Phase avant-projet : Performances thermiques d'une construction résidentielle à Ce document décrit comment obtenir une performance thermique satisfaisante dans une construction légère en acier par l'application pratique des principes de l'ossature intérieure (côté chaud). Sommaire 1. Introduction 2 2. Bonne pratique 2 3. Indications d'ordre général 5 4. Importance des détails 6 Page 1
1. Introduction La performance thermique de bâtiments résidentiels légers en acier dépend de plusieurs facteurs : de la performance thermique de l'enveloppe du bâtiment, du taux de ventilation et du type de construction du bâtiment, des fuites d'air, du climat extérieur et des charges de chauffage internes. Parmi ceux-ci, la performance thermique de l'enveloppe du bâtiment dépend de la position des composants de l' ; elle est influencée par le type d'isolation utilisé, son emplacement, son épaisseur, sa pénétration dans les murs et les ponts thermiques à travers l'enveloppe. La Directive européenne sur la performance énergétique des bâtiments (Energy Performance of Building Directive, EPBD) entre en vigueur en Europe dans le courant de l année 2006. L une de ses priorités est d exiger que la conformité aux règlements en matière de conservation énergétique dans chaque pays soit réalisée au moyen des méthodes de calcul nationales tenant compte de la performance du bâtiment dans son ensemble, y compris l'exploitation des réseaux et équipements techniques, et pas seulement de son enveloppe. Cela signifie que les projeteurs peuvent être plus souples dans leur approche de conception afin de parvenir aux niveaux requis de réduction des émissions et d'efficacité énergétique, et que des exigences spécifiques en matière d'isolation ne sont pas applicables. Toutefois, les valeurs habituelles de transmission thermique pour les murs sont de l'ordre de 0,35 W/m 2 K pour l'europe de l'ouest et de 0,25 W/m 2 K pour les pays de l'europe du Nord. Pour les toitures, il est nécessaire de baisser les valeurs U ; celles-ci sont généralement de l'ordre de 0,3 W/m 2 K pour l'europe de l'ouest et de 0,2 W/m 2 K pour l'europe du Nord. 2. Bonne pratique Le projeteur d'une construction légère en acier doit bien réfléchir au type et à la quantité d'isolation, à son emplacement dans la structure et au type de montants en acier à employer afin de minimiser les ponts thermiques et d'obtenir des niveaux élevés d'étanchéité à l'air. Un pont thermique se produit au niveau des joints et des points de pénétration dans la couche d'isolation. Il est relativement complexe à analyser en raison des fixations externes à la structure et de la position relative de l'acier et de l'isolation. Il est nécessaire de faire appel à des modèles complexes tels que la méthode des différences finies pour pouvoir analyser correctement le flux de chaleur qui traverse le mur. Il est possible d'employer différentes stratégies pour minimiser les ponts thermiques. 2.1 L'approche de l'ossature intérieure (côté chaud) Pour la conception et le calcul d'une, le choix d'une ossature intérieure minimise les ponts froids du fait que l'intégralité de l'ossature est entourée d'une couche d'isolation. Une adaptation de cette approche de la conception consiste à accroître l'isolation entre les montants, comme l'illustre la Figure 2.1. Des exemples sont présentés avec un revêtement externe en brique et un revêtement externe enduit. Bien que l'illustration montre un vide pour la solution enduite, il ne s'agit pas là d'une pratique universelle. Ce mur fournit une valeur U de l'ordre de 0,3 W/m 2 K. Pour obtenir une meilleure valeur de U, il est nécessaire d'accroître l'épaisseur de l'isolation externe. L'emploi de montants ajourés pour augmenter le flux de chaleur, comme l'illustre la Figure 2.2, peut également contribuer à minimiser les effets de pont thermique. Page 2
1 3 4 5 2 3 4 5 6 7 8 2 1 Légende : 1. Bardage externe en brique 2. Attaches murales 3. Panneau de revêtement isolant avec face en aluminium ou membrane respirante 4. Montants légers en acier séparés par de la laine de verre 5. 1 ou 2 couches de panneaux de plâtre (a) Légende : 1. Panneau de plâtre ignifuge 2. Isolation supplémentaire 3. Ossature légère en acier 4. Panneaux OSB ou similaire 5. Traverses de liaison pour former le vide 6. OSB ou similaire pour soutenir l'isolation (facultatif) 7. Panneau rigide d'isolation 8. Enduit polymère modifié (b) Figure 2.1 Murs externes (a) à enveloppe externe en brique (b) à enveloppe externe enduite 2.2 Montants ajourés en acier Dans les pays scandinaves, des montants ajourés en acier sont souvent utilisés car ils offrent une meilleure performance thermique. La transmission locale de chaleur imputable aux ponts thermiques tombe en dessous de 20 % par rapport aux montants en acier plein avec une isolation entre les montants. Les montants ajourés en acier sont souvent utilisés conjointement à une isolation externe. Leur valeur U peut descendre jusqu'à 0,2 W/m 2 K Page 3
Figure 2.2 Montants ajourés en acier avec panneaux de plâtre de chaque côté et isolation en laine de verre. 0,35 0,30 Valeur U (W/m²K) 0,25 0,20 0,15 t=1,5 t=1,2 t=1,0 t=0,7 0,10 150 160 170 180 190 200 t = épaisseur de l acier Épaisseur de la laine minérale (mm) Figure 2.3 Valeurs U calculées conformément aux normes suédoises pour le mur illustré cidessus avec différentes épaisseurs d'isolation entre les montants (laine minérale). Page 4
0,35 0,30 Valeur U (W/m²K) 0,25 0,20 0,15 t=1,5 t=1,2 t=1,0 t=0,7 0,10 0 20 40 60 80 100 120 t = épaisseur de l acier Épaisseur de l'isolation externe (mm) Figure 2.4 Valeurs U calculées conformément aux normes suédoises pour le mur illustré cidessus comportant des montants ajourés en acier de 150 mm et une épaisseur d'isolation variable entre les montants (laine minérale). 2.3 Etanchéité à l'air Alors que les valeurs d'isolation se sont améliorées, le bénéfice d'une augmentation de l'épaisseur de l'isolation est de plus en plus réduit. La perte de chaleur due aux fuites d'air constitue un facteur important ; une grande attention aux détails est nécessaire pour réduire au maximum ce genre de pertes. Certains pays ont rendu obligatoires les essais de préachèvement pour démontrer la conformité aux règlements. Pour assurer l'étanchéité à l'air, il est nécessaire de déterminer comment obtenir une barrière étanche à l'air. Les deux façons habituelles consistent à sélectionner comme méthode primaire soit le revêtement des panneaux de plâtre, soit la couche d'isolation externe. Il faut alors assurer la continuité de la surface sélectionnée, en recouvrant les joints et en utilisant des membranes et des produits d'étanchéité au niveau des jonctions. 3. Indications d'ordre général Il est possible d'observer des indications d'ordre général pour obtenir des valeurs U des murs externes de l'ordre de 0,25 à 0,3 W/m 2 K. En maximisant l'écartement des montants, de préférence de 600 mm En minimisant l'épaisseur de l'acier des montants, de préférence de moins d 1,5 mm Page 5
En utilisant une construction à ossature interne avec une isolation externe de 50 mm au minimum. En améliorant davantage l'isolation en comblant l'espace entre le mur et la cavité des montants par de la laine minérale de 100 mm d'épaisseur au minimum En détaillant les ouvertures et les joints pour minimiser les ponts thermiques En prévoyant un pare-vapeur interne (panneau de plâtre recouvert d'aluminium). L'emploi de montants ajourés peut réduire la valeur U d un supplément de 0,05 à 0,1 W/m 2 K. La construction de la toiture suit les mêmes principes que la construction des murs. Les toitures peuvent être conçues soit comme toitures froides où l'isolation est ajoutée dans les combles, soit comme toitures chaudes où l'isolation est posée à l'extérieur de l'ossature légère en acier. Les toitures doivent être correctement ventilées pour minimiser le risque de condensation. Les détails de l'isolation des fondations et du plancher du rez-de-chaussée ne sont pas spécifiques aux constructions légères en acier : ils sont les mêmes que ceux décrits dans les directives de bonne pratique appliquées à toutes les habitations résidentielles. La construction à forme la base d'une construction hautement efficace d'un point de vue énergétique, par l'emploi d'une épaisseur d'isolation appropriée, de bons détails de construction pour réduire au minimum les ponts thermiques et parvenir à des niveaux élevés d'étanchéité à l'air. 4. Importance des détails En ce qui concerne la conception globale, la modélisation thermique permettant de réaliser la valeur U souhaitée du bâtiment, d'éviter les ponts thermiques et d'éliminer les risques de condensation, relève désormais d'un exercice informatique complexe. Elle prend en compte tous les types d'isolation, les considérations environnementales, les performances acoustiques, le comportement au feu, ainsi que le coût «cible» de la construction. Dans la pratique, la performance thermique dépend de bons détails thermiques qui minimisent les ponts thermiques à travers l'enveloppe du bâtiment et qui assurent une isolation externe suffisante entre les profilés en acier. Lorsqu'il existe un risque de condensation à l'intérieur de l'enveloppe du bâtiment, celui-ci peut être réduit en limitant l'humidité interne au moyen d'un pare-vapeur situé sur le côté chaud du mur. En règle générale, il est préférable de poser le pare-vapeur en disposant au moins les deux tiers du total de l'isolation murale sur l'extérieur. Une autre approche consiste à construire un mur perméable à la vapeur, où la vapeur peut lentement s'infiltrer dans la structure murale. Le choix d'une construction à «mur respirant» aura des répercussions sur le choix du type d'isolation, qui doit alors lui aussi être perméable. En plus de parvenir à de bonnes valeurs U, la performance thermique dépendra également de l'étanchéité à l'air du bâtiment. La construction légère en acier permet d'offrir une bonne étanchéité à l'air, à condition d'assurer une bonne qualité non seulement de la conception et des détails mais aussi de la construction elle-même. Il est important d'être particulièrement vigilant tant sur le plan de la conception que de la réalisation au niveau des ouvertures, des éclairages, des conduites et à la jonction des murs, des toitures et des fondations. Page 6
Enregistrement de la qualité TITRE DE LA RESSOURCE Phase avant-projet : Performances thermiques d'une construction résidentielle à Référence(s) DOCUMENT ORIGINAL Nom Société Date Créé par J Baker SCI Contenu technique vérifié par G W Owens SCI Contenu rédactionnel vérifié par Dr R M Lawson SCI 20/02/06 Contenu technique approuvé par les partenaires : 1. Royaume-Uni G W Owens SCI 18/04/06 2. France A Bureau CTICM 18/04/06 3. Suède B Uppfeldt SBI 11/04/06 4. Allemagne C Müller RWTH 18/04/06 5. Espagne J Chica Labein 18/04/06 Ressource approuvée par le Coordonnateur technique G W Owens SCI 13/07/06 DOCUMENT TRADUIT Traduction réalisée et vérifiée par : eteams International Ltd. 12/08/06 Ressource traduite approuvée par : A bureau CTICM 29/08/06 Page 7