Phase avant-projet : Sélection du système d'enveloppe verticale pour bâtiments à un Ce document décrit les principes de base à prendre en compte lors de la conception et des calculs relatifs à la sélection du système d'enveloppe verticale pour un bâtiment d'un seul niveau, ainsi que les systèmes de bardage pouvant être utilisés. Sommaire 1. Critères de conception et de calcul 2 2. Système double peau avec profils de bardage en pose verticale ou en pose horizontale 3 3. Plateau de bardage agissant structurellement 7 4. Panneaux sandwich 8 5. Système de bardage mixte assemblé sur chantier 9 6. Cassettes avec écran pare-pluie ou cassettes étanches 11 7. Références 12 Page 1
1. Critères de conception et de calcul Les bâtiments à un sont réalisés sur commande et peuvent être de dimensions très variables. Les projets sont réalisés à partir de trames offrant un grand nombre de combinaisons en longueurs et en largeurs. La trame des poutres et des poteaux peut être choisie de façon à tenir compte des dimensions standard des systèmes de rayonnage, des portes, du gabarit des quais de chargement, etc. Il est de plus en plus fréquent d avoir recours à la construction modulaire qui, si les circonstances s'y prêtent, permet de réduire les coûts de façon substantielle. Les mêmes principes peuvent être appliqués aux bâtiments de bureaux, aux hôpitaux, aux écoles, aux hôtels, etc. Ces bâtiments peuvent être conçus de façon complètement ou partiellement modulaire, utilisant les avantages de ce mode de construction rapide et économique. Le bardage est un des éléments de bâtiment le plus visible. Il est possible de choisir parmi une vaste gamme d'éléments métalliques de finitions et de profils divers, ayant un aspect esthétiquement plaisant et avant-gardiste en termes de design. De nombreuses considérations doivent être prises en compte lors du choix d'un système ou d'une finition de façade. Le choix du matériau est aussi important que les critères de conception et de calcul du mur en lui-même. Il est crucial de déterminer si le matériau est suffisamment durable compte tenu de la situation et du climat environnant. Le coût est un facteur clé, mais il devrait être abordé en tenant compte de la durée de vie totale du bâtiment. Il convient également d'étudier d'autres questions telles que la réalisation des détails, de l'entretien et de la déconstruction. Les principaux facteurs pris en considération lors de la sélection des produits ou des systèmes de façade peuvent être résumés comme suit : assurer les fonctions élémentaires de protection vis-à-vis des intempéries et de l'intégrité structurale être plaisants d'un point de vue esthétique, car le bardage est l'élément le plus visible d'un bâtiment, quel qu'il soit offrir une variété de couleurs et de finitions être suffisamment résistants et rigides pour pouvoir résister aux effets d'un impact et prévenir les dommages dûs aux charges de vent être relativement souples au niveau de la réalisation des détails afin d offrir une certaine latitude en terme de conception et de calcul faire en sorte que les exigences relatives à l'isolation thermique soient satisfaites. Cellesci sont présentées dans la Directive Européenne sur la performance énergétique des bâtiments "Energy Performance of Buildings Directive" et sont relayées par les règlements de construction nationaux pouvoir répondre aux exigences acoustiques pouvoir satisfaire aux règlements en vigueur en matière de lutte contre les incendies, (ces réglements varient d'un pays à l'autre) Page 2
être un produit durable, c'est-à-dire fabriqué de façon à minimiser l'impact sur l'environnement en réduisant les émissions de CO 2, en conservant les ressources naturelles, en ayant davantage recours à des matériaux renouvelables, en améliorant la productivité et en augmentant la recyclabilité. Minimiser également l'impact relatif au chantier en raccourcissant les délais de construction, en réduisant les nuisances sonores, en limitant les quantités de déchets et en satisfaisant les exigences relatives à l'utilisation d'eau. Il existe de nombreux systèmes permettant de remplir ces fonctions ; le guide envisage un certain nombre d'options spécifiques à une gamme de types de bâtiments fréquemment construits en Europe. 2. Système double peau avec profils de bardage en pose verticale ou en pose horizontale Un système double peau consiste en un parement métallique profilé fixé à la structure de base par un système de supports et d'écarteurs, un isolant et le parement extérieur ; voir la Figure 2.1. Ces systèmes sont très variables. Un vaste choix de nuances, de profils, de textures et de solutions économiques et rapides s'offre au concepteur. Ils permettent également de satisfaire les exigences thermiques, acoustiques et de résistance à l'incendie de l'ossature du bâtiment. Lors de l utilisation de systèmes à double peau, il est également possible d'utiliser des solins visibles et d'inclure des éléments cintrés afin de donner au bâtiment un attrait particulier. 1 2 3 5 4 Figure 2.1 Système de bardage double peau en pose verticale Légende : 1. Support d'enveloppe, dans le cas présent une lisse formée à froid 2. Parement intérieur 3. Système de supports et de lisses 4. Isolant 5. Parement extérieur Page 3
2.1 Couleur La gamme de couleurs disponibles pour l'acier prélaqué est très large. Il est ainsi possible d'opter pour des tons gris neutre,des couleurs pastel attrayantes, voir même des couleurs primaires soutenues. Certaines couleurs et certains revêtements peuvent avoir un aspect métallique ou nacré. Le choix de la couleur peut être déterminant en ce qui concerne la capacité du bâtiment à se fondre dans l'espace environnant ou, au contraire, à en ressortir. L'utilisation de combinaisons de couleurs peut contribuer à égayer les grands bâtiments ou les bâtiments aux formes simples, en mettant l'accent sur leur aspect vertical ou horizontal. 2.2 Profil L'apparence visuelle globale d'un bâtiment résulte de la combinaison du concept de base, de la couleur et du profil choisis. La présence d'ombres peut avoir un effet marqué sur la couleur de l'ensemble. Cet effet d'ombre varie en fonction du profil. Avec des profils sinusoïdaux, l'effet est léger du fait de la transition graduelle de l'ombre vers la lumière. Avec des sections trapézoïdales, les ombres sont très nettement marquées, ce qui donne plus de caractère au bardage. La présence de crêtes larges et de creux étroits permet de cacher les dispositifs de fixation dans les zones d'ombre. Par ailleurs, les éléments de recouvrement latéraux sont moins visibles. Les profils de bardage larges et audacieux ont du caractère et conviennent probablement mieux aux bâtiments de grandes dimensions, tandis que les sections plus claires sont peut-être plus appropriées pour les petits bâtiments, comme l'illustre la Figure 2.2. Les profils peuvent également être formés de larges plans et de raidisseurs étroits dans lesquels les dispositifs de fixation sont partiellement dissimulés. Ces profils sont connus sous le nom de plateaux, et se situent, en terme d'apparence, à mi-chemin entre un parement profilé et un panneau plan. Un système double peau permet une certaine flexibilité de conception, les fabricants pouvant fournir des éléments plans, cintrés ou courbés avec crantages. La combinaison de profils trapézoïdaux et de parements courbes permet d'obtenir un résultat saisissant. L'intégration d'un raccordement arrondi de toiture sans angle saillant permet de réaliser une transition douce entre le toit et le profil du bardage. Il peut intégrer des gouttières non visibles. Il est également possible de recourir efficacement à des éléments cintrés au niveau de la jonction entre le bardage principal et les éléments angles ; les fabricants fourniront des éléments d'angles à coupe d'onglet ou cintrés afin d'assurer la continuité de la courbe au niveau des angles. Les raccords d'angles peuvent être fabriqués pour n'importe quel angle afin de s'adapter à la structure. Fixer le bardage horizontalement permet de traiter les angles biaisés horizontalement ou des angles au profil courbe, ainsi qu'illustré par la Figure 2.3. La forme du profil est ainsi avantageusement mise en valeur, conférant un attrait supplémentaire à un bâtiment de grande dimension, du fait de la simplicité de sa forme géométrique d'ensemble. L'installation sur le toit de profils destinés à être utilisés dans le plan vertical n'est généralement pas envisagée, en raison de leur configuration et de la conception des recouvrements latéraux. Page 4
Figure 2.2 La combinaison de profils, de textures et de couleurs différentes donne à l'entrepôt et au complexe de bureaux une apparence saisissante. (Photographie reproduite avec la permission de Michael Sparks Associates) Page 5
Figure 2.3 Bardage d'un bâtiment industriel combinant des éléments horizontaux et courbes, ce qui a permis de réaliser des lignes régulières. (Photographie reproduite avec la permission de Corus P & P) 2.3 Texture Une texture peut être utilisée pour éclairer des zones ou les atténuer et créer des zones d'ombre. Avec un certain recul, il est possible de constater que des revêtements lisses et granités de la même couleur n'ont pas le même aspect. Les plastisols sont des revêtements au film épais, généralement de l'ordre de 100 à 200 μm. Le fait que les revêtements soient thermoplastiques signifie qu'ils peuvent être marqués avec un motif granité afin d'en améliorer l'apparence. Leur épaisseur relativement importante permet de les rendre moins sensibles aux dommages. Les revêtements en polyesters et polyuréthane ont des propriétés similaires ; ils sont bon marché et de faible épaisseur. Leur flexibilité est limitée et la durabilité moyenne. Ils sont le plus souvent utilisés pour des applications murales extérieures simples dans des régions au climat plus sec du sud de l'europe. Les polyesters sont des revêtements idéaux pour l'envers d'un parement extérieur ou pour un parement intérieur, les exigences n'étant généralement pas aussi fortes que pour les faces extérieures. Le PVDF (souvent appelé PVF 2 ) est un revêtement en polymères de haute qualité, doté d'une résistance naturelle aux UV et offrant une bonne tenue et stabilité des couleurs. Le revêtement résiste bien au granulage et à la perte de lustre. La flexibilité de la fine couche de finition est limitée et n'est pas aussi robuste que d'autres couches finales. Page 6
L'envers d'un bardage en acier prélaqué est recouvert d'un revêtement organique d'une épaisseur de 5 μm compatible avec la plupart des adhésifs et peintures. 3. Plateau de bardage agissant structurellement Il existe une variante au système double peau. Elle consiste à utiliser des bardages à plateaux de grande portée fixés horizontalement entre les poteaux principaux ou verticalement entre les lisses de plancher et les poutres de rive, voir la Figure 3.1. De la laine minérale est généralement placée dans les cavités du plateau, où elle est maintenue par les ailes du plateau. Une fine épaisseur d'isolant (ou des traverses en bois) est placée par-dessus les plateaux afin de réduire les ponts thermiques entre l'aile et le parement extérieur. Les parements profilés extérieurs sont disposés verticalement ou horizontalement. Ils sont ensuite fixés à travers la fine couche d'isolant (ou les traverses), aux ailes des plateaux, lesquelles font office de structures porteuses pour le parement extérieur. Suivant les exigences de résistance acoustique, les plateaux de bardage structuraux sont également disponibles soit partiellement, soit entièrement perforés. Ils sont alors utilisés en tant que constituant de systèmes de parois acoustiques spécialisées. Les plateaux peuvent être conçus et calculés de pour une portée pouvant atteindre huit mètres. Ils peuvent ainsi être assemblés directement aux poteaux, ce qui permet de se passer des lisses habituellement nécessaires dans les constructions en acier ainsi que des éléments secondaires requis au niveau des ouvertures telles que les fenêtres et les portes. On obtient au final une finition nette qui n'est interrompue que par les poteaux du portique principal. 1 3 4 2 Figure 3.1 Système de bardage structurel à plateaux Légende : 1. Plateau de bardage structural 2. Isolant en laine minérale 3. Panneau isolant 4. Parement profilé extérieur Page 7
4. Panneaux sandwich Les panneaux sandwich se composent d'un parement extérieur et d'un parement intérieur tous les deux collés à une mousse rigide de polyuréthane, ou à une âme en laine de roche, voir la Figure 4.1. Les panneaux dont l'âme est en mousse ont habituellement une densité de 45 kg/m 3. Ils sont très légers et très rigides à la fois, ce qui permet d'augmenter les portées et facilite leur manipulation sur le chantier. Les panneaux dont l'âme est en laine de roche offrent des performances acoustiques supérieures et un degré de résistance au feu plus élevé. Ils sont bien adaptés pour les parois de murs mitoyens. Ils constituent souvent l'option préférée des compagnies d'assurance. Un panneau dont l'âme est en laine de roche aura habituellement une densité de 120 kg/m 3. Il convient de prendre en considération cette donnée pour les manipulations de chantier. De façon courante, les panneaux sandwich ont une finition soit lisse, soit micronervurée. Il s'agit, dans ce dernier cas, d'un profil mince dont l'épaisseur ne dépassant pas 1 ou 2 mm (voir la Figure 4.1). Les panneaux micronervurés sont appréciés car ils sont moins susceptibles de paraître voilés, d'être endommagés, ou de subir des altérations climatiques. Les panneaux sandwich peuvent également être fournis avec une apparence perlée, trapézoïdale ou ondulée, ce qui leur donne une esthétique similaire aux systèmes double peau. Les panneaux sandwich ont tendance à comporter, en général, un revêtement en plastisol, en polyester ou en PVDF (souvent appelé PVF ) et sont disponibles dans un vaste choix de couleurs. 2 Les panneaux ont une largeur standard. Ils sont fournis à longueur suivant calepinage, ce qui permet de les monter rapidement sur le chantier. La bonne résistante au cisaillement entre les parements et l'âme réduit le besoin de recourir à des lisses de bardage. De ce fait, les éléments secondaires ne sont requis qu'au niveau des ouvertures telles que les portes et fenêtres. Cette contrainte peut encore être réduite en choisissant des parements faisant également office de profils structuraux. Figure 4.1 Bardage d'un bâtiment de bureaux composé de panneaux micronervurés à pose horizontale (Photographie reproduite avec la permission de Corus P &P) Page 8
Les panneaux sandwich sont disponibles en deux modes de pose, verticale ou horizontale. Les fabricants proposent une vaste gamme de systèmes d'emboîtement mâle/femelle, en fonction de l'application et de la finition requise. La plupart des systèmes sont conçus de façon à ce que les fixations d'extrémités soient réalisées sur le chantier. Ces fixations sont souvent dissimulées par un couvre-joint qui peut être fabriqué avec un matériau similaire au parement ou au contraire qui peut avoir une couleur contrastant avec celle de ce dernier. Un détail de fixation type est illustré par la Figure 4.2. Figure 4.2 Détail de fixations de panneaux sandwich type avec couvre-joint. En plus d'être étanches, les systèmes de fixation doivent être conçus et calculés pour minimiser les ponts thermiques et maximiser l'étanchéité à l'air. La plupart des éléments de fixation incorporeront donc des joints d'étanchéité souples qui seront pré-installés en usine. Lors du choix d'un système de panneaux, il convient de tenir compte des tolérances de l'ossature précisées par le fabriquant, lesquelles peuvent avoir un effet notable sur la finition et la performance des éléments de fixation. Si les panneaux sont fixes dans une zone où ils sont susceptibles d'être endommagés, il convient également d'en tenir compte lors du choix du type de fixation. Cela peut en effet faciliter le remplacement des panneaux. 5. Système de bardage mixte assemblé sur chantier Un système de bardage mixte assemblé sur chantier est un système intermédiaire entre le système à double peau et le système sandwich. Il est réalisé à partir d'un parement en profilé métallique qui est d'abord fixé aux lisses de bardage. L'espace séparant les parements intérieur et extérieur est ensuite comblé avec des panneaux de laine minérale ou de mousse Page 9
prédécoupés dans le cadre du processus de fabrication afin que leurs dimensions correspondent à celles des parements intérieur et extérieur. Le parement extérieur est ensuite fixé par des vis auto-taraudeuses. Ces fixations maintiennent l'isolant en place tout en fournissant un support au parement extérieur. Il convient d'installer l'ensemble du système de façon progressive, l'isolant et le parement supérieur étant assemblés directement après le parement intérieur afin d'assurer un bon ajustement, voir la Figure 5.1. Les systèmes de bardage mixtes assemblés sur chantier offrent plusieurs avantages. Le système réduit les ponts thermiques : il n'y a aucun écarteur, contrairement au système double peau standard, et aucune fixation au niveau des joints entre panneaux, contrairement aux panneaux sandwich standard. Le parement métallique peut facilement être étanché, afin d'obtenir une excellente étanchéité à l'air. Les âmes en laine de roche et les noyaux phénoliques font souvent l'objet d'essais pour rechercher une résistance au feu importante. Les systèmes sont particulièrement performants en terme d'isolation et de résistance incendie. Les âmes en polyuréthane ou en polystyrène sont appropriées pour les constructions où le risque d'incendie est plus faible. 1 2 3 4 Figure 5.1 Système mixte assemblé sur chantier Légende : 1. Ossature 2. Parement intérieur 3. Isolant préformé 4. Parement extérieur Page 10
6. Cassettes avec écran pare-pluie ou cassettes étanches Les cassettes avec écrans pare-pluie ou les cassettes étanches sont des panneaux modulaires préfabriqués dotés de fixations positionnées en usine sur leurs quatre côtés et intégrés aux châssis. Les systèmes de panneaux modulaires sont souvent conçus pour permettre d'obtenir des lignes planes et nettes. Les panneaux modulaires sont des produits de haute qualité fabriqués en usine, qui permettent d'obtenir un niveau de finition des façades exceptionnel et qui ont tendance à être utilisés sur des bâtiments ou des sections de bâtiments où l'impact visuel constitue un élément clé. Les panneaux plats sont fabriqués avec un haut niveau de qualité afin d'obtenir une planéité supérieure à celle de panneaux sandwich ordinaires. L'ensemble du système est conçu pour être installé avec précision. Chaque panneau est précalculé et fourni avec les éléments de fixations, les joints, les bandes de recouvrement et les accessoires intégrés pouvant être utilisés sur la plupart des bâtiments. Les modules de panneaux peuvent être en double peau, avec une âme en laine de roche ou en PIR assurant une excellente isolation, soit faire office de simple peau de forte épaisseur. Ils conviennent aussi bien aux bâtiments à un qu'aux bâtiments multi-étagés, comme l'illustre la Figure 6.1. Figure 6.1 Bardage d'un hôtel avec panneaux plans modulaires, fenêtres parfaitement intégrées et panneaux d'angles préformés. (Photographie reproduite avec la permission de Corus P & P) Les fabricants ont mis l'accent sur les éléments de fixations et sur l'intégrité du panneau. La plupart des panneaux sont fournis avec un système de fixation par joint d'emboîtement horizontal et vertical auto-drainant. Des méthodes de fixation cachées sont utilisées pour assurer une étanchéité optimale et pour donner un aspect esthétique attrayant. Les systèmes de panneaux modulaires peuvent également servir d'écrans pare-pluie. Dans ce cas les fixations verticales et horizontales entre les panneaux modulaires sont laissées Page 11
ouvertes. Un système d'écarteur est utilisé pour maintenir les panneaux modulaires servant d'écran pare-pluie à la distance déterminée du mur intérieur. La cavité située directement derrière la façade est ventilée. L'isolant, habituellement de la laine de roche, est fixé entre et par-dessus les éléments du cadre métallique, lequel est protégé de l'humidité par une membrane respirante. Des panneaux de laine de roche à haute densité peuvent également être fixés à l'arrière d'une cloison en parpaing ou tout autre type de support. Ces systèmes sont généralement utilisés dans le cadre de projets de rénovation. La plupart des systèmes de panneaux modulaires sont proposées avec des éléments pour des fenêtres, des portes persiennes ou d'autres types d'ouvertures. Pour assurer la continuité du système, des composants sont également fournis pour traiter les angles et autres jonctions. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Légende : 1. Mur existant 4 Résistance thermique 7. Echantignole réglable permettant 2 Membrane respirante 5 Lame d'air d'ajuster le positionnement du 3 Isolant 6. Rail vertical bardage8. Elément de support 9. Elément d'étanchéité Figure 6.2 Un système de bardage pare pluie et d'écarteur type 7. Références 1 MCRMA Technical Paper No.5, édition revue et corrigée, octobre 2004 Metal Wall Systems Design Guide 2 Euro-Build in Steel, octobre 2005 Steel Construction in Industrial Buildings in the UK Page 12
Enregistrement de la qualité TITRE DE LA RESSOURCE Phase avant-projet : Sélection du système d'enveloppe verticale pour bâtiments à un Référence(s) DOCUMENT ORIGINAL Nom Société Date Créé par K Francis SCI Contenu technique vérifié par G Raven SCI Contenu rédactionnel vérifié par Contenu technique approuvé par les partenaires : 1. Royaume-Uni G W Owens SCI 29/03/06 2. France A Bureau CTICM 24/03/06 3. Suède B Uppfeldt SBI 24/03/06 4. Allemagne C Müller RWTH 20/03/06 5. Espagne J Chica Labein 23/03/06 Ressource approuvée par le Coordonnateur technique G W Owens SCI 13/07/06 DOCUMENT TRADUIT Traduction réalisée et vérifiée par : eteams International Ltd. 18/05/06 Ressource traduite approuvée par : A Bureau CTICM 16/06/06 Page 13