L Ignes directrices concernant la réalisation de systèmes efficaces d ÉtanchéitÉ à l air Par Kevin D. Knight, Bryan J. Boyle RÉSUMÉ Les fuites d air par l enveloppe du bâtiment ont trois principales conséquences négatives : (1) dommages aux composants de l enveloppe du bâtiment; (2) accroissement des charges de chauffage et de refroidissement, se traduisant par une consommation excessive d énergie et une augmentation subséquente des émissions des gaz à effet de serre; (3) risques pour la santé et le confort des occupants causés par les courants d air, par l infiltration d air et de polluants dans les logements résidentiels ainsi que par le mouillage des matériaux, susceptible de favoriser la croissance de moisissures et de mildiou. En Amérique du Nord, le nombre grandissant de problèmes à ce sujet favorise le développement et la mise en œuvre, par les gouvernements, d une réglementation plus sévère sur les systèmes d étanchéité à l air des bâtiments, y compris ceux des bâtiments visés par la partie 3 du Code national du bâtiment du Canada (CNB). Vu le début récent de l application à grande échelle des technologies d étanchéité à l air aux bâtiments en Amérique du Nord, il est raisonnable de s attendre à trouver des failles au processus actuel de conception et d installation des systèmes d étanchéité à l air. La prévalence de défaillances prématurées de l enveloppe du bâtiment, l augmentation de la consommation d énergie ainsi que les préoccupations reliées à la santé portent à mettre en doute la qualité d exécution de l installation de ces systèmes. Si les défaillances des systèmes d étanchéité à l air sont plus souvent dues à des lacunes au niveau de l installation, il y a des cas où les défauts de matériaux et/ou de conception ont aussi contribué à l inefficacité de ces systèmes. Ontario Association of Architects Société canadienne d hypothèques et de logement 1
Le présent article renferme une méthodologie destinée à aider les concepteurs et les installateurs à construire des systèmes d étanchéité à l air qui sont conformes aux exigences et aux recommandations du Code national du bâtiment du Canada et aux devis de projets. On y précise les défauts communs de conception et d installation en plus d y documenter un protocole concernant l inspection et la mise à l essai des systèmes en cours d installation. OBJECTIFS D APPRENTISSAGE Après lecture de cet article, vous serez en mesure de comprendre : 1. les problèmes résultant d une maîtrise inadéquate des mouvements d air entre les différents milieux du bâtiment; 2. les fonctions du système d étanchéité à l air et les conditions à réaliser pour son efficacité; 3. la façon d appliquer un protocole d inspection et d essai des systèmes d étanchéité à l air avant l installation, en cours d installation et une fois l installation achevée; 4. les défauts communs de conception des systèmes d étanchéité à l air; 5. les problèmes communs apparaissant durant l installation; 6. les méthodes d inspection visuelle et d essais qualitatifs et quantitatifs. INTRODUCTION La maîtrise insuffisante des mouvements d air dans l enveloppe du bâtiment est souvent un facteur primaire de sa défaillance prématurée. Si de l air chargé d humidité passe à travers l enveloppe du bâtiment, cette humidité peut, dans certaines conditions environnementales, se condenser à l intérieur des murs. Lorsque la température est au-dessus du point de congélation, la condensation est susceptible de causer la corrosion ou la pourriture des éléments de charpente, de former des taches sur les murs intérieurs et/ou extérieurs et risque en plus de stimuler la croissance de moisissures et de mildiou. Dans les régions froides, l humidité accumulée peut subir de nombreux cycles de gel-dégel, situation pouvant accélérer l effritement de la maçonnerie (figure 1) et la formation de glaçons sur la façade extérieure (figure 2). Figure 1 : Efflorescence et effritement des briques Figure 2: Présence de glace sur la paroi extérieure et du mortier. du bâtiment. 2 Ontario Association of Architects Société canadienne d hypothèques et de logement
Les fuites d air sont également un problème dans les régions où l écart est grand entre les températures intérieures et les températures extérieures, par exemple dans les Prairies, avec les froids extrêmes en hiver et les températures également extrêmes des chaleurs d été. Les charges excessives de chauffage et de refroidissement que doivent supporter les bâtiments sous ce type de climat signifient non seulement des coûts plus élevés de conditionnement d air pour le propriétaire, mais aussi un effet négatif sur l environnement causé par une consommation accrue d énergie et par l émission de gaz à effet de serre. En fait, selon des études de bâtiments d habitation et commerciaux de grande hauteur sous climat froid, entre 20 % et 50 % des déperditions thermiques peuvent être attribuées aux fuites d air [1, 2, 3]. Au Canada, les coûts de réfection des couvertures et de réparation et de remplacement de murs s élèvent à environ 7,5 milliards de dollars par année. Selon une estimation prudente, le taux de défaillances prématurées est compris entre 3 % et 5 % de ces coûts, soit un coût de 225 à 375 millions de dollars par année. On entend par défaillance prématurée toute situation nécessitant la réparation ou le remplacement d un système avant la fin de sa durée de référence. Il a été déterminé que l enveloppe du bâtiment est particulièrement vulnérable aux problèmes de durabilité [4]. C est la sensibilité générale croissante à ces défauts d étanchéité à l air qui pousse les gouvernements fédéraux du Canada et des États-Unis à adopter des codes et des règlements plus sévères pour régir la perméance des bâtiments à l air. Dans le but d améliorer la santé et la sécurité des occupants des bâtiments, on a apporté en 1995, au Code national du bâtiment du Canada (CNB), des modifications visant à réduire les fuites d air des bâtiments, y compris ceux visés par la partie 3 du Code 1. Travaux publics et Services gouvernementaux Canada a également récemment revu son Devis directeur national afin d y inclure des prescriptions visant l inspection et la mise à l essai des systèmes d étanchéité à l air. Aux États-Unis, le document Enveloppe Design Guidelines for Federal Office Buildings: Thermal Integrity and Airtightness, publié en 1993 par Persily, documente les exigences énoncées dans le CNB. De plus, des codes énergétiques sont adoptés et/ou révisés par les états; on y exige l installation de systèmes d étanchéité à l air dans les constructions neuves et dans les installations en rattrapage [5]. Le document Energy Standard for Buildings Except Low-Rise Residential Buildings (90.1-1999), publié par ASHRAE/IENSA, régit l étanchéité de l enveloppe du bâtiment. 1 S applique à (1) tous les bâtiments dont l usage principal est classé Établissements de réunion (groupe A), Établissements de soins ou de détention (groupe B), Établissements industriels à risques très élevés (groupe F, division 1) et (2) tous les bâtiments ayant une aire de plus de 600 m 2 ou une hauteur de plus de 3 étages et dont l usage principal est classé Habitations (groupe C), Établissements d affaires ou de services personnels (groupe D), Établissements commerciaux (groupe E) ou Établissements industriels à risques moyens ou faibles (groupe F, divisions 2 et 3). Ontario Association of Architects Société canadienne d hypothèques et de logement 3
Récemment, des associations professionnelles dans le domaine des systèmes d étanchéité à l air se sont formées au Canada et aux États-Unis avec pour objectif d améliorer la qualité d exécution des étanchéités à l air, au moyen de l instruction et de la formation de la main-d œuvre. Un installateur souhaitant être agréé par une association doit posséder les connaissances théoriques requises sur les matériaux et les systèmes d étanchéité en plus de démontrer des compétences suffisantes dans les applications pratiques. De plus, grâce aux programmes d assurance de la qualité mis en place par les associations, des autovérifications et des audits sur place en tierce partie, documentés, sont effectués afin de vérifier la qualité de l installation et de confirmer l aptitude des installateurs à réaliser un système conforme aux normes pertinentes. Bien qu il existe de nombreuses méthodes ASTM (American Society for Testing and Materials) pour l essai des systèmes d étanchéité à l air et/ou de leurs composants, il n y a, pour l application des techniques, aucun plan générique qui soit employé de manière généralisée. On ne peut pas sousestimer la nécessité d un protocole complet de conception, d inspection et de mise à l essai des systèmes d étanchéité à l air. Selon une étude récente, même la tenue d essais individuels peut avoir un impact significatif sur l étanchéité à l air d un bâtiment. Lorsque des tests d étanchéité ont été effectués, on a observé une réduction globale des fuites d air par le système, une diminution significative des charges de chauffage et de refroidissement, une réduction des émissions de gaz à effet de serre et un accroissement de la durée de vie de l enveloppe du bâtiment [6]. Avec l installation de systèmes d étanchéité inaccessibles (les membranes bitumineuses par exemple), des inspections et des essais doivent être effectués sur place pour repérer les problèmes avant que le système soit recouvert par les matériaux de finition. On estime que réparer un système d étanchéité à l air une fois recouvert de sa finition peut facilement coûter de 50 à 60 fois le coût initial d une installation correctement réalisée au départ [7], d où l évidente nécessité de l inspection et des essais. OBJET DES ESSAIS? Le Code national du bâtiment du Canada (CNB), partie 5, section 5.4, article 5.4.1.2, stipule qu un système efficace d étanchéité à l air doit satisfaire à quatre exigences-clés : imperméabilité à l air, continuité, intégrité structurale et durabilité. Imperméabilité à l air Le premier paragraphe de l article 5.4.1.2 stipule que «les matériaux d étanchéité à l air en feuilles ou en panneaux prévus pour constituer la principale résistance aux fuites d air doivent avoir un taux de perméabilité d au plus 0,02 L/(s m 2 ), mesuré sous une pression différentielle de 75 Pa.» Bien que beaucoup de matériaux d étanchéité commerciaux satisfont à cette exigence, ils doivent être intégrés à un système de manière que l ensemble qui en Ontario Association of Architects Société canadienne d hypothèques et de logement 4
résulte soit étanche à l air en différentes conditions ambiantes intérieures [8]. Le taux de perméabilité maximum des systèmes d étanchéité à l air dans les enveloppes extérieures est indiqué à l annexe A du CNB (tableau 1). Humidité relative à 21 C Côté chaud Tableau 1 Taux de perméabilité maximum recommandé [9] Taux de perméabilité maximum recommandé L/(s m 2 ), à 75 Pa <27 % 0,15 27 % à 55 % 0,10 >55 % 0,05 Continuité Le paragraphe 7 de l article 5.4.1.2 précise : «Le système d étanchéité à l air ne doit être interrompu : a) ni aux joints de construction, de fissuration et de dilatation; b) ni aux intersections des différents ensembles; ni à l endroit où des éléments traversent un ensemble de construction.» Cela signifie qu il est important non seulement d éviter toute interruption dans les composants distincts formant le système, mais que ces différents composants soient assemblés de manière que le système ne présente aucune interruption dans l ensemble. L efficacité globale du système dépend habituellement de l étanchéité aux jonctions des différents composants, et aux pénétrations [10]. Intégrité structurale Les paragraphes 8 et 9 de l article 5.4.1.2 précisent que «Le système d étanchéité à l air d un ensemble soumis à des surcharges dues au vent et les autres éléments de séparation sur lesquels s exercent ces charges doivent les transmettre à la structure.» et plus particulièrement que le système «doit être conçu et réalisé pour résister à la totalité des surcharges dues au vent spécifiées, calculées conformément à la sous-section 4.1.8». Le système d étanchéité à l air doit pouvoir résister aux charges de vent de pointe, aux effets du tirage des cheminées ou aux charges soutenues de mise en pression sans présenter de signes de décollement, de rupture ou de défaillance causés par charges de fluage. Durabilité Les articles 5.1.4.1 et 5.1.4.2 exposent en détail les exigences de résistance aux charges environnementales et de résistance à la détérioration. Le système d étanchéité à l air doit être durable; c est-à-dire qu il doit remplir sa fonction prévue, être compatible avec les matériaux contigus et résister aux mécanismes de détérioration auxquels on peut raisonnablement s attendre compte Ontario Association of Architects Société canadienne d hypothèques et de logement 5
tenu de la nature, de la fonction et de l exposition des matériaux, pendant toute la durée de vie de l enveloppe du bâtiment. Ces quatre conditions représentent à elles seules les exigences minimales de performance d un système d étanchéité à l air. Dans certains cas, et pour certains types de bâtiments, on indiquera dans le devis que les performances du système devront excéder celles précisées dans le CNB. En outre, le système d étanchéité à l air doit non seulement satisfaire aux exigences du CNB, mais également à celles des autres codes nationaux et des codes provinciaux ou municipaux. CAUSES DES PROBLÈMES L imperméabilité à l air, la continuité, l intégrité structurale et la durabilité du système d étanchéité à l air dépendent de trois facteurs : les matériaux employés, la conception du système et la méthode d installation. Un défaut de l un ou l autre de ces éléments peut avoir des ramifications négatives sur l aptitude du système, une fois achevé, à satisfaire aux exigences du devis, à court et à long termes. Matériaux Lorsqu il prescrit des matériaux d étanchéité à l air, le concepteur doit confirmer que les matériaux ou les matériels retenus ont un taux de perméabilité à l air égal ou inférieur à 0,02 L/(s m 2 ), lorsqu il est mesuré sous une pression différentielle de 75 Pa. Beaucoup de matériaux répondent à cette exigence, mais il faut s assurer que le matériau, une fois installé dans le mur, conservera sa perméance en plus de ne pas nuire au respect des autres exigences, de continuité, d intégrité structurale et de durabilité. Par exemple, les matériaux à deux composants préparés ou fabriqués sur le chantier, comme certains produits appliqués par projection, peuvent se révéler inefficaces si les composants n ont pas été mélangés correctement. Toute l information pertinente concernant le matériau, y compris sa perméance à l air, les instructions de préparation et ses caractéristiques se trouvent dans la documentation technique fournie par le fabricant. La plupart des matériaux pare-air les plus couramment prescrits présentent des caractéristiques similaires de perméabilité à l air et à la vapeur d eau pour ce qui est de leur emploi en bâtiment. Or, d autres caractéristiques de performance, telles que l adhérence, l allongement, la résistance au poinçonnement et la résistance en traction peuvent varier considérablement et doivent être prises en compte au moment de prescrire les matériaux, particulièrement lorsque ces matériaux doivent être installés aux jonctions mur-toit, aux jonctions mur-fenêtre et aux joints de contrôle, susceptibles de mouvements. Les écarts entre ces différentes caractéristiques peuvent être suffisamment importants pour compromettre la bonne performance du système. Par exemple, l allongement des membranes Ontario Association of Architects Société canadienne d hypothèques et de logement 6
autoadhésives peut être de 4 % à 200 %. Il y a donc lieu de sélectionner des matériaux présentant de bonnes caractéristiques d allongement pour les endroits susceptibles de mouvement, entre les différents composants du système. Les matériaux installés ne doivent pas réagir de manière indésirable ni aux autres matériaux constitutifs du système d étanchéité à l air ni aux autres matériaux contigus à l intérieur de l enveloppe du bâtiment. Bien qu il n entre pas dans le cadre de ce document d étayer chaque incompatibilité potentielle, le concepteur doit savoir qu il peut y en avoir et il doit examiner avec soin les caractéristiques chimiques et physiques des matériaux prescrits. Il y a incompatibilité physique lorsque différents matériaux présentent des caractéristiques physiques qui ne s accordent pas. Prenons l exemple connu de la pose d une membrane d application à chaud par-dessus un matériau sensible à la chaleur. Tel serait le cas d une membrane chauffée au chalumeau posée sur une membrane autoadhésive ou appliquée sous forme liquide; la chaleur excessive du chalumeau pourrait alors faire fondre la membrane (situation également possible avec l application de bitume chaud, au guipon, à la jonction mur-toit). Or, les prescriptions laissent souvent aux différents corps de métiers la possibilité de sélectionner un matériau parmi une série de produits acceptables. Il pourrait bien arriver qu un corps de métier choisisse une membrane autoadhésive et qu un autre demande une membrane appliquée au chalumeau. L entrepreneur principal doit surveiller les travaux des sous-traitants et signaler tout problème de compatibilité ou de séquence de pose des matériaux au concepteur, qui devrait être au courant des matériaux effectivement incorporés à l ouvrage. On parle d incompatibilité chimique lorsque sont en présence différents matériaux ayant des propriétés chimiques incompatibles. Examinons la préparation du support. Si les murs n ont pas été apprêtés correctement, et en conformité avec les recommandations du fabricant, ou si on a utilisé un apprêt inapproprié, il se peut non seulement que la membrane n adhère pas adéquatement au support, mais que la composition chimique de l apprêt cause des dommages à la membrane proprement dite. En fait, la composition chimique de certaines membranes peut rendre impossible leur utilisation en épaisseurs successive sur une section de mur. Les membranes bitumineuses présentent de telles caractéristiques chimiques qu elles peuvent provoquer la décomposition de certaines membranes en caoutchouc. On obtiendra probablement des conséquences similaires si une membrane d une composition particulière vient en contact avec des produits d étanchéité à pouvoir solvant élevé ou avec des apprêts non curés à base de solvants. Le Centre canadien des matériaux de construction (CCMC) a publié des guides techniques qui énoncent dans le détail des critères spécifiques d essais de structure, de durabilité et de fuite d air Ontario Association of Architects Société canadienne d hypothèques et de logement 7
pour les matériaux et les systèmes d étanchéité à l air. Les matériaux pare-air peuvent être mis à l essai distinctement (essais de perméance à l air) et comme composant d un système (essais de perméance à l air, d intégrité structurale et de durabilité) [11, 12]. Pour des résultats optimaux, tous les matériaux du système doivent être évalués suivant ce protocole. Or, même si les résultats d évaluations de ce genre peuvent servir de référence pour une garantie de la performance du matériau du système, ces évaluations ne constituent pas une approbation préalable du système. C est au concepteur et à l installateur que revient la responsabilité de réunir les différents matériaux constitutifs pour réaliser un système efficace. Conception La conformité d un système d étanchéité au devis du projet n est pas pour autant une assurance de sa bonne performance. Un système mal conçu ne pourra pas être efficace même s il a bénéficié d une installation de qualité [13]. Il n est pas rare que la défaillance d un système d étanchéité à l air soit attribuée à un défaut de conception. Parmi les exemples communs de mauvaise conception, il faut mentionner : le positionnement incorrect du pare-air dans le mur; les interruptions de continuité (interstices dans le système, aux jonctions principales comme les liaisons entre le toit et le mur, le mur et la fondation, les bâtis de portes et de fenêtres et les murs); la séquence des travaux de charpente, des travaux électriques et mécaniques, susceptibles de compromettre la continuité de l ensemble; et l incapacité de faire la distinction entre le pare-air, le pare-vapeur et/ou les matériaux qui remplissent ces deux fonctions [14]. Dans les régions les froides et même très froides 2, le matériau qui sert en même temps comme pareair et comme pare-vapeur doit être placé du côté chaud (ou côté de haute pression de vapeur) du mur 3. Il doit être posé à une profondeur suffisante dans l épaisseur de l enveloppe de sorte que les températures du point de rosée se réaliseront sur sa paroi extérieure. Aux endroits où les fonctions pare-air et pare-vapeur doivent être assurées par des matériaux différents, le pare-vapeur doit être placé du côté chaud du mur. Encore là, il doit être placé de sorte que les températures de rosée se produisent sur son côté extérieur. Dans ce cas-ci, le pare-air peut être placé à n importe quel endroit dans le mur, pourvu qu il limite le flux ou le mouvement de l air climatisé et l empêche de venir en contact avec les surfaces froides dont la température est au-dessous du point de rosée. Si le pare-air est placé à l extérieur du plan d isolation thermique, il doit avoir une certaine perméance à la vapeur, ou le système doit être conçu pour que la vapeur d eau passe par diffusion vers l extérieur de 2 Une région froide peut être définie comme une région comportant environ 4500 degrés-jours de chauffage ou plus, mais moins de 6000 degrés-jours de chauffage [15]. 3 Pour les fins du présent document, le côté chaud du mur, sauf indication contraire, désigne le «côté chaud ou le côté de pression de vapeur élevée.» Ontario Association of Architects Société canadienne d hypothèques et de logement 8
l enveloppe du bâtiment, ou il faut employer un pare-vapeur à faible perméance sur le coté intérieur [16]. Qu il s agisse d une installation en région chaude ou en région froide, la position relative du pare-vapeur dans le mur reste la même : toujours du côté chaud du mur. Or, en région chaude, le coté chaud du mur se trouvant davantage vers l extérieur que dans le cas des régions froides, le pare-vapeur pourra aussi bien être plus près de l extérieur (il peut même faire partie intégrante du mur extérieur). Dans la majorité des situations, le pare-air, pour mieux satisfaire eux exigences de durabilité, doit être placé en dessous du parement extérieur mais à l extérieur de la charpente. Cette disposition protège non seulement le pare-air contre les éléments extérieurs mais, avec l ossature du mur à l intérieur de l étanchéité, on obtient un système plus simple pour ce qui est de maintenir la continuité aux pénétrations associées aux éléments de structure [17]. Les problèmes peuvent avoir leur origine dans le choix des types de matériaux constitutifs de l enveloppe et dans la manière avec laquelle les différents matériaux prescrits sont réunis, soit à cause d un manque d information concernant la séquence des travaux, soit à cause d hypothèses erronées quant à la performance du produit fini. Il arrive fréquemment qu un système conçu et dessiné pour un fonctionnement en théorie efficace ne puisse être construit à cause des conditions rencontrées sur le site. Examinons les exemples des figures 3 et 4. La figure 3 représente une jonction toit-mur typique, avec parement de brique et mur-rideau intégré. Comme le montrent les dessins, le pareair se prolonge sur le support de couverture, et est assemblé au bac arrière du mur-rideau. Une fois le dos du mur rideau installé, il est impossible d accéder à l intérieur du mur pour réaliser cette jonction, ce qui laisse une ouverture dans le système. On doit éviter les jonctions aveugles comme celles-ci dans les dessins de détails. Dans certains cas, le matériau prescrit ne convient pas au montage dessiné. La figure 4 illustre un détail type de fenêtre avec faux-cadre de contreplaqué installé dans la baie de la fenêtre. Figure 3 : Détail de jonction toit-mur impossible à construire. Ontario Association of Architects Société canadienne d hypothèques et de logement 9
La membrane pare-air installée contre la paroi intérieure du mur à ossature de poteaux doit être jointe au bâti de fenêtre comme l illustre le dessin. La membrane d étanchéité semble passer autour du faux-cadre, solution pratiquement impossible en raison de la nature du matériau dont elle est constituée. La membrane est ensuite jointe au bâti de fenêtre, du côté chaud de la rupture de pont thermique. Cette membrane est installée au bon endroit, mais il s agit encore d un détail de construction impossible à réaliser. CALFEUTRAGE CONTINU DE PART ET D AUTRE DU BÂTI APPUI EN ALUMINIUM PRÉFINI SCELLER LE PARE-AIR AU BÂTI (TYPIQUE) CONTREPLAQUÉ, 19 mm Figure 4 : Détail de fenêtre impossible à construire. Les figures 5 et 6 illustrent des détails corrects de fenêtres. Pour la figure 5, on a utilisé une fenêtre munie d un bâti avec rebord. Le faux-cadre en contreplaqué a été coupé pour permettre à l isolant de se prolonger jusqu à la partie inférieure du bâti. Le pare-air est posé le long du calage de bois (du côté chaud de l isolant) puis scellé au rebord, lequel a été encastré dans le calfeutrant (ou un autre produit d étanchéité). Ce détail peut être réalisé seulement avant la mise en place de la maçonnerie. Si la séquence des travaux rend cette disposition impossible, le détail peut être exécuté selon les indications de la figure 6. Dans ce montage, la membrane est posée le long du calage de bois, en dessous du bâti. Une autre bande de membrane est posée de manière à recouvrir la première, couvrant le reste du calage de bois et se prolongeant jusqu à l appui en aluminium. On obtient ainsi une jonction en T. Le bâti est ensuite installé par-dessus le calage de bois et la mousse d uréthane utilisés pour combler le vide entre le bâti de fenêtre et la baie, sur le coté froid du bâti. On doit s assurer que la mousse d uréthane posée entre la fenêtre et la baie ne compromet pas l efficacité du système d égouttement intégré à la fenêtre, qu elle ne nuit pas à la performance thermique de la fenêtre et que l expansion de la mousse ne fait pas gauchir le bâti de fenêtre. Ontario Association of Architects Société canadienne d hypothèques et de logement 10
CALFEUTRAGE CONTINU DE PART ET D AUTRE DU BÂTI APPUI EN ALUMINIUM PRÉFINI Figure 5 : Détail de fenêtre pouvant être construit. SCELLER LE PARE-AIR AU REBORD DE FENÊTRE (TYPIQUE) SCELLER REBORD DE FENÊTRE DANS CALFEUTRAGE MOUSSE D URÉTHANE APPUI EN ALUMINIUM PRÉFINI JONCTION EN T DU PARE-AIR Figure 6 : Détail de fenêtre pouvant être construit; jonction en T du pare-air. Ontario Association of Architects Société canadienne d hypothèques et de logement 11
Technique d installation LIGNES DIRECTRICES CONCERNANT LA RÉALISATION DE SYSTÈMES L élément critique de la performance du système est la qualité d exécution de l installation. Les systèmes d étanchéité à l air sont encore considérés comme une nouvelle technologie; il n est par conséquent pas surprenant que, malgré l existence d installateurs hautement qualifiés, la majorité n ont pas les compétences ou la formation nécessaires pour réaliser une installation de qualité. Même si, dans le domaine des systèmes d étanchéité à l air, on a formé des associations, avec pour objectif de former des professionnels du métier, l installation des systèmes d étanchéité à l air est encore réalisée par différents corps de métiers, chacun responsable de parties ou de composants distincts du système d étanchéité (par exemple, l assemblage fenêtres-mur ou l assemblage mur-toit) et dont beaucoup ne possèdent pas une connaissance satisfaisante des fonctions des systèmes qu ils installent et des conditions à réaliser pour ces systèmes. Même si chaque corps de métier peut être responsable d un composant ou d une partie du système, personne n est chargé d assurer la continuité entre les différents composants ou les différentes parties qui forment le système. C est le chevauchement des compétences reconnues légalement aux divers corps de métiers qui peut conduire à beaucoup de problèmes lors d une installation. Si la communication entre les différents corps de métiers est mauvaise ou revêt un caractère de confrontation, il en résulte souvent des conflits de planification : il n est d ailleurs pas rare que des matériaux de finition soient posés à peine Figure 7 : Maçonnerie posée immédiatement quelques minutes après la mise en place d une après l installation d une partie section du système d étanchéité à l air. Des du pare-air. parties de ce système sont donc recouvertes avant même qu il soit achevé (figure 7). Parfois, l intégrité du système d étanchéité peut être compromise par l installation du parement si les fixations de celui-ci passent à travers le pare-air. On voit souvent les corps de métiers percer des trous à travers le mur sans réparer le pare-air ni rétablir son étanchéité. La situation que nous venons de décrire est davantage amplifiée parce que, habituellement, les détails des devis ne tiennent pas compte des difficultés qui peuvent prévaloir sur place. Par exemple, la continuité du système d étanchéité à l air peut être compromise par le passage des services du bâtiment (par exemple les canalisations électriques) ou les autres composants muraux et les éléments structuraux. Ce point est clairement lié au principe des détails irréalisables et difficiles Ontario Association of Architects Société canadienne d hypothèques et de logement 12
à construire que nous avons déjà examinés. De nouveau, en examinant le détail du bâti de fenêtre de la section précédente (figure 4), on peut supposer que plusieurs corps de métiers différents et, par ricochet, plusieurs matériaux différents ont été utilisés dans un espace réduit comportant beaucoup de coins et d autres détails complexes, situation qui rend difficile de réaliser la continuité dans le système d étanchéité même ou entre ce dernier et les autres systèmes [18]. LE DEVIS DE PROJET Avant d étudier le système d étanchéité à l air, le concepteur doit estimer, en se fondant sur les informations disponibles, sur les niveaux prévus de performance du bâtiment, et plus particulièrement la température ambiante, l humidité relative et la pression. Le climat, l usage du bâtiment et le genre d activités des occupants peuvent tous avoir un impact négatif sur les conditions régnant à l intérieur du bâtiment. Comme des murs différents auront des taux de fuite différents, le type de mur spécifié doit convenir à la délimitation de ce type de milieu. De plus, on doit accorder beaucoup d importance à la durabilité des matériaux dans le temps, par exemple en comparant celle des cloisons sèches et des blocs de maçonnerie. Le concepteur pourra ensuite se reporter au tableau 1 pour prescrire le taux maximal admissible de fuite d air. Les différents systèmes contenus dans l enveloppe du bâtiment ont des taux de fuite différents. Par exemple, le taux de fuite pour une fenêtre à vitrage fixe n est pas le même que pour une fenêtre coulissante horizontale. On trouvera à l annexe A du CNB des taux maximum recommandés de fuite d air. Bien que ces taux concernent des murs opaques et ne tiennent pas compte des portes, des fenêtres et des autres surfaces vitrées, l article 5.4.1.2 du CNB cite en référence un bon nombre de normes CAN/CGSB visant la performance de ces composants. Comme le Code recommande que le système d étanchéité à l air soit continu, les joints et les jonctions entre ces composants doivent satisfaire aux mêmes critères de fuite que ceux recommandés dans le cas d un mur aveugle. Enfin, le concepteur doit prescrire les procédures d inspection et d essai à mettre en pratique pour le projet. On pourra se reporter à la section Méthode de conception, d inspection et d essai pour rédiger un devis pour chaque projet particulier. PROTOCOLE POUR L INSPECTION ET L ESSAI DES SYSTÈMES D ÉTANCHÉITÉ À L AIR Un programme bien conçu et complet d inspection et de mise à l essai est l outil le plus performant dont le propriétaire/concepteur du bâtiment peut se servir pour améliorer la qualité d exécution du système d étanchéité à l air. Le budget potentiel, même pour le programme le plus complet, représente seulement une faible portion du coût global du projet; de plus, un tel programme peut mettre le propriétaire à l abri de coûts futurs excessifs d entretien et de réparation. Un programme Ontario Association of Architects Société canadienne d hypothèques et de logement 13
complet d inspection et d essai peut également réduire les responsabilités potentielles auxquelles les concepteurs et les constructeurs peuvent être confrontés en prévenant les défaillances du bâtiment qui pourraient leur être injustement attribuées. Idéalement, il devrait exister une procédure officielle propre à l industrie de la construction pour déceler les problèmes, attribuer les responsabilisé et régler les litiges. Comme il n y a encore aucune procédure standard, la meilleure façon consiste à prévenir les litiges d abord en intervenant pour en éliminer les causes. Par exemple, il est possible dans la majorité des cas de retracer la cause ou les auteurs d une installation incorrecte de membrane pare-air. Par contre, à qui revient la responsabilité d un défaut d étanchéité d une jonction mur-fenêtre? Au corps de métier responsable du mur ou à celui responsable des fenêtres? Le plus souvent, les litiges de cette nature sont le résultat d une définition imprécise de la portée des travaux dans le devis. Une définition plus détaillée de la portée des travaux dans le devis du système d étanchéité à l air peut réduire les risques de conflits. Comme il existe beaucoup de matériaux différents d étanchéité à l air, et même davantage de systèmes d étanchéité à l air, le protocole d inspection et de mise à l essai doit être suffisamment complet pour tous les englober; c est-à-dire qu il doit avoir un caractère «générique» en vue d une application à grande échelle. Pour illustrer cette hypothèse, les étanchéités à l air qui sont maintenables (ou aptes à l entretien) et les étanchéités non maintenables. Les étanchéités maintenables sont accessibles; on peut intervenir dessus durant toute leur vie. Elles sont donc posées contre la paroi apparente intérieure ou extérieure du bâtiment (cloisons sèches par exemple). Comme ce type de système est apparent, il peut être soumis à des essais même un fois que l installation complète est achevée. En cas de fuite d air, l intervention requise serait relativement peu coûteuse et sans trop de difficulté. Cependant, il est souvent difficile d assurer la continuité de l étanchéité avec ces systèmes, et leur durabilité peut être compromise si le pare-air est exposé aux mécanismes de la détérioration [19]. Voyons maintenant le cas d un pare-air non maintenable, par exemple une membrane monocouche, située dans le vide de mur. Une fois le système recouvert, il est impossible de mettre les composants à l essai individuellement. Alors que tout le bâtiment peut être mis à l essai, il est pratiquement impossible de déterminer quels composants sont défectueux. De plus, même en repérant l emplacement de la défaillance, il faudrait démonter le mur pour intervenir sur le composant et le réparer, solution qui risque d être coûteuse en argent et en temps, et d être également irréalisable (nécessitant ainsi une compensation financière). Les essais d acceptation devraient donc comprendre des procédures d inspection et d essai qui seraient appliquées avant le début de la construction, durant l installation et une fois le système Ontario Association of Architects Société canadienne d hypothèques et de logement 14
d étanchéité à l air et le bâtiment achevés [20]. Il est recommandé d établir un protocole combinant des phases de vérifications visuelles et d essais qualitatifs et quantitatifs, réalisées à la fois par la main-d œuvre et par un agent/consultant en tierce partie. Ce genre de protocole doit être fondé sur l emploi de plusieurs méthodes d essais normalisées de l ASTM, auxquelles on devra se reporter au début de chaque phase. Facteurs influant sur le protocole d inspection et d essai Le protocole est simplement une ligne directrice sur la manière dont les systèmes d étanchéité à l air doivent être mis à l essai. Il indique au concepteur comment et dans quelle mesure faire l inspection et les essais d un bâtiment en général. En réalité, tous les devis de projets ne préciseront ni ne nécessiteront la totalité des trois phases des vérifications. Le protocole est spécifique au système d étanchéité à vérifier; de plus, l étendue de l inspection et des essais pour un projet particulier (bien qu encore décidée par le concepteur) peut dépendre de quatre autres facteurs : l emplacement géographique; l utilisation et l usage du bâtiment; le coût prévu de réparation et le budget dont on dispose [21]. L emplacement géographique est à prendre en compte au moment d évaluer l étendue de l inspection et des essais pour un projet donné, à cause des variations extrêmes des conditions climatiques entre deux régions. Au Canada, par exemple, la côte Ouest jouit d un climat humide, relativement doux, alors que les Prairies ont un climat plus sec, dont les écarts de températures sont très importants. Cette différence peut avoir une conséquence significative sur la nature des essais et sur leur étendue. Ce point peut être illustré en comparant des bâtiments situés dans deux villes différentes. À Winnipeg, par exemple, le climat hivernal est froid et sec : les dommages potentiels susceptibles d affecter l enveloppe du bâtiment sont dus principalement à la condensation (causée par l exfiltration d air climatisé) emprisonnée dans les murs par suite des cycles de gel-dégel. À Vancouver, qui jouit de températures beaucoup plus douces accompagnées de précipitations importantes, les dommages à l enveloppe du bâtiment sont le plus souvent causés par l infiltration d eau et la pourriture/corrosion subséquentes des composants du bâtiment. Par conséquent, un programme d inspection et d essais de bâtiments à Winnipeg devrait être axé davantage sur les fuites d air alors qu à Vancouver l accent devrait être mis sur la conception du pare-air et sur son comportement en utilisation conjuguée avec le pare-vapeur et les plans d évacuation. Tous les bâtiments doivent être conçus pour répondre aux besoins de leurs occupants et pour remplir leur fonction prévue. Le style de vie des personnes ainsi que les conditions ambiantes recherchées Ontario Association of Architects Société canadienne d hypothèques et de logement 15
peuvent avoir un impact profond sur le milieu intérieur du bâtiment. Il faudrait un programme plus étendu d inspection et de mise à l essai dans le cas des bâtiments dont les occupants ont un style de vie qui contribue à produire une température et un degré d humidité élevés à l intérieur (par exemple, l habitude de suspendre les vêtements à l intérieur pour les sécher ou la cuisson fréquente des aliments) parce que le risque de dommages par suite de fuites d air est plus élevé que dans un milieu à faibles température et degré d humidité. Bien que l on n attende pas du concepteur qu il connaisse les habitudes de tous les occupants d un bâtiment, il doit cependant adopter une attitude prudente pour l étude du système d étanchéité à l air. Dans le même ordre d idées, des essais plus poussés peuvent s imposer si la fonction prévue du bâtiment le destine à des conditions ambiantes extrêmes ou, encore, si l environnement intérieur doit être contrôlé. Pour certains bâtiments comme les musées, les galeries d art, les piscines et les hôpitaux où il faut, à l intérieur, des valeurs stables de température et d humidité relative, on devra procéder à des essais plus rigoureux. Un entrepôt, en comparaison, présentera des températures moyennes basses et un faible degré d humidité, ce qui aura pour effet de réduire les mouvements d air et de vapeur. Il se peut que les fuites d air n aient pas d effet indésirable sur les occupants et, par conséquent, sur l usage du bâtiment. Dans ce genre de situation, des essais moins rigoureux pourraient suffire. Le troisième facteur susceptible d influer sur l étendue d un programme d inspection et d essais est le coût prévu de réparation. Comme il a été mentionné au début de la présente section, le coût de réparation d un matériau pare-air qui n est pas maintenable peut être élevé. Dans la plupart des cas, il faudra, pour exécuter le travail, enlever une partie ou la totalité de la façade extérieure afin d accéder au pare-air. Cet inconvénient comporte non seulement des coûts élevés de main-d œuvre, mais il peut aussi entraîner une interruption de services à l intérieur du bâtiment. De plus, les matériaux qui ne sont pas réutilisables devront être remplacés. Comme un bon nombre de paramètres sont susceptibles d influer sur le coût d un programme d inspection et d essais (par exemple, l emplacement du bâtiment, le type de bâtiment, son utilisation prévue, les honoraires d inspection), il est difficile d établir un barème des coûts d un programme complet. On peut cependant affirmer avec certitude que par rapport au coût global du projet, le programme aura un coût faible, et peut être sensiblement moins élevé que les coûts de maintenance et de réparation dans le cas d une défaillance qu une inspection et des essais auraient pu prévenir. L expérience donne à penser que le coût d un programme complet d inspection et d essais est d environ 0,1 % à 0,3 % du coût total du projet. Il ne faut pas oublier qu il s agit d une référence approximative seulement, ces valeurs pouvant être beaucoup influencées par les facteurs mentionnés plus haut. Ontario Association of Architects Société canadienne d hypothèques et de logement 16
Essais par la main-d œuvre et par une tierce partie LIGNES DIRECTRICES CONCERNANT LA RÉALISATION DE SYSTÈMES Le protocole décrit ci-après suppose l inspection et l autovérification par les ouvriers, de même qu une inspection et des essais par une tierce partie. Bien que les méthodes et les résultats seront similaires pour les deux parties, les motifs ou les justifications sont différents pour chacune. Des organisations comme la National Air Barrier Association (NABA) ont mis au point des programmes d assurance de la qualité qui exigent que les ouvriers non seulement soumettent leur installation à des essais, mais qu ils fournissent également une confirmation écrite que les essais ont effectivement été effectués et que les détails contrôlés sont conformes aux exigences du devis [22]. L autovérification de cette manière peut être considérée comme un outil à la disposition des ouvriers pour qu ils produisent une installation initiale de qualité. En comparaison, l essai par un tiers est un moyen objectif d assurance de la qualité utilisé pour déterminer si le pare-air a été installé conformément au devis et s il fonctionne selon l intention du concepteur. Les installateurs et les agents d essais en tierce partie peuvent faire une vérification visuelle et des essais qualitatifs et quantitatifs pour évaluer certains détails. Alors que l installateur ne vérifie que la qualité d exécution de l installation, l inspection et l essai par une tierce partie sont orientés sur l enveloppe complète du bâtiment et sur le fonctionnement de l étanchéité comme ensemble autonome et comme composant de l enveloppe du bâtiment. L autovérification par les ouvriers n est valable qu à la condition que soit produite une confirmation que les essais sont effectivement réalisés périodiquement et suivant un protocole uniforme. Des vérifications doivent être effectuées régulièrement par l association directrice, et des peines sévères doivent être imposées à ceux qui ne se conforment pas aux procédures du programme d assurance de la qualité. L inspection et l essai par une tierce partie n ont de la valeur que si les conclusions sont prises en compte et si les recommandations subséquentes peuvent être appliquées. Les inspecteurs doivent avoir l autorité nécessaire pour interrompre les travaux, pour attribuer les responsabilités puis confirmer la conformité une fois les corrections achevées. Or, dans la plupart des cas, seul le concepteur a l autorité nécessaire pour prendre ces décisions. Par conséquent, le rôle de l inspecteur n est pas de diriger les corps de métiers sur le chantier, mais plutôt de fournir des recommandations, fondées sur les conclusions, au concepteur qui, à son tour, communiquera à l entrepreneur principal des instructions sur ce qu il faut faire pour corriger le problème. Dans certaines situations, par exemple, l inspecteur peut être embauché directement par le maître de l ouvrage, et il peut avoir reçu l autorité nécessaire pour prendre ces décisions. Ontario Association of Architects Société canadienne d hypothèques et de logement 17
Si l inspection visuelle peut permettre de repérer les défauts évidents, les essais restent nécessaires pour confirmer la performance du système d étanchéité à l air. Même un inspecteur des plus expérimenté n a pas la compétence nécessaire pour quantifier la performance du système d étanchéité à l air par suite d une seule inspection visuelle. PROCÉDURE DE CONCEPTION, D INSPECTION ET DE MISE À L ESSAI [23] [24] Phase 1 : Conception Normes de référence pour la phase 1 : ASTM E 283, Standard Test Method for Determining the Rate of Air Leakage Through Exterior Windows, Curtain Walls, and Doors Under Specified Pressure Differences Across the Specimen. ASTM E 330, Standard Test Method for Structural Performance of Exterior Windows, Curtain Walls, and Doors by Uniform Static Air Pressure Difference. ASTM E 783, Standard Test Method for Field Measurement of Air Leakage Through Installed Exterior Windows and Doors. ASTM E 2099, Standard Practice for the Specification and Evaluation of Pre-Construction Laboratory Mockups of Exterior Wall Systems. La phase 1 comporte les activités ci-après : examen des plans et devis à mesure de leur confection examen des dessins d atelier réunions d orientation construction de maquette mise à l essai de la maquette Avant de produire les dessins d exécution et les documents de soumission, le concepteur et le consultant en enveloppe du bâtiment doivent examiner les plans et le devis du projet afin de confirmer qu il n existe aucun problème inhérent au système pouvant l empêcher de se comporter conformément aux exigences du CNB. Ils doivent examiner les détails, les composants et les matériels individuels afin de déterminer s ils sont compatibles avec les dispositions et les détails dissimulés, et avec les composants et les matériaux contigus à l intérieur de l enveloppe du bâtiment. Ontario Association of Architects Société canadienne d hypothèques et de logement 18
Les documents de soumission doivent indiquer clairement les exigences visant les corps de métiers, et doivent informer ces derniers des protocoles d inspection et d essai à mettre en oeuvre pour le projet. Une fois l entrepreneur principal et les sous-traitants connus, tous les dessins d atelier doivent être examinés afin de déterminer si les détails proposés peuvent être construits en respectant l intention générale du concepteur. Avant le début de la construction, une réunion d orientation doit être convoquée par le consultant en enveloppe du bâtiment (cette condition fait souvent partie du devis). La réunion est habituellement organisée par l entrepreneur principal; doivent y assister le maître de l ouvrage, le concepteur, l entrepreneur principal, les corps de métiers et les agents/consultants d essai en tierce partie. Cette réunion a pour but de réitérer à l entrepreneur et aux corps de métiers exactement ce que l on exige d eux et de les laisser exprimer leurs observations avant le début des travaux. Toutes les parties auront la chance d examiner les plans, le devis et les dessins d atelier; la séquence et le calendrier des travaux seront établis. Les sous-traitants pourront indiquer les matériaux qu ils se proposent d utiliser, afin que l on discute des questions de compatibilité. Pour évaluer la conception du système d étanchéité à l air tel qu il doit être incorporé au projet, une maquette de ses détails-clés doit être fournie par l entrepreneur principal, préférablement construite par des personnes représentatives du niveau de compétence affecté au projet (les critères de conception devraient comprendre la construction et l essai d une maquette). La norme ASTM E 2099 décrit les procédures de construction et de documentation afin d aider à la spécification et à l évaluation de maquettes avant-construction pour les essais en laboratoire. Au moment de construire la maquette, il est important de tenir compte des composants ou des sections du système qui sont les plus susceptibles de défaillance. Les encadrements de fenêtres incorrectement conçus ou installés, les pénétrations de fixations qui n ont pas été scellées ainsi que les jonctions entre composants ou matériaux dissemblables sont les causes les plus communes de défaillance des systèmes d étanchéité à l air. Dans certains cas, il peut être impossible de construire une maquette pour vérifier chaque type de détail. Or, la maquette doit être représentative de l ouvrage qui sera réalisé. Le concepteur doit préciser les détails que la maquette doit comporter. Pour certains projets, il peut être nécessaire de réaliser plusieurs maquettes pour montrer tous les détails spécifiés. Le coût de construction et d essai de la maquette est à la charge de l entrepreneur principal, mais ce coût devrait avoir été pris en compte dans le prix de la soumission. Une fois la maquette construite, l entrepreneur principal et le consultant doivent, en coordination, établir le calendrier d inspection et d essai. Ontario Association of Architects Société canadienne d hypothèques et de logement 19
Pour déterminer le taux de fuite d air du système d étanchéité à l air, des essais quantitatifs doivent être effectués en conformité avec la norme ASTM E 283. Ces essais sont réalisés en laboratoire et ils visent seulement à mesurer les fuites associées à l ensemble d étanchéité proprement dit mais non celles du système sur le chantier. Pour les essais, une enceinte étanche à l air est construite à l extérieur de la surface échantillon. L enceinte, fixée au plan de l étanchéité, est alimentée en air sous une pression différentielle comprise à l intérieur d une plage donnée, la valeur de référence retenue pour l essai étant établie à une différence de pression de 75 Pa, selon les exigences du CNB. Le débit d air nécessaire pour maintenir cette différence de pression correspond au taux de fuite vers l extérieur de l enceinte. Si le taux de fuite est conforme aux valeurs précisées dans le devis 4, l essai est réussi. Un essai doit également être effectué par extraction d air de l enceinte afin de créer une différence de pression négative. L air supplémentaire évacué de l enceinte pour maintenir la pression différentielle négative déterminée correspond au taux d infiltration dans l enceinte. Il est important de faire l essai deux fois : une fois en établissant une pression différentielle positive à l intérieur de l enceinte, une autre fois en établissant une pression différentielle négative. Le fait d appliquer une différence de pression (positive ou négative) dans une sens seulement peut rendre le plan d étanchéité plus imperméable à l air et produire ainsi un résultat qui ne sera pas représentatif du taux de fuite en sens inverse. L essai peut être effectué avec plusieurs variantes selon les détails de la surface mesurée. Par exemple, trois variantes sont possibles si l aire de mesure comprend des fenêtres fixes et des fenêtres manoeuvrables. Pour la première variante, les jonctions et les joints des fenêtres sont masqués par un ruban-cache afin d éliminer les fuites d air par les fenêtres; avec cette variante, les résultats de l essai représenteraient la quantité d air fuyant par la partie pleine ou aveugle du mur. Pour la deuxième variante, le ruban est retiré des fenêtres fixes; la différence entre les résultats pour chaque variante donne le taux de fuite par les fenêtres fixes. Enfin, pour la troisième variante, le ruban-cache est complètement retiré de la fenêtre : cette fois, la différence entre les résultats obtenus avec la variante 2 et ceux avec la variante 3 est le taux de fuite par les fenêtres manoeuvrables. Une analyse par régression des données des essais peut être effectuée pour déterminer avec plus de précision les caractéristiques de fuite d air des différents composants des murs et des fenêtres à la pression différentielle spécifiée. Si la maquette est construite en situation, les essais de fuite d air doivent être effectués conformément à la norme ASTM E 783, qui prévoit une méthode similaire à celle de la norme E 283, la seule différence notable étant le lieu de réalisation de l essai, s agissant en l occurrence, pour la norme E 783, d un essai en situation par opposition à un essai en laboratoire. 4 Le taux de fuite d air précisé dans le devis du projet doit être égal ou inférieur à celui recommandé à l annexe A du CNB. Ontario Association of Architects Société canadienne d hypothèques et de logement 20