LA RÉGLEMENTATION THERMIQUE ET L ACOUSTIQUE

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1 D O S S I E R LA RÉGLEMENTATION THERMIQUE ET L ACOUSTIQUE Sommaire LA RÉGLEMENTATION THERMIQUE ET L ACOUSTIQUE Des solutions existent pour éviter que les problèmes thermiques ne soient réglés au détriment de l acoustique. Ainsi, le traitement des ponts thermiques occasionne des transmissions latérales prépondérantes. Cela justifie la mise en œuvre de doublages thermo-acoustiques. Pour les vitrages, il existe également des procédés qui permettent de satisfaire ces deux critères. Les industriels proposent des solutions de doublages à la fois thermiques et acoustiques. 3 Qualité acoustique des isolants thermiques : rechercher la compatibilité 6 Vitrages à isolation renforcée 9 Les rupteurs thermiques en façade porteuse 14 Doublage intérieur : calculer l efficacité 18 Réhabilitation acoustique de l habitat existant 22 Contribuer à améliorer la qualité de vie Concilier ces deux objectifs, tel était le thème d une journée d information organisée par le Centre d information et de documentation sur le bruit et l Association des acousticiens de l environnement le 28 mars dernier. Ce dossier ne reprend qu une partie des exposés. Les solutions liées aux équipements seront traitées dans un prochain Magazine. 2 [ CSTB MAGAZINE ] 135 mai-juin 2001

2 Qualité acoustique des isolants thermiques : rechercher la compatibilité MATHIAS MEISSER, CONSULTANT EN ACOUSTIQUE DU BÂTIMENT Les exigences de la réglementation thermique 2000 vont changer les pratiques en matière d acoustique. Désormais, on ne peut plus se contenter de méthodes de prévision simplifiées. Les problèmes de compatibilité entre l isolation acoustique et les autres fonctions du bâtiment et notamment l isolation thermique ne datent pas d aujourd hui. Malheureusement, la recherche de solutions adaptées n a pas toujours été effectuée, ce qui a conduit souvent à des désordres constatés a posteriori, lors des mesures acoustiques. Faut-il le rappeler? L isolation acoustique se mesure, alors que l isolation thermique se contrôle en vérifiant que les moyens prévus ont été mis en œuvre. La RT 2000 applicable à tout bâtiment quelle que soit sa destination augmente le niveau des performances exigées et prévoit de nouvelles augmentations à court terme. Notamment, il faut que les systèmes constructifs utilisés permettent une diminution sensible des ponts thermiques créés actuellement par les liaisons des planchers ou des refends aux façades. Pour y parvenir, il est nécessaire de recourir soit aux techniques d isolation par l extérieur, soit de prévoir des isolants thermiques au droit des liaisons entre les parois par l intermédiaire d inserts. Or, dans le cas de parois simples non liées rigidement, les méthodes de prévision simplifiées ayant fait leurs preuves dans des constructions traditionnelles ne sont plus applicables. Il faut alors calculer les isolements acoustiques correspondant à toutes les voies de transmission entre locaux. On ne peut plus se contenter d une estimation forfaitaire de la perte d isolement due aux transmissions latérales. Pour aider le non spécialiste, des logiciels d utilisation simple, basés sur les méthodes de prévision «européennes», ont été mis au point. Tordre le cou aux idées reçues Actuellement, l isolation thermique en partie courante de façade est constituée par un complexe constitué de l isolant [ CSTB MAGAZINE ] 135 mai-juin

3 D O S S I E R LA RÉGLEMENTATION THERMIQUE ET L ACOUSTIQUE (polystyrène expansé, élastifié ou extrudé, polyuréthanne, laine minérale) et d une protection (généralement une plaque de plâtre). Ces complexes se comportent en acoustique comme des systèmes mécaniques du type «masse-ressort-masse» (paroi support-isolant-protection). De tels systèmes ont une fréquence propre de résonance qui, pour des masses données, augmente avec la raideur du ressort. À la fréquence propre, il y a une forte transmission de l énergie acoustique qui arrive sur la paroi. Si le ressort est trop raide, la fréquence propre risque d être placée à l intérieur de l intervalle de fréquences utilisé dans les isolements acoustiques entre locaux, ce qui se traduit par une perte Compatibilité des fonctions : une préoccupation plus large globale d isolation acoustique. Certains doublages thermiques de parois, trop raides, peuvent dégrader l indice d affaiblissement acoustique du support, voire augmenter les transmissions latérales entre locaux lorsqu ils sont placés sur une paroi liée au mur ou au plancher de séparation. Fort heureusement, des zones de compatibilité coexistent entre les deux domaines. En effet, les renforcements acoustiques intéressants sont tous composés d isolants thermiques (les laines de verre, laines de roche ou les polystyrènes élastifiés). Ces problèmes de liaison thermique/acoustique relèvent trop souvent des «idées reçues», non confirmées par la réalité ou mal La thermique et l acoustique ne devraient pas être les seuls domaines dans lesquels il est nécessaire de dégager les zones de compatibilité. Une étude plus complète «acoustique, thermique, aération des locaux, sécurité incendie, protection sismique, étanchéité à l eau,» serait à entreprendre. En dehors de l aspect sismique et l étanchéité à l eau, une synthèse des quatre autres fonctions à assurer est réalisée lorsqu on évoque le problème des portes palières des logements. L étanchéité de la porte doit être assurée pour ne pas laisser passer les bruits, les calories, l air et le feu. Les façades des bâtiments elles-mêmes permettent une bonne coordination des fonctions aération, thermique, acoustique, étanchéité et incendie. Pour l aération, des entrées d air doivent être prévues en fonction du débit d air à admettre dans les pièces. Ces éléments obligatoires sont sources de transmissions parasites des bruits extérieurs et constituent des points faibles thermiques. Il faut donc contrôler leurs performances. Quant aux fenêtres, elles doivent être étanches de façon à maîtriser le passage de l air par les grilles prévues à cet effet et éviter des transmissions parasites de bruits et de calories. De plus, en thermique comme en acoustique, la fenêtre est nettement moins isolante que la partie opaque d une façade traditionnelle. C est pourquoi si on ne se préoccupe que de l isolation acoustique vis-à-vis des bruits extérieurs, il n y a généralement pas d incompatibilité acoustique dans le choix de l isolation thermique. On peut se permettre une légère perte d isolation acoustique sur la partie opaque sachant que c est la fenêtre, moins isolante, qui commande le résultat final. En revanche, l isolant thermique peut avoir une incidence fâcheuse sur l isolation acoustique entre locaux à l intérieur de l immeuble, en augmentant les transmissions latérales via la façade. La figure ci-dessus montre les voies de transmissions latérales à la jonction entre un plancher ou un refend et la façade. Pour que l isolement acoustique standardisé entre logements en réception dans les pièces principales soit conforme à la réglementation acoustique (53 db), la paroi de séparation peut être en béton de 18 cm. Dans ce cas, un calcul prévisionnel effectué à l aide du logiciel Acoubat, conforme aux méthodes de prévision du projet de norme Pr EN , conduit à préconiser une façade d épaisseur supérieure ou égale à 12 cm de béton. traités parce que la question n a pas été posée. Parmi les idées reçues, on peut citer «un isolant thermique est bon en acoustique», «un vitrage double est un bon isolant acoustique» ou «le béton léger est isolant thermique et acoustique». Cependant, il suffit de consulter un tableau de performances pour constater que l indice d affaiblissement acoustique d un vitrage double de type 4/6/4 (4 mm de verre, 6 d air et 4 de verre) possède globalement le même indice qu un vitrage simple de 4 mm. De même, un vitrage double 8/6/4 possède les performances acoustiques globales d une glace de 8 mm seule. Dans les deux cas, l épaisseur très faible de la lame d air provoque une fréquence de résonance «masse-ressort-masse» mal placée dans les fréquences moyennes. Néanmoins, sous prétexte d isolation acoustique, il ne faudrait 4 [ CSTB MAGAZINE ] 135 mai-juin 2001

4 pas se priver d isolation thermique. La solution serait de passer pour concilier les deux aspects, la lame d air de 6 à 12 mm et le verre de 4 mm à la glace simple qui serait nécessaire pour l acoustique. Quant au béton léger, il est régi comme toute paroi simple par la loi de masse. Avec une masse volumique de 800 kg/m 3, il doit atteindre trois fois l épaisseur d une paroi en béton ordinaire pour prétendre à la même performance acoustique. L incompatibilité thermique et acoustique d une technique peut souvent être attribuée au fait que le problème n a pas été posé. Combien de fois a-t-il été décidé de remplacer en façade un isolant thermique en polystyrène standard par un polystyrène extrudé ou un polyuréthanne, afin de diminuer l épaisseur du complexe isolant et gagner de la surface habitable? Ce faisant, les transmissions latérales entre les locaux adossés à cette façade ont été augmentées et parfois sans le savoir, une situation acoustique conforme a été remplacée par une non conformité. Traiter les ponts thermiques sans dégrader l acoustique Les solutions qui permettent de satisfaire aux exigences de la RT 2000 : l isolation par l intérieur avec traitement des ponts thermiques ou une isolation thermique par l extérieur doivent tenir compte des contraintes acoustiques. Dans le cas d une isolation thermique par l intérieur, les règles de l art conduisent à utiliser des épaisseurs minimales pour les constituants en maçonnerie des façades, en fonction de leur nature. Ces précautions permettent d assurer une étanchéité à l eau suffisante. Dans le cas d une isolation par l extérieur, la protection mécanique de l isolant permet d éviter la pénétration des eaux de pluie. Il en résulte que la paroi support de l isolation n est plus soumise qu à des impératifs d ordre mécanique. On peut alors être tenté de réduire son épaisseur. Or, cette façade, liée rigidement à la paroi de séparation entre locaux à l intérieur de l immeuble, est un élément de transmissions acoustiques latérales (voir figure) Les procédés de traitement des ponts thermiques à la disposition des constructeurs ne sont pas encore très nombreux. En fonction des principes adoptés par les futurs procédés, souvent encore à l étude, il faut résoudre un certain nombre de problèmes. Tout d abord, le procédé doit faciliter la mise en œuvre afin d éviter les possibilités de transmissions parasites entre locaux : défauts d étanchéité à la jonction entre parois, fréquences de résonance de type «masse-ressort-masse» mal placées, surface relative de l insert léger trop importante par rapport à la surface de la paroi de séparation entre locaux à isoler, Sur ce dernier point, un insert de 8 cm de largeur tout le long de la façade, dans une pièce profonde de 3,20 m, doit avoir de par sa constitution un indice d affaiblissement acoustique proche de 55 db pour ne pas trop dégrader la performance d un mur ou d un plancher de 18 cm de béton. Si la largeur de l insert est de 4 cm, sa performance peut être réduite de 3 db. Un indice plus faible, proche de 45 db, peut être utilisé si l insert est totalement Les figures ci-dessous donnent les valeurs des isolements pour chacune des voies de transmission telles qu elles résultent de l application de la norme européenne de prévision Pr EN Béton 16 DnTA = 61 db DnTA = 64 db DnTA = 64 db Isolant 2 db Béton 18 L ensemble des trois transmissions latérales correspond à un isolement global de 58 db. Pour une pièce de réception de 4 x 3,20 x 2,50 m 3, l isolement acoustique standardisé obtenu est de 53 db, conforme à l exigence. Béton 16 DnTA = 55 db DnTA = 64 db DnTA = 64 db Isolant 2 db Béton 18 La seule transmission latérale qui subsiste correspond à un isolement de 55dB. Pour une pièce de réception de 4 x 3,20 x 2,50 m 3, l isolement acoustique standardisé obtenu est de 52 db, non conforme à l exigence. [ CSTB MAGAZINE ] 135 mai-juin

5 D O S S I E R LA RÉGLEMENTATION THERMIQUE ET L ACOUSTIQUE masqué par l isolant thermique de la façade, à condition qu il soit de type thermo-acoustique. Lorsque le problème lié à la faiblesse localisée de la paroi de séparation entre locaux est résolu, il faut de plus se poser le problème de la transmission latérale par la façade qui n est plus liée rigidement à la paroi de séparation. Une réflexion un peu trop rapide aurait conduit à penser que cette configuration est plus favorable que la liaison rigide. En effet, il ne subsiste qu une seule voie de transmission latérale au lieu de trois. Malheureusement, la transmission restante n est plus atténuée au passage devant la paroi de séparation. Elle se révèle souvent plus importante que l ensemble des trois voies de transmission présentes lorsque les parois sont liées (voir figure). La transmission latérale qui subsiste dans le cas où la façade n est pas liée rigidement au plancher ou au refend est très affectée par la qualité acoustique médiocre du complexe d isolation thermique. La transmission passe deux fois dans l isolant. Si on remplace l isolant en façade par un complexe neutre ( R = 0), on augmente l isolement via la façade de 4 db et l isolement acoustique standardisé global entre les locaux devient conforme, égal à 53 db. Le problème est encore plus important dans le cas de pièces en pignon d un immeuble. Vitrages à isolation renforcée MARTINE OLLIVIER, MARC REHFELD, SAINT-GOBAIN GLASS L offre des industriels en matière de vitrages permet de concilier isolation thermique et acoustique. L isolation thermique et l isolation acoustique se révèlent tout-à-fait compatibles et permettent de répondre à la fois aux exigences de la réglementation thermique 2000 et de la nouvelle réglementation acoustique. Les industriels proposent une offre large qui devrait permettre aux concepteurs de conserver leur liberté de création. Il suffit d examiner les paramètres qui déterminent ces performances thermiques et acoustiques pour mettre en évidence la compatibilité de ces exigences. Coefficient de transmission : de 3,3 à 1,1 Un double vitrage est composé de deux feuilles de verre qui définissent un volume contenant en général de l'air. Elles sont maintenues entre elles par un intercalaire, dans la majorité des cas en aluminium. Pour obtenir différents niveaux de performance thermique, on va jouer sur chacun des constituants du double vitrage, afin de réduire les fuites de chaleur qui empruntent trois modes de passage : la conduction, la convection et le rayonnement. La taille de l'espace d'air va réduire les pertes d'énergie à travers le vitrage par conduction et convection. Jusqu'à 16 mm, il permet au double vitrage d'offrir un coefficient de transmission thermique de 2,8 W/(m 2.K) contre 3,3 pour 6 mm d'épaisseur et 5,7 W/(m 2.K) pour un vitrage simple. Pour descendre en-dessous de 2,8 W/(m 2.K) et accroître de manière significative la performance thermique du double vitrage, il faut réduire les pertes d'énergie par rayonnement et donc passer aux vitrages peu émissifs. Il s agit de vitrages qui font appel au moins à une feuille de verre sur laquelle un dépôt d'oxydes métalliques va réduire l'émissivité du verre. De 2,7, le coefficient U peut descendre jusqu'à 1,5. Enfin, en combinant faible émissivité et remplacement de l'air par de l'argon, gaz moins conducteur que l'air, on obtient un coefficient U égal à 1,1. Des exigences accessibles La valeur de référence, en zones climatiques H1 et H2, fixée à 2,4 W/(m 2.K) pour les parois vitrées sans fermeture et à 2 W/(m 2.K) pour les parois vitrées avec fermeture, conduit l ensemble des parois vitrées à être équipées de vitrage à isolation renforcée (VIR). Ainsi, pour les fenêtres en bois, en fonction de leur lambda, il faut au minimum un vitrage ayant un coefficient U de 2,2 ou 2,1. Pour les fenêtres en PVC, la plage est plus large : 6 [ CSTB MAGAZINE ] 135 mai-juin 2001

6 ,3 1,9 1,1 0,4 0 U= W/(m 2.K) Évolution du coefficient de transmission de 2,5 à 2 selon le coefficient U du châssis. Enfin, les doubles vitrages les plus performants permettent aux châssis en aluminium avec rupture de pont thermique de répondre aux exigences de la RT R (db) (12)4 Châssis U vitrage W/(m 2.K) Bois 0,18 2,1 λ W/(m 2.K) 0,13 2,2 PVC 2,5 2,0 km = W/(m 2.K) 1,8 2, fréquence (Hz) Figure 1 : Dans sa composition classique mm, le double vitrage apporte une performance acoustique médiocre : tout juste équivalente à un monolithique de 4 mm, il présente même un creux au niveau des basses fréquences qui peut être gênant air 1,5 2,5 ALU 4 1,2 km = W/(m 2.K) 3 1, (12)6 PVB acoustique Valeur indicative du coefficient U minimal des Vir à intégrer dans les châssis (fenêtres battantes) pour atteindre la valeur de référence 2,4 Voyons maintenant sur quels paramètres on peut jouer pour rendre le double vitrage performant en acoustique. Qualité acoustique du double vitrage : de 26 db à 40 db Dans sa composition classique mm, le double vitrage apporte une performance acous- R (db) fréquence (Hz) sans argon avec argon Figure 2 : Le remplacement de l'air par de l'argon n'a pas d'incidence négative sur la performance acoustique. Au contraire, dans certaines compositions, on observe un gain de 1 db [ CSTB MAGAZINE ] 135 mai-juin

7 D O S S I E R LA RÉGLEMENTATION THERMIQUE ET L ACOUSTIQUE allègement R (db) (6)4 Rw(C;Ctr)=38(-1;-3)dB 22-1(12)4 PVB acou Rw(C;Ctr)=38(0;-3)dB R (db) tique médiocre : tout juste équivalente à un monolithique de 4 mm, il présente même un creux au niveau des basses fréquences qui peut être gênant (figure 1). Intégré dans des fenêtres dont l'étanchéité à l'air est bonne, il permet d'atteindre souvent les 28 db recherchés. En cassant le couplage entre les deux feuilles de verre par l'augmentation de l'épaisseur d'une 125 haute performance 44-1(20) 64-1 PVB acoustique fréquence (Hz) 1600 fréquence (Hz) Rw(C;Ctr)=47(-1;-7)dB Figures 3 et 4. Pour éliminer le problème de la fréquence critique et rendre le vitrage apte à la pose, il faut passer aux vitrages feuilletés acoustiques, où le cœur de la feuille plastique en PVB spécifique va jouer un rôle d'amortisseur des feuilles de verre, on gagne 3 db pour du 6 mm et 5 db pour du 10 mm. L'augmentation de l'épaisseur d'un des verres ou des deux s effectue dans bien des cas au détriment de l'épaisseur de la lame d'air, donc au détriment de la performance thermique. Pour maintenir la performance thermique, il est nécessaire de passer à une couche peu émissive plus performante et si nécessaire de remplacer l'air par de l'argon. Dans de très nombreux cas, les performances thermiques des VIR couramment utilisés aujourd hui sont nettement supérieures à celles requises par la RT La perte de performance par réduction de l'espace d'air pour certaines compositions acoustiques peut sans difficulté être compensée soit par le choix d'un vitrage avec une émissivité plus basse, soit par le remplacement de l'air par de l'argon ce qui n'a pas d'incidence négative sur la performance acoustique. Au contraire, dans certaines compositions, on observe un gain de 1 db (cf figure 2). L'augmentation des épaisseurs d'une ou des deux faces du double vitrage pour accroître la performance acoustique du vitrage a ses limites physiques : elle ne parvient pas à éliminer le problème de la fréquence critique et rend le vitrage inapte à la pose. Dans ce cas, il faut passer aux vitrages feuilletés acoustiques, où le cœur de la feuille plastique en PVB spécifique va jouer un rôle d'amortisseur. Il empêche la propagation des vibrations et élimine le problème de fréquence critique. Les compositions verrières peuvent ainsi être allégées et comporter une lame d'air ou d'argon plus 8 [ CSTB MAGAZINE ] 135 mai-juin 2001

8 importante, (figures 3 et 4). La couche peu émissive, indispensable maintenant, pourra être mise soit sur la face du double vitrage encore réalisée en verre monolithique, soit sur une des faces du feuilleté, en contact avec la lame d'air. Dans tous les cas, la performance thermique du double vitrage acoustique pourra être maintenue. Halle de sport - La Part Dieu - Architecte Chabanes Immeuble l Etoile - La Part Dieu - Architecte Heskia Ces deux immeubles répondent à des performances thermiques et acoustiques élevées (vitrages à isolation renforcée associée à un feuilleté acoustique) Doc Michaël Vertat VIR Coefficient U Emissivité W/(m 2.K) < 0,05 composition Air Argon 4 (6) 4 2,5 2,0 4 (8) 4 2,1 1,7 4 (10) 4 1,9 1,4 4 (12) 4 1,7 1,3 4 (14) 4 1,5 1,2 4 (16) 4 1,4 1,1 Tableau des performances de différentes compositions de doubles vitrages à isolation renforcée Les rupteurs thermiques en façade porteuse JACQUES DALIPHARD, BOUYGUES BÂTIMENT Les exigences de la réglementation thermique 2000, avec ses évolutions prévues à périodicité de cinq ans, vont imposer le traitement de la plupart des ponts thermiques des constructions entre 2005 et Aussi, Bouygues Bâtiment a mis au point une solution développée en partenariat avec EDF-DRD et le concours de trois industriels, BPB-Placo, Knauf et Rockwool. Pour l échéance 2000, en isolation thermique par l intérieur (ITI), un mur de façade en béton de 15 cm d épaisseur, isolé par exemple avec un doublage en polystyrène expansé de type PSE Th 38 d épaisseur , induit deux types de déperditions : en surface opaque, le coefficient de déperdition avoisine 0,80 W/m.K ; en liaison courante d une dalle de 18 à 20 cm, les déperditions dues au pont thermique vont de 0,93 à 0,99 W/m.K. Les déperditions par les ponts [ CSTB MAGAZINE ] 135 mai-juin