifices de drainage et de ventilation, contre les infiltrations directes de pluie. Dans la conception de ces éléments, on doit tenir compte du fait que la pluie ne tombe pas toujours à la verticale. La pluie poussée par le vent peut avoir une vitesse horizontale non négligeable, et cette force peut même, près du sommet d un bâtiment, présenter une composante ascensionnelle.

4 Il peut sembler relativement simple de maîtriser le mouvement de l eau sous l effet de la pesanteur, mais les problèmes d infiltration causés par cette force sont encore beaucoup trop fréquents dans les immeubles modernes. Ce problème est d autant plus critique lorsque les éléments de bâtiment sont presque horizontaux ou présentent une très faible pente. Il est ordinairement imputable à un défaut de conception ou de construction de certains éléments, comme les solins, ou à l obstruction des voies d évacuation par des saletés ou de la glace, de sorte que l eau s accumule et emprunte une trajectoire imprévue. Il faut donc veiller, au moment de la conception et de la construction, à ne pas créer des trajectoires de fuite inclinées vers l intérieur ou des zones où l eau est susceptible de s accumuler ou de déborder des voies d évacuation. On peut utiliser la pesanteur pour empêcher la pluie de pénétrer dans les éléments verticaux du bâtiment. Les solins peuvent intercepter l eau qui vient d en haut et l acheminer vers l extérieur en l éloignant des surfaces du bâtiment. Ils permettent aussi de réduire la quantité d eau qui pourrait être poussée à travers le mur par d autres forces. La tension superficielle favorise la cohésion des gouttes d eau, même sous l effet de la pesanteur, et permet à l eau de pénétrer par les petites ouvertures. Le mouvement de l eau produit par cette force d attraction des gouttes est ce qu on appelle l action capillaire. Ces forces permettent à l eau d adhérer aux surfaces horizontales, comme les soffites, et de s infiltrer en dépit de la pesanteur dans les fissures et les vides interstitiels des matériaux de construction. La force que l action capillaire peut opposer à la pesanteur est proportionnelle aux dimensions de l ouverture (les petites fissures permettent une adhérence plus forte), et fonction de l attirance des matériaux pour l eau. À une distance critique, qui varie selon les matériaux, la pesanteur est plus forte que l action capillaire, et l eau tend à s écouler. Les matériaux lisses, comme le verre et l aluminium, sont ceux qui opposent la plus forte résistance à la pesanteur, mais un jeu de 10 mm est suffisant pour briser l action capillaire dans tous les matériaux de construction courants. Les larmiers (figure 1) que l on installe sur la sous-face des éléments en saillie sont des détails courants de construction qui brisent la tension superficielle et empêchent l eau de s accumuler ou d atteindre la surface du bâtiment. Dans les matériaux poreux, comme la maçonnerie, la capillarité est généralement la principale force qui agit sur la pénétration de l eau et tend à attirer et à retenir l eau à l intérieur, même en présence de la pesanteur et d une différence de pression, jusqu à ce que le matériau soit saturé. D autres forces, comme la pression du vent, la pesanteur ou l énergie cinétique, peuvent ensuite pousser l eau retenue plus avant dans l enveloppe du bâtiment. Bien que les forces capillaires puissent agir dans la brique, des essais menés sur des murs en maçonnerie ont montré que l eau pénètre surtout à l emplacement des joints de mortier, généralement par les fissures qui se forment à l interface du mortier et de la brique. Dans les revêtements extérieurs imperméables, la capillarité demeure un problème important à la hauteur des fissures et des joints. L étanchéisation des joints extérieurs est un procédé qui se révèle généralement peu efficace à long terme, car si les joints ne sont pas correctement entretenus, le produit d étanchéité tend à se détériorer sous l effet des contraintes et des intempéries et crée ainsi d'excellentes voies de pénétration par capillarité. Une solution plus efficace consiste à concevoir des joints qui comportent un piège capillaire, ou une lame d air drainée, d une largeur suffisante pour briser l action capillaire (voir la figure 2). Extérieur Figure 1. Exemple de larmier Extérieur Figure 2. Joint doté d un piège capillaire Intérieur Intérieur 4

5 Pressure on facades at 45 Les différences de pression d air de part et d autre de l enveloppe du bâtiment peuvent créer une force d aspiration et attirer l eau dans les trajectoires de fuite disponibles, tandis que le mouvement de l air produit par ces différences de pression peut transporter directement les gouttelettes d eau. Les différences de pression de part et d autre de l enveloppe peuvent être causées par le vent, les installations mécaniques et l effet de cheminée. Dans les deux derniers cas, on parle de pressions statiques, car les pressions engendrées sont relativement constantes et agissent de la même façon sur tous les côtés du bâtiment à une hauteur donnée (mais elles peuvent varier verticalement). Les pressions produites par les installations mécaniques et l effet de cheminée sont davantage responsables de l exfiltration de l humidité intérieure que de la pénétration de l eau de pluie. Le facteur qui joue le rôle le plus important dans l infiltration d eau est la différence de pression due au vent parce que cette différence de pression est généralement très marquée et très variable. Même un vent constant ne produit pas des pressions uniformes sur un bâtiment, car l écoulement de l air autour des arêtes du bâtiment engendre des forces et des vitesses de vent variables. Les pressions d air dues au vent seront positives sur les façades au vent et négatives (aspiration ou soulèvement) sur les façades sous le vent et, souvent, sur le toit (voir la figure 3.) X = -3.5 VENT Average wind pressure on building facades Parallèlement, les pressions cycliques dues aux vents soufflant en rafales peuvent engendrer des variations importantes sur des périodes très courtes. Un mur à écran pare-pluie bien conçu peut compenser ces variations de pression du vent, et c est là sa principale fonction, en équilibrant les pressions à l intérieur de la cavité murale (voir page 10). Dans les murs qui comportent un revêtement extérieur imperméable, comme les murs-rideaux, les différences de pression peuvent constituer la principale force de pénétration de la pluie dans les bâtiments VENT Figure 3. Pressions du vent sur les façades des bâtiments 5

6 6 MODES D EXPOSITION AU VENT ET À LA PLUIE Certaines parties des bâtiments sont plus vulnérables que d autres à la pénétration de la pluie. Comme il a été mentionné précédemment, toutes les ouvertures à la surface des murs constituent des voies d'infiltration potentielles. À grande échelle, la configuration des vents détermine la quantité de pluie qui frappe les différentes parties du bâtiment. La direction du vent est un facteur important puisque les façades au vent seront davantage touchées par la pluie poussée par le vent que les façades sous le vent, qui sont mieux protégées. Les caractéristiques aérodynamiques de l écoulement d air autour des bâtiments expliquent aussi pourquoi les différentes parties d un même mur ne sont pas exposées aux mêmes charges éoliennes, en particulier lorsqu il s agit de grands bâtiments. Lorsque le vent se divise pour s écouler autour et au-dessus d'un bâtiment, un coussin d air à haute pression, mais relativement immobile, est créé au centre du mur. Cette zone d inactivité protège cette partie du bâtiment contre la pluie. La vitesse du vent est plus élevée autour des arêtes latérales et supérieures du bâtiment et pousse la pluie avec plus de force contre ces parties du mur. Le mode de mouillage type d un bâtiment multi-étage est illustré à la figure 4. Des études ont montré que les arêtes peuvent recevoir plus de 20 fois et parfois jusqu à 50 fois! plus de pluie que la partie centrale du mur. Cet écart est encore plus marqué dans les bâtiments hauts et étroits. Vent Bâtiment sec Après 10 minutes, la migration commence Après 20 minutes, un mode de mouillage caractéristique se dessine Après 40 minutes, la pluie cesse et le mouillage des façades caractéristique se dessine au vent par dépôt direct et migration est environ proportionnel à l'exposition directionnelle à la pluie poussée par le vent Figure 4. Mode de mouillage d un bâtiment de grande hauteur.

7 7 Les modes de mouillage des façades de bâtiment dépendent aussi des matériaux de finition employés. Les surfaces poreuses, comme la maçonnerie, absorbent la plus grande partie de l eau qui les frappe puis l'évacuent lentement par diffusion. Dans les revêtements extérieurs imperméables, comme les murs-rideaux en métal et en verre, l eau s écoule simplement à la surface du mur et peut, par effet d entraînement, atteindre des quantités importantes à la base des bâtiments de grande hauteur. Le vent qui circule autour des bords et des parapets peut aussi pousser l eau latéralement et même vers le haut. Cet écoulement latéral peut entraîner l eau dans les joints verticaux, qui sont souvent très vulnérables aux infiltrations. En comprenant les modes de mouillage et d exposition au vent, on peut adopter des solutions de conception et prendre certaines précautions pour prévenir la pénétration de l eau de pluie. Ainsi, on peut prévoir des éléments fonctionnels de construction résistants à la pluie le long du bord supérieur et des côtés des bâtiments multi-étage et utiliser certains détails, comme des corniches, pour éloigner la pluie de la façade du bâtiment. Les débords de toit réduisent efficacement l exposition à la pluie des petits bâtiments, comme l a montré une étude récente de la SCHL sur les défaillances de l enveloppe du bâtiment dans le climat côtier de la Colombie-Britannique. Cette étude a en effet permis d établir un lien étroit entre la largeur des débords de toit et la fréquence de pénétration de la pluie. Les toits en pente diminuent aussi le mouillage des murs au vent en réduisant le mouvement des vents latéraux, et donc de l eau, à l intersection des murs et du toit. Des données sur la pression de la pluie poussée par le vent (PPPV) sont disponibles pour de nombreuses régions du Canada. Ces données sont estimées à partir des pressions annuelles horaires (extrêmes et moyennes) du vent (après conversion des vitesses du vent) associées à des épisodes de pluie suffisants pour causer des infiltrations. Des PPPV de 1/5 et de 1/10 représentent une tempête dont les probabilités d occurrence au cours d une année donnée sont de 20 % et de 10 % respectivement. On peut se servir de ces données pour déterminer les exigences d équilibrage des pressions. Un coefficient de hauteur (le même coefficient que dans les calculs structuraux) permet d obtenir les pressions applicables aux bâtiments de grande hauteur. Cependant, les données sur la PPPV s appliquent à une combinaison de vent et de pluie et ne correspondent pas nécessairement aux vitesses maximales des vents utilisées dans les calculs structuraux. (Dans les normes applicables aux fenêtres et aux murs-rideaux, l American Architectural Manufacturers Association [AAMA] recommande que ces composants soient soumis à des essais d infiltration d eau à des pressions du vent correspondant à environ 20 % des pressions du vent théoriques.) Les données sur la PPPV ne fournissent pas non plus d indications sur la fréquence ou la durée d exposition à la pluie poussée par le vent. C est pourquoi le Conseil national de recherches a établi un indice annuel de la pluie battante (IAPB) pour l Amérique du Nord. Ce sont les matériaux et la construction des bâtiments qui déterminent si le facteur le plus important est la charge maximale ou l exposition annuelle. Ainsi, dans les systèmes où toute infiltration d eau peut entraîner des problèmes, comme dans le cas des fenêtres et des murs étanchéisés en surface, ou encore, où l infiltration d eau est maîtrisée par des dispositifs de protection, comme des rainures d étanchéiage, les charges maximales sont l élément de conception le plus important. Dans les ensembles qui tolèrent une certaine quantité d infiltrations et qui reposent sur un cycle de mouillage et de séchage, comme de nombreux ouvrages de maçonnerie, il est plus utile de mesurer l exposition annuelle à la pluie.

8 Orifice de drainage et de ventilation MÉTHODES DE PROTECTION CONTRE LA PÉNÉTRATION DE LA PLUIE Les méthodes classiques de construction ont permis de neutraliser de diverses façons les forces qui poussent l eau de pluie à l intérieur des composants du bâtiment. Dans les murs massifs, comme les murs pleins en maçonnerie, en blocs, en béton ou en maçonnerie de pierre et les murs en bois d œuvre massif ou en rondins, la surface du mur repousse la plus grande partie de la pluie, et la masse du matériau absorbe et retient le reste d humidité superficielle. Par la suite, l eau absorbée s évapore au cours des périodes sèches, le soleil ou le chauffage intérieur accélérant le processus. Dans les systèmes étanchéisés en surface, on tente en revanche d éliminer les voies d'infiltration que l eau peut emprunter pour pénétrer dans le mur. On utilise donc des surfaces extérieures qui résistent à l eau et on étanchéise les joints. Cette démarche se révèle souvent peu fiable dans le cas des murs modernes isolés revêtus d un placage, en particulier sous des climats rigoureux où, sans l effet modérateur du conditionnement de l'air intérieur, la surface du mur réagit rapidement aux variations de la température extérieure et au rayonnement solaire. Il peut en résulter des mouvements thermiques et des fissures, surtout à l emplacement des joints parce que ceux-ci sont déjà soumis à d autres contraintes, comme la détérioration des produits d étanchéité au contact de l humidité et sous l effet du gel et du dégel et du rayonnement solaire, etc. La faible perméabilité à l eau des matériaux des murs peut aggraver les problèmes d infiltration, car l eau qui pénètre dans le mur y est alors emprisonnée. La démarche qui consiste à étanchéiser complètement les murs peut être efficace, mais les joints doivent alors faire l objet d un entretien périodique. Il pourrait s'avérer plus efficace d'utiliser des surfaces étanchéisées résistantes à l eau et des joints pare-pluie. (Voir page 23, Principes de l écran pare-pluie appliqués aux joints.) Les murs à écran pare-pluie peuvent contrer toutes les forces qui poussent la pluie à l intérieur des murs. À la configuration de base, qui comporte deux couches, ou parois, séparées par une lame d air, on peut substituer des variantes qui offrent divers degrés de protection contre la pluie. Il faut Orifice de drainage et de ventilation Solin vers l extérieur Orifice de drainage et de ventilation Orifice de drainage et de ventilation Compartiment étanche Compartiment étanche Paroi extérieure (écran) Compartiment étanche Paroi intérieure (pare-air) Cavité (peut comporter un isolant) toutefois établir une distinction entre la cavité murale drainée, l écran pare-pluie simple, ou ouvert, et le mur-écran pare-pluie à pression équilibrée. Par «mur à écran pare-pluie», on entend généralement un mur dans lequel les pressions sont équilibrées et qui est composé d un revêtement extérieur, d une cavité drainée et ventilée vers l extérieur, d un mur intérieur comportant un pare-air et d un ensemble de compartiments étanches qui limitent la taille de la cavité. (Voir la figure 5.) La couche de protection extérieure que constitue le revêtement fait dévier la force cinétique de la pluie et protège la paroi intérieure. Dans la cavité ventilée, la force de la pesanteur et des solins évacuent l eau qui traverse le mur extérieur et l éloignent des surfaces et des joints vulnérables. La cavité est suffisamment large pour que l eau ne puisse la traverser par tensioactivité et capillarité. Solin vers l extérieur Figure 5. Mur-écran pare-pluie à pression équilibrée 8

9 9 Le schéma de la figure 6 montre comment un écran pare-pluie permet d éliminer les différences de pression d air. La pression extérieure du vent (Pe) force l air à pénétrer dans la cavité par les orifices de ventilation du revêtement, et la pression augmente à l intérieur de la cavité (P c ) jusqu à ce que P c = P e et que la différence de pression de part et d autre du revêtement ( P e ) soit nulle. À ce stade, il y a équilibre des pressions, et la totalité de la pression du vent est transmise au pare-air. Lorsque P c = P e, l humidité cesse de traverser le mur extérieur et de pénétrer dans la cavité sous l effet de la différence de pression d air. Il existe maintenant un gradient de pression entre la cavité et l intérieur du bâtiment ( Pi), mais la source d eau a été éliminée puisque l eau ne peut traverser la cavité. La figure 7 montre ce qui se produit lorsque les surcharges extérieures dues au vent diminuent. À partir du moment où P c > P e, une charge nette négative s exerce sur le revêtement extérieur. L air s écoule alors vers l extérieur de la cavité jusqu à ce que les pressions soient de nouveau équilifbrées. EXTÉRIEUR EXTERIOR P e P C INTERIOR INTÉRIEUR P 1 Figure 6. EXTERIOR EXTÉRIEUR INTERIOR INTÉRIEUR 1 2P e P C P 1 Figure 7.

10 La cavité murale drainée Orifice de drainage Orifice de drainage Le mur à cavité drainée (figure 8) rappelle par certains aspects le mur à écran pare-pluie et permet de contrer certaines des forces qui sont à l origine des infiltrations de pluie, mais il ne peut être considéré comme un véritable mur à écran pare-pluie. Dans ce type de mur, les deux couches sont séparées par une cavité. Une couche intérieure de matériau drainant installée dans la cavité (principe de l écran dissimulé) fonctionne sensiblement de la même façon qu une lame d air. La couche extérieure reçoit la force cinétique de la pluie tandis que la cavité ou la couche de drainage empêche l eau d atteindre les matériaux du mur intérieur par capillarité. L eau qui traverse le mur extérieur doit être recueillie et évacuée de la cavité au moyen de larmiers et de chantepleures. Dans ce type de mur, la couche extérieure ou la couche intérieure peut jouer le rôle de pare-air et offrir une résistance aux infiltrations d air. Orifice de drainage Solin vers l extérieur Figure 8. Mur à cavité drainée Mur extérieur Mur intérieur Cavité (peut comporter un isolant) Cependant, la principale lacune de ce modèle de mur, et c est ce qui l empêche d agir comme un véritable écran pare-pluie, est qu il n a pas d effet sur les gradients de pression. Si la couche extérieure du mur est extrêmement étanche à l air, la surface sera soumise à des charges éoliennes importantes. La pression d air plus faible qui règne à l intérieur de la cavité créera une force d aspiration qui favorisera l infiltration de la pluie par toutes les petites ouvertures dans la surface du mur, c est-à-dire les joints, les vides interstitiels, les jeux, les fissures et les défauts d adhérence. La quantité d eau de pluie qui pénètre peut dépasser le volume que le mur peut évacuer de l intérieur ou être emprisonnée dans le mur et causer une détérioration progressive des matériaux. L écran pare-pluie ouvert (ou simple) L écran pare-pluie ouvert, ou simple, diffère de la cavité murale drainée en ce que le pare-air n est pas placé au même endroit. La plupart des murs creux et des murs qui comportent un revêtement agissent comme écrans pare-pluie ouverts. En fait, le terme «écran pare-pluie» peut prêter à confusion, car il donne à penser que la pluie est le seul facteur en jeu. Le terme «double étanchéisation aux intempéries», employé en Europe depuis plusieurs décennies, décrit mieux le concept puisqu il sous-entend que la plus grande partie des infiltrations d eau est maîtrisée par le mur extérieur, tandis que les infiltrations d air sont éliminées par la couche intérieure. Dans ce type de mur, la couche extérieure, celle qui forme un écran, est intentionnellement ventilée vers l extérieur, et le pare-air est installé sur la couche intérieure, ou mur de fond. Comme la surface intérieure est la plus étanche à l air, elle résiste aux surcharges dues aux pressions du vent et atténue le gradient de pression de part et d autre du mur extérieur, qui autrement tendrait à attirer l humidité 10

11 11 à l intérieur. Toutefois, comme la différence de pression se situe désormais au niveau du mur de fond et qu une certaine quantité d eau pourrait traverser la couche extérieure ventilée, le mur intérieur doit comporter un deuxième dispositif de protection contre l humidité. Cette protection peut être assurée par une couche de matériau étanche, par exemple un revêtement intermédiaire, du papier de construction ou une membrane imperméable, ainsi que par un solin et un avaloir au pied du mur. Il faut placer le matériau étanche du côté chaud de l isolant pour prévenir la condensation (c est-àdire à l intérieur dans les régions froides, où la saison de chauffage est longue, et à l extérieur dans les climats chauds, ou le refroidissement de l air intérieur joue un rôle important). Il faut souligner qu il est souvent plus facile d étanchéiser la surface intérieure que le revêtement extérieur et que le matériau d étanchéité dure alors plus longtemps puisqu il n est pas exposé au milieu extérieur (pluie, rayonnement ultraviolet, etc.).. Le plus souvent, les écrans pare-pluie simples sont formés d un placage de brique ou de pierre sur un mur de fond en blocs de béton ou d un revêtement extérieur en stuc ou en vinyle sur une ossature en bois ou en acier. Les revêtements extérieurs en bois faits de bardeaux de fente chevauchants sont un exemple de construction traditionnelle d un mur à écran pare-pluie simple : de petites lames d air séparent les bardeaux chevauchants et les planches de fond ou le lattis sur lequel les bardeaux sont fixés, ce qui produit le même effet qu un écran pare-pluie et une cavité murale (figure 9). La figure 10 montre un mur à écran pare-pluie simple comportant un placage de brique sur une ossature en poteaux d acier. Le concept de l écran pare-pluie peut aussi être appliqué efficacement aux mursrideaux, dont les caractéristiques seront abordées à la section «Principes de l écran pare-pluie appliqués aux murs-rideaux» (page 20). Finition intérieure (pare-air) Poteaux en bois avec isolant de laine minérale Revêtement intermédiaire en contreplaqué Papier de construction Lattis vertical Parement extérieur à chevauchement (écran) Cavité pare-pluie 2440 mm Overall Height X 2440 mm Width Pare-air formé de panneaux de contreplaqué de 18 mm d épaisseur Poteaux en acier de 88 mm à 400 mm d entraxe Revêtement intermédiaire en plaques de plâtre de 18 mm Agrafes à maçonnerie à espacement horizontal et vertical de 400 mm fixées mécaniquement aux poteaux en acier Cavité : Lame d air de 25 mm Écran pare-plui : Briques d argile de 100 mm Ventilation dans l assise de briques inférieure Figure 9. Exemple de mur à écran pare-pluie simple Figure 10. Mur à écran pare-pluie simple formé d un placage de brique sur une ossature en poteaux d acier

12 Une variante de l écran pare-pluie ouvert qui est très répandue en Europe est le mur à cavité ventilée par l arrière (figure 11). Les évents ménagés dans l écran extérieur sont relativement grands et concentrés au sommet et au pied du mur. Cette configuration permet de tirer parti des différences de pression d air (dues au vent) et de température (dues au réchauffement solaire), entre la base et le toit d un bâtiment. L air qui entre dans la cavité par les évents du bas et en sort par les évents du haut contribue à éliminer l humidité qui a pénétré dans le mur. Le mur à écran pare-pluie simple n a cependant que peu d effet sur les pressions d air. En principe, la ventilation du mur extérieur vers l extérieur transmet les charges éoliennes au pare-air posé sur le mur de fond; à mesure que l air s écoule dans la cavité, la pression augmente dans la cavité jusqu à ce qu elle soit égale à la pression exercée par le vent. C est ce qu on appelle l équilibre des pressions. L écoulement d air dans la cavité ne peut cependant pas s adapter aux variations locales rapides de pression produites par les rafales. Comme les charges éoliennes ne sont pas réparties uniformément sur les murs, l air s écoule aussi latéralement dans la cavité vers les zones de basse pression, dans les angles et au sommet du Orifice de ventilation protégé Orifice de ventilation protégé Orifice de ventilation protégé Orifice de drainage et de ventilation Orifice de drainage et de ventilation Orifice de drainage et de ventilation Solin vers l extérieur bâtiment. Par conséquent, il se produira des gradients de pression d air de part et d autre du mur extérieur, et l humidité sera attirée vers l intérieur. Un mur-écran pare-pluie à pression équilibrée exerce une maîtrise plus efficace des différences de pression. Mur extérieur Mur intérieur Cavity (May Have Insulation Figure 11. Mur à double paroi ventilé par l arrière Le mur-écran pare-pluie à pression équilibrée Grâce aux caractéristiques de conception de leur cavité murale, les murs à pression équilibrée donnent un meilleur rendement que les murs à écran pare-pluie simples. En théorie, le revêtement extérieur d un mur-écran pare-pluie à pression équilibrée n est soumis à aucune charge éolienne puisque ces charges sont transmises au pare-air posé sur le mur de fond. Le revêtement extérieur pourrait donc être extrêmement léger. En réalité, les charges éoliennes sont dynamiques et variables, et les pressions appliquées sur le mur ne cessent de fluctuer. La stratégie d équilibrage des pressions est parfois appelée «modification des pressions», car aucun mur ne peut assurer un équilibre instantané et constant lorsqu il est soumis à des pressions du vent dynamiques. Dans un mur à écran pare-pluie idéal, les pressions seraient équilibrées instantanément, mais les recherches ont montré qu il s écoule beaucoup de temps entre le moment où les charges éoliennes sont appliquées et celui où les pressions sont équilibrées dans la cavité. Tant que cet équilibre n est pas atteint, le revêtement extérieur est soumis aux pressions éoliennes et doit offrir une certaine résistance structurale. Et tant qu il existe une différence de pression entre le revêtement et la cavité, cette force pousse l humidité à travers le mur extérieur. Le «délai d équilibrage» et la «charge maximale» exercée sur le revêtement sont donc deux mesures de l efficacité d un mur à pression équilibrée. 12

13 13 Il a été démontré que plusieurs paramètres influent sur ces deux valeurs, notamment : l importance des charges éoliennes appliquées; l étanchéité à l air du pare-air; la surface de fuite du revêtement extérieur; la compartimentation de la cavité; le volume de la cavité; la rigidité du pare-air; la rigidité du revêtement. FACTEURS INFLUANT SUR L ÉQUILIBRAGE DES PRESSIONS Importance des charges éoliennes appliquées L analyse de ces facteurs a été effectuée sous des charges éoliennes constantes, de sorte que notre compréhension de leur réponse à des charges éoliennes qui varient rapidement, c est-à-dire à des rafales, demeure quelque peu spéculative. Les charges éoliennes créent des conditions complexes; ainsi, lorsque le vent frappe un mur à écran pare-pluie, l écoulement d air à l intérieur de la cavité murale fait augmenter la pression d air dans la cavité. La masse d air nécessaire pour équilibrer les pressions est fonction du volume de la cavité tandis que le temps nécessaire pour arriver à l équilibre varie selon la vitesse à laquelle l air pénètre dans la cavité. La différence de pression de part et d autre du revêtement est la force qui pousse l air dans la cavité, la vitesse d écoulement de l air étant proportionnelle à cette différence de pression. Par conséquent, la vitesse de déplacement de l air décroît à mesure que l air pénètre dans la cavité et que diminue le gradient de pression. Il ne faut toutefois pas oublier que les charges éoliennes peuvent varier d une seconde à l autre et qu un équilibre très complexe de forces est en jeu. Il ne faut pas non plus négliger l effet d une baisse soudaine des charges éoliennes. Lorsque le vent souffle en rafales, la pression qui règne dans la cavité dépasse périodiquement la pression d air extérieure. Cela se produit quand les charges éoliennes diminuent subitement, après que la pression ait augmenté dans la cavité pour atteindre celle d un vent violent. Cette hausse de pression dans la cavité crée une charge négative (vers l extérieur) sur l écran pare-pluie, qui tend alors à chasser la pluie par les ouvertures du revêtement, ce qui offre une protection supplémentaire contre l'infiltration de la pluie. Pour tirer parti de ce phénomène, un écran pare-pluie idéal devrait équilibrer instantanément les pressions lorsqu il est exposé à des vents soufflant en rafales, mais empêcher l air de s échapper trop rapidement de la cavité lorsque les charges éoliennes diminuent afin de ralentir l équilibrage. Bien qu une telle construction puisse être possible on pourrait par exemple installer des déflecteurs unidirectionnels sur les orifices de ventilation rien de semblable n est actuellement à l essai ni couramment utilisé.

14 14 Il faut se rappeler que l équilibrage des pressions ne neutralise que la partie des infiltrations d air qui est attribuable à une différence de pression d air. Selon le type de construction et l orientation du mur, la différence de pression peut être ou non le facteur déterminant dans la pénétration de la pluie. Par exemple, dans les murs où le revêtement extérieur est fait d un matériau poreux ou présente des joints ouverts, les améliorations du rendement du mur que l on peut obtenir par un équilibrage des pressions peuvent être minimes puisque l eau continue à pénétrer par capillarité ou gravité ou sous l effet des forces cinétiques. L équilibrage des pressions n élimine donc pas la nécessité d un bon drainage et d une bonne capacité d assèchement. Ce procédé peut en revanche donner d excellents résultats dans les murs qui comportent un revêtement extérieur imperméable. Il est toutefois à peu près inutile de tenter d équilibrer les pressions dans les éléments de bâtiment quasi-horizontaux ou à faible pente (parce qu en raison des caractéristiques dynamiques de l écoulement d air, des pressions négatives, ou un soulèvement, sont généralement produits sur les éléments horizontaux); cette mesure peut même aller à l encontre du but recherché si la création de compartiments étanches gêne le drainage. On peut cependant utiliser un écran pare-pluie simple dans les toitures inclinées et les joints d arbalétrier des vitrages inclinés (figure 12) et obtenir ainsi la double protection d une couche extérieure qui repousse l eau et d une couche intérieure étanche à l air et à l eau. Joint à recouvrement simple sans encoche dans les arbalétriers Gouttière de collecte intégrale dans la panne Gouttière de collecte optionnelle sur l'arbalétrier Figure 12. Joint drainé sur un vitrage en pente

15 15 Étanchéité à l air du pare-air Pour que les charges éoliennes soient efficacement transmises au pare-air (et pour que le pare-air remplisse sa fonction), celui-ci doit être aussi étanche à l air que possible. Dans le Code national du bâtiment, les débits de fuite maximaux prescrits pour les pare-air installés dans des murs isolés varient de 0,1 à 0,2 L/s/m 2 pour une différence de pression de 75 Pa. L AAMA recommande un débit de fuite maximal de 0,3 L/s/m 2 à 75 Pa pour les murs-rideaux, et de nombreux types de murs sont encore moins étanches. Sous le climat canadien, il faudrait viser un débit cible d au plus 0,1 L/s/m 2 soit l équivalent d une surface de fuite de 10 mm 2 par m 2. Bien entendu, le rendement du pare-air a d autres incidences, dont la consommation énergétique et la condensation résultant de l exfiltration de l air intérieur. (Voir l article de la SCHL intitulé «Éléments de conception d'un système d'étanchéité à l'air».) Outre son étanchéité à l air effective, l étanchéité à l air relative du pare-air, c est-à-dire par rapport à celle du revêtement extérieur, détermine à quelle vitesse pourra se faire l équilibrage des pressions. Comme le pare-air est plus étanche que le revêtement, il est soumis à une différence de pression importante lorsqu il doit offrir une forte résistance à l air qui s écoule librement à travers le revêtement. Idéalement, le pare-air devrait être complètement étanche et recevoir la totalité des charges éoliennes, de manière qu un équilibrage parfait des pressions puisse être réalisé dans la cavité et que les charges éoliennes s exerçant sur le revêtement soient nulles. Or, dans la pratique, il est impossible d obtenir une étanchéité parfaite à l air. Surface de fuite du revêtement extérieur On doit faire en sorte que le revêtement extérieur soit moins étanche à l air que le pare-air en y incorporant des ouvertures intentionnelles, ou orifices de ventilation. L aire recommandée des orifices de ventilation du revêtement est d'au moins cinq fois supérieure à la surface de fuite du pare-air. En d autres termes, si le débit de fuite du pare-air est de 0,1 litre par seconde par mètre carré (soit le maximum recommandé, équivalant à une surface de fuite de 10 mm 2 /m 2 ), l aire de ventilation du revêtement extérieur doit être d au moins 50 mm 2 par m 2.De cette façon, de 80 à 95 % des charges éoliennes devraient être transmises au pare-air; selon un rapport de dix à un, le pare-air devrait supporter de 90 à 99 % de la charge éolienne. Plus la surface de fuite est grande, moins il faut de temps pour que les pressions s équilibrent. Chaque orifice de ventilation devrait faire au moins 8 mm de largeur de manière à éliminer le risque de pénétration par capillarité, et les rives devraient être munies de larmiers. Les orifices de ventilation doivent être inclinés vers le bas et vers l extérieur et protégés contre une exposition directe aux forces cinétiques de la pluie. Dans certaines recherches, on recommande de pratiquer des orifices de ventilation au sommet et au bas de la cavité pour créer un mouvement convectif de l air et accélérer l assèchement. On peut aussi combiner les orifices de ventilation à des orifices de drainage à la base de la cavité seulement parce que le fait de placer des orifices de ventilation à différentes hauteurs peut engendrer des forces d aspiration qui attirent l humidité dans la lame d air. La stratégie qui consiste à ménager des orifices de ventilation asymétriques (voir ci-dessous) utilise en revanche les différences de pression le long de la façade pour produire un mouvement d air dans la cavité.

16 Compartimentation de la cavité Un aspect essentiel dont il faut tenir compte dans la conception des murs à pression équilibrée est la répartition non uniforme des charges éoliennes à la surface des bâtiments. La figure 3 montre comment la pression du vent varie à la surface d un bâtiment lorsque le vent frappe la façade à 90 º et à 45 º. Comme le montre l espacement des courbes, la pression du vent peut être passablement uniforme au centre des murs, mais des gradients marqués se développent vers les bords et la ligne de toit. Dans un même mur, des charges éoliennes positives peuvent s exercer dans une zone et des forces négatives (aspiration), dans d autres zones, tandis que les angles pourront être exposés à des pressions positives élevées d un côté et à de fortes pressions négatives de l autre côté. Ces différences de pression sont proportionnelles à la hauteur du bâtiment. Si la cavité d un mur à écran pare-pluie comporte des orifices de ventilation qui s ouvrent sur l extérieur dans des zones de pression inégale, l air s écoulera latéralement dans la cavité le long du gradient de pression. Les pressions ne seront pas équilibrées dans la cavité, et la différence de pression de part et d autre de l écran pare-pluie pourra être très importante en fait, plus importante que si le mur était dépourvu d orifices de ventilation en particulier dans les angles. Pour prévenir cet écoulement latéral, on divise la cavité en compartiments. La figure 5 montre comment ce concept est incorporé à un système d écran pare-pluie. Il faut à tout le moins étanchéiser la cavité murale à tous les angles du bâtiment et le long de la ligne de toit pour empêcher que l air qui frappe la façade au vent ne soit attiré dans les zones de pression négative des autres façades. Ce procédé devrait suffire à protéger les petits bâtiments contre la pluie. Les joints d étanchéité réalisés dans les angles des compartiments doivent être conçus pour résister à de fortes charges, car des essais en soufflerie ont montré que ces zones sont soumises à des pressions de 2 à 3 fois supérieures aux charges éoliennes de calcul. Des joints préformés peuvent être incorporés à d autres éléments dans les angles, par exemple, des joints de dilatation ou des fermetures de rive de panneau. On peut étanchéiser efficacement ces compartiments au moyen de membranes élastomères, de cornières en tôle d acier, d un isolant à l uréthane expansé ou du polystyrène extrudé coupé aux dimensions exactes et fixé au moyen d attaches mécaniques. Il faut souligner que les joints étanches des compartiments ne sont pas de simples déflecteurs et que les matelas en fibre de verre et les panneaux d isolant-mousse collés n offrent pas une étanchéité à l air et une résistance suffisantes. Dans les grands bâtiments, on peut créer des compartiments supplémentaires à l intérieur d une façade pour contrer les différences de pression qui s exercent sur l ensemble de la façade. La taille des compartiments est fonction de l ampleur des variations de pression à l intérieur d une zone donnée. Il faut donc prévoir des compartiments plus petits le long des arêtes des murs et des compartiments plus grands au centre de la façade, là où la pression est la plus uniforme. Dans les cas où il est plus important de prévenir la pénétration de la pluie que de réduire les charges structurales, on peut tenir compte uniquement des façades exposées à une pression du vent positive (c est-à-dire les façades face au vent). Bien entendu, il faut prendre en considération la direction dominante de la pluie, car la pluie ne tombe pas toujours dans la même direction. Pour calculer la taille des compartiments, le concepteur doit déterminer les variations de pression admissibles sur l ensemble d un compartiment. Si le rendement du bâtiment sous le régime des vents prévu peut être modélisé, on peut calculer l espacement des compartiments à partir des paramètres établis par le concepteur. Ainsi, on peut décider que la variation de la pression du vent le long de la façade d un compartiment ne doit pas dépasser 10 % de la pression maximale du vent exercée sur ce compartiment. Une telle restriction pourrait cependant exiger que les compartiments situés aux extrémités du bâtiment soient de très petite taille. Une meilleure solution consisterait à prévoir un équilibrage moins rigoureux des pressions dans les angles en augmentant la durabilité des composants et un système d étanchéité ininterrompu ainsi qu'un bon drainage, par exemple. S il est impossible de calculer la taille des compartiments à partir de charges éoliennes précises, on peut s appuyer sur certains principes de base. Si l on suppose que les orifices de ventilation du revêtement extérieur sont espacés uniformément, les compartiments situés près des bords (bande représentant au plus 10 % de la largeur du bâtiment) devraient être de petite taille, soit environ 1 à 1,2 m de largeur. Ces dimensions s appliquent aussi à la hauteur des compartiments situés dans la bande supérieure équivalant à 10 % de la hauteur du bâtiment. Pour le reste du bâtiment, les compartiments peuvent faire de 10 à 15 m de largeur et un ou deux étages de hauteur (sans toutefois dépasser 6 m). Il faut prévoir des solins et un système de drainage à la hauteur des divisions horizontales (les orifices de ventilation situés à la base de chaque cavité peuvent servir au drainage). 16

17 17 Une étude menée en 1995 par la SCHL (référence 7) renferme des recommandations plus détaillées sur le dimensionnement des compartiments (tableau 1). Les dimensions recommandées dans cette étude sont plus prudentes que celles qui sont indiquées ci-dessus et devraient permettre d équilibrer les pressions (à plus ou moins 25 Pa) en présence de pressions de rafale instantanées, lesquelles peuvent être beaucoup plus élevées que les charges éoliennes maximales moyennes. Comme la protection contre la pénétration de l eau de pluie vise davantage la pénétration moyenne cumulative d humidité que des épisodes ponctuels ou momentanés contrairement au calcul des charges structurales le concepteur devra examiner divers facteurs pour déterminer s il y a lieu de calculer la cavité en fonction des pressions de rafale, notamment les caractéristiques locales du vent et l exposition du bâtiment aux rafales et la vulnérabilité des matériaux des murs aux dommages causés par l humidité par suite d un léger mouillage, etc.. Tableau 1 : Lignes directrices pour le dimensionnement de compartiments qui permettront d équilibrer les pressions (Tiré de : A Study of the Characteristic Shapes of Mean Pressures and Their Gradients on Buildings in Realistic Surroundings, P.F. Skerlj et D. Surry, pour le compte de la SCHL, 1995.) Taille du compartiment en % de la largeur (l) de la hauteur (h) du bâtiment Zone du bâtiment Largeur Hauteur 3* à 10 % de la largeur à partir de l'angle 2 % l ou 1m 5 % h ou 1m 10 à 20 % de la largeur à partir de l'angle 4 % l ou 1m 5 % h ou 1m 20 à 50 % de la largeur à partir de l'angle 8 % l ou 1m 10 % h ou 1m 3 à 10 % de la hauteur à partir du sommet 5 % l ou 1m 2 % h ou 1m 10 à 20 % de la hauteur à partir du sommet 5 % l ou 1m 4 % h ou 1m 20 à 100 % de la hauteur à partir du sommet 10 % l ou 1m 8 % h ou 1m * L étude souligne qu il est peu probable que les pressions puissent être équilibrées dans les 3 % de la largeur et de la hauteur du bâtiment situés près des bords. Lorsqu on compartimente une cavité pour y équilibrer les pressions, il faut prévoir une aire de ventilation supplémentaire pour compenser les fuites d air par les joints des compartiments. Les joints des angles sont soumis à des différences de pression particulièrement marquées. Par conséquent, en plus de prévoir dans le revêtement une surface de fuite cinq fois plus importante que celle du pare-air, comme il est indiqué ci-dessus, il faudra faire en sorte que l aire de ventilation effective des compartiments corresponde à dix fois la surface de fuite estimative des joints d angle et à une fois la surface de fuite des joints des compartiments intermédiaires.

18 On peut augmenter la largeur des compartiments si l on modifie la position des orifices de ventilation de manière à tirer parti des forts gradients de pression qui se développent le long des arêtes du bâtiment. Plutôt que d espacer uniformément les orifices de ventilation à la surface d un compartiment, on peut concentrer ces évents dans les zones où la pression du vent est la plus élevée. Au lieu d équilibrer les pressions, ce procédé crée une pression positive dans la cavité. Si le compartiment est étanche et si les orifices de ventilation constituent la plus grande partie de la surface de fuite du revêtement extérieur (les zones de fuite du revêtement étant négligeables par rapport aux orifices de ventilation), la pression augmentera dans la cavité jusqu à ce qu elle soit égale à la pression qui règne dans les orifices de ventilation. On crée ainsi sur le revêtement une pression vers l extérieur sur presque toute la largeur du compartiment, pression qui poussera l eau à l extérieur plutôt qu à l intérieur des trajectoires de fuite. Plus le compartiment est large (et plus les variations de pression à la surface du revêtement sont importantes), plus la différence de pression vers l extérieur qui en résulte sera marquée. Règle générale, les évents doivent être placés sur le bord du compartiment le plus près du centre (là où les pressions du vent sont les plus fortes sur la façade au vent). Cet aspect doit être étudié plus avant, mais la démarche semble viable pour des compartiments dont la largeur correspond à 10 % ou plus de la largeur de la façade. Il faut souligner qu un espacement asymétrique dans des compartiments très larges ou très hauts peut engendrer des différences de pression qui augmenteront les charges structurales, et cette possibilité ne doit pas être négligée. Cette stratégie de ventilation peut créer des forces vers l intérieur lorsque la façade est soumise à des pressions négatives importantes c est-à-dire lorsqu en raison de la direction des vents, elle se trouve sous le vent mais dans ce cas, le mur serait protégé de la pluie. Un espacement asymétrique des orifices de ventilation a pour avantage de protéger les parties du bâtiment qui sont le plus exposées au mouillage. En fait, l essai en soufflerie de cette stratégie de ventilation a révélé que les pressions appliquées à la surface du revêtement, près de la ligne de toit et le long des arêtes, soit les zones les plus exposées au mouillage, étaient presque nulles ou s exerçaient vers l extérieur. Dans une configuration asymétrique, l emplacement des orifices de ventilation qui relient les compartiments étanches à l extérieur et les pressions d air exercées à ces endroits déterminent la pression d air à l intérieur du compartiment. Il faut toutefois veiller à appliquer correctement cette stratégie, car les procédés courants de construction peuvent en compromettre l efficacité. (Ainsi, les couvre-joints à pression installés sur les joints des murs-rideaux peuvent recouvrir les orifices de ventilation des cavités des vitrages et des panneaux d allège; voir page 20, «Principes de l écran pare-pluie appliqués aux murs-rideaux».) De plus, les orifices de ventilation ne devraient pas, dans l ensemble, être situés en des endroits qui forment une saillie par rapport à la façade du bâtiment parce que le vent qui souffle autour de ces saillies peut créer des pressions d aspiration localisées qui neutraliseront les effets de l équilibrage des pressions dans les compartiments. C est pourquoi les orifices de ventilation du revêtement extérieur ne doivent pas être placés près des bords du bâtiments; un système de drainage doit néanmoins être prévu aux extrémités. Volume de la cavité Comme on l'a mentionné plus haut, les pressions du vent qui souffle en rafale, ou pressions cycliques, engendrent des conditions complexes qui rendent difficile l équilibrage des pressions. Lorsque le vent souffle en rafales, les murs peuvent subir des pressions d air plus de deux fois plus fortes que les pressions moyennes du vent. On a expliqué l effet de l étanchéité à l air relative du revêtement et du pare-air sur l équilibre des pressions, mais le volume de la cavité murale est aussi un facteur dans cette équation. Si la cavité est volumineuse, une grande quantité d air devra traverser les orifices de ventilation pour équilibrer les pressions. Le volume de la cavité ainsi que l inétanchéité du pare-air déterminent donc l aire de ventilation qui doit être prévue dans le revêtement. Le volume minimal de la cavité est déterminé par la largeur minimale de la cavité. Il faut prévoir une largeur suffisante pour assurer une coupure de capillarité, permettre le drainage de l eau qui pourrait pénétrer dans la cavité et favoriser la libre circulation de l air (notamment un mouvement convectif qui accélérera l assèchement, si des orifices de ventilation sont ménagés dans le haut et le bas de la cavité). Une largeur d environ 25 mm est acceptable; mais il faut prévoir un jeu pour les tolérances de construction. Pour ce qui est du calcul du volume maximal de la cavité, des essais menés par le Conseil national de recherches du Canada [INSÉRER LA RÉFÉRENCE] ont montré que le rapport entre le volume de la cavité et l aire de ventilation ne doit pas dépasser 50 m 3 par m 2 pour un mur-écran pare-pluie à pression équilibrée comportant des éléments rigides (le mur d essai était formé de panneaux en béton préfabriqué). 18

19 Rigidité du pare-air et du revêtement extérieur Il faut également tenir compte de la rigidité du revêtement extérieur et du pare-air, car le fléchissement de ces éléments sous les surcharges dues au vent a un effet sur le volume utile de la cavité. En augmentant la souplesse du revêtement, on réduit les charges éoliennes qui s exercent sur lui, mais on modifie le volume de la cavité. Si, en revanche, on utilise un pare-air plus souple, on augmente les charges éoliennes appliquées sur le revêtement parce que ces pressions ne seront pas transmises aussi rapidement au pare-air. Les variations de volume de la cavité causées par un fléchissement du revêtement ou du pare-air peuvent favoriser l aspiration du vent et de la pluie dans la cavité, ce qui va à l encontre du but visé. Une cavité qui présente un volume constant réagit plus promptement aux variations rapides des charges éoliennes appliquées. Le pare-air doit également être suffisamment rigide parce que cette rigidité assure une répartition uniforme des charges et empêche que les efforts ne soient transmis aux supports. Plus l ensemble est flexible, plus le volume de la cavité varie et plus le rapport entre le volume de la cavité et l aire de ventilation devra être faible. Ainsi, dans un système assez flexible, comme un placage de maçonnerie, ce rapport devrait être d au plus 25:1. MODÉLISATION DES PRESSIONS CYCLIQUES DU VENT La SCHL a mis au point un programme, RainScreen 2.0, qui peut modéliser le rendement des murs soumis à des pressions cycliques du vent. L utilisateur saisie les données sur les charges éoliennes (pressions moyennes et maximales et fréquence des rafales), les dimensions de la cavité, l aire de ventilation et la flexibilité du revêtement extérieur, de même que la perméabilité du pare-air et sa souplesse. Le programme estime les charges statiques et cycliques appliquées sur le revêtement du mur à écran pare-pluie et modélise la réponse de la pression à l intérieur de la cavité (importance et durée) aux variations de la pression du vent. Le logiciel peut donc montrer les effets que pourra avoir une variation des différents paramètres de conception. On verra par exemple que l augmentation du volume de la cavité retardera l équilibrage des pressions tandis qu une augmentation de l aire de ventilation accélérera le processus. Le logiciel permet aussi de visualiser les effets d une variation de la souplesse du revêtement ou du pare-air. RÉDUCTION DES CHARGES SUR LE REVÊTEMENT EXTÉRIEUR PAR UN ÉQUILIBRAGE DES PRESSIONS En théorie, si l on peut maîtriser en tout temps la pression exercée par le vent sur l écran pare-pluie, on peut aussi maîtriser les charges structurales appliquées sur le revêtement. Dans les murs de l avenir, dont certains sont actuellement mis au point par des fabricants, l équilibrage des pressions permettra d utiliser des revêtements en panneaux plus légers. Ici, le facteur limitatif réside dans les charges de pointe instantanées produites par les vents qui soufflent en rafales : en effet, si le calcul structural de l ossature s appuie essentiellement sur les charges maximales, la protection contre les infiltrations de pluie est davantage liée aux différences de pression moyennes. Des essais ont montré que les variations rapides des charges éoliennes, comme celles qui sont produites par les vents qui soufflent en rafales, imposent des charges particulièrement fortes sur le revêtement. Même si l on comprend les facteurs qui influent sur les charges de pointe appliquées sur le revêtement, il faut vérifier l effet de toute réduction de la capacité structurale du revêtement et de ses ancrages sur la tenue du revêtement dans toutes les conditions. Le Code national du bâtiment exige que les éléments du revêtement soient conçus pour résister aux pressions maximales du vent de 10 ans pour l emplacement considéré et pour un facteur de rafale de 2,5. Certains chercheurs recommandent d utiliser une valeur cible correspondant à 25 % de la pression de pointe du vent exercée sur le revêtement de l écran pare-pluie. Mais il n est guère utile pour l instant de se livrer à des conjectures sur une réduction des charges structurales dans le calcul des revêtements des murs à écran pare-pluie, sauf dans les cas où des critères d aptitude au service, comme l aspect, le bruit ou la détérioration non catastrophique, limitent les charges exercées sur le revêtement. 19

20 PRINCIPES DE L ÉCRAN PARE-PLUIE APPLIQUÉS AUX MURS-RIDEAUX La figure 13 montre un mur-rideau partiellement conçu comme un écran pare-pluie. On peut appliquer le principe de l écran pare-pluie aux murs-rideaux pour créer un mur qui combine un système étanchéisé en surface (vitrage), des parties de mur à écran pare-pluie (panneaux d allège) et un ensemble de joints pare-pluie. La vue en coupe du mur montre comment les panneaux d allège jouent le rôle d écran parepluie. Les panneaux d allège en verre forment le revêtement, la cavité étant délimitée par les panneaux d allège et la plaque profilée arrière en tôle. Le pare-air comprend l arrière du vitrage isolant, l épaulement du meneau d appui, la plaque profilée, l épaulement du meneau de linteau, l arrière du vitrage suivant et ainsi de suite. Pour maintenir la continuité du pare-air, il faut réaliser des joints étanches. À cette fin, on utilise généralement une bande autocollante pour vitrage ou une garniture d étanchéité entre la surface du vitrage et l épaulement du meneau et une bande autocollante ou un produit d étanchéité entre la plaque profilée et le meneau. Remarque : Les chambres à air qui entourent les vitrages et les panneaux ne sont ouvertes sur l extérieur que le long des rives inférieures Verre de tympan (écran) Plaque profilée arrière du panneau d allège (pare-air) Chambre à air à pression équilibrée Garniture d étanchéité Fentes d aération (orifices de ventilation) Pare-air Joint étanche à l air (pare-air) Chambres à air à pression équilibrée (cavité) Figure 13. Principe de l écran pare-pluie appliqué aux murs-rideaux Bon nombre de murs-rideaux donnent un bon rendement lorsqu'ils disposent uniquement d'une cavité drainée, mais pour obtenir un mur à pression équilibrée, il faut examiner d autres facteurs. Ainsi, lorsqu on évalue le volume maximal de la cavité, le rapport entre le volume de la cavité et l aire de ventilation ne doit pas dépasser 50 m 3 par m 2 pour les murs-écrans pare-pluie à pression équilibrée comportant des éléments rigides, ce rapport devant être plus faible dans le cas de systèmes plus flexibles. Ici, la plaque profilée en tôle, de calibre 20 ou 22, qui joue le rôle de pare-air au niveau des panneaux d allège, serait relativement souple. Compte tenu du volume important de la lame d air associée au panneau d allège (beaucoup plus important que dans les panneaux de fenêtre), il peut être très difficile d équilibrer les pressions. Pour que l écran pare-pluie fonctionne correctement, il faut établir des limites de fléchissement en tenant compte du volume de la cavité, en particulier dans le cas des panneaux de grandes dimensions. Plus l aire du panneau d allège est importante, plus le fléchissement de la plaque profilée fera varier le volume de la cavité. Comme les orifices de ventilation sont situés dans les meneaux et que leur taille ne varie pas selon les dimensions des panneaux, les limites de fléchissement devraient, toutes proportions gardées, être moins importantes pour les grands panneaux que pour les petits. Dans les constructions traditionnelles, la plaque profilée peut être renforcée au moyen d un isolant rigide ou de raidisseurs métalliques, mais on ne prend ordinairement pas d autres mesures pour limiter le fléchissement sauf s il faut atténuer le bruit ou prévoir des éléments coupe-feu. Dans ce cas, une couche de 100 mm de mousse isolante, utilisée de préférence à des panneaux isolants de fibres de verre, réduira sensiblement le volume de la lame d air et contribuera à raidir la plaque profilée. Un rapport d environ 25:1 entre le volume de la cavité et l aire de ventilation devrait être acceptable. Les orifices de ventilation devraient être situés au pied et au sommet de la cavité et prendre la forme de fentes dans la plaque de pression, comme le montre la figure. Il n est pas recommandé de ménager des orifices de ventilation sur les côtés, car les ouvertures se trouveraient alors sous le couvre-meneau vertical. 20