Montage de crochets de toit Conseils généraux Le montage sur les toits inclinés à tuiles est toujours une des façons de montage les plus fréquentes pour les installations photovoltaïques. Pour cela, on utilise habituellement ce que l'on appelle des «crochets de toit» ou des «crochets d ancrage sur chevron». Une plaque d'ancrage sert habituellement à la fixation sur le chevron à l'aide de vis à bois ; une bride entre les tuiles transmet la force de retenue vers l'extérieur ; des profilés de support pour les modules sont fixés en dessus de ceci. La géométrie de la transmission de force est la plupart du temps assez limitée par la forme de la tuile, c'est pourquoi un contrôle précis est tout spécialement nécessaire dans le cas de sollicitations élevées. Étant donné que la plupart des tuiles ne présentent pas de coupe transversale libre, mais au contraire sont emboîtées les unes sur les autres, on ne peut pas, dans la plupart des cas, éviter complètement de travailler la tuile ; cependant, il ne faut pas par ce biais altérer les tuiles de façon non admissible. Dans ce document, vous trouverez des informations importantes concernant le choix, la planification et le montage. En règle générale, il est à constater qu on utilise pour la plupart des installations montées jusqu'à présent sur les toits trop peu de crochets de toit et des crochets qui sont trop faibles. Souvent, lors du dimensionnement du système, on ne fait absolument pas la différence, où et sous quelle sollicitation l'installation respective va être finalement montée. Les dégâts sur les installations ou bien sur les toits survenus jusqu'à présent sont encore à négliger, mais cependant ils amènent une certaine sensibilisation et professionnalisation. Ceci est tout spécialement à saluer pour limiter les risques dans les entreprises d'installation. Il faudrait tenir compte que justement le système de montage représentant souvent une part de valeur de seulement 5 à 8% du prix de l'installation puisse être décisif pour la stabilité de l'ensemble de l'installation et également pour d éventuels dommages consécutifs élevés (par ex. des tuiles cassées, des problèmes d'étanchéité de la toiture, des dommages matériels etc.). 1 Origines typiques d'erreurs Un montage parfait des crochets est une condition indispensable garantissant la qualité et la durabilité de l'ensemble de l'installation et du toit. Dans le cas de tuiles à emboîtement, on ne peut pas éviter un travail de la tuile ; dans aucun cas, la tuile ne doit être altérée de façon inadmissible (exemples négatifs à voir l'image). Les conséquences d'un mauvais montage sont des problèmes d'étanchéité de la toiture et le danger d'avoir des tuiles cassées. D'autres raisons principales de problèmes sont de façon générale un mauvais dimensionnement de crochets sans tenir compte des charges locales de neige et de vent ou bien un mauvais montage des crochets sans tenir compte d'une distance minimale à la tuile. Un crochet ne peut absorber une charge et la transmettre dans la sous-construction que s'il peut se déformer de façon élastique sans toucher la tuile. Dans le cas de charges locales de neige très élevées, un contact sur les tuiles doit cependant être toléré éventuellement malgré l'utilisation de types de crochets renforcés ; dans ce cas, il est conseillé d'utiliser des tuiles de remplacement en tôle appropriées à la couverture de la toiture, afin d'éviter des dommages consécutifs éventuels (voir à ce sujet le paragraphe «dimensionnement statique»). 1 / 8
Des erreurs lors du dimensionnement arrivent souvent dans le cas des systèmes de rails croisés : le besoin élevé en rails de la construction de rails croisés ne permettra pas un gain de stabilité direct. Étant donné qu'on a besoin de beaucoup de rails, on choisit, le plus souvent, des trames de fixation ou bien des distances de rails trop grandes et on installe ainsi essentiellement moins de points de fixation que nécessaire. Des systèmes de montage à deux traverses par rangée de modules disposent, par contre, souvent de plus de points de fixation pour des coûts relativement inférieurs. Dans le cas de charges réparties surfaciques (charge de vent, charge de neige), la densité surfacique suffisamment élevée aux points de fixation est finalement toujours déterminante. 2 Formes de toits et choix de crochets de toit appropriés Tout d abord, le crochet de toit utilisé doit être compatible avec la forme de couverture. En plus de crochets spéciaux pour des formes de toits spéciales (queue de castor, Tegalit, toiture bitumée), des crochets de toit du type Universal «Frankfurter Pfanne» dans différentes épaisseurs sont utilisés pour la plupart des toitures avec des tuiles à emboitement et avec des tuiles pannes. Dans le doute, une remise d échantillons peut éclaircir, si le crochet est approprié pour le toit. Il faut considérer que non seulement le type de tuile, mais également le genre et l épaisseur du lattis ont une influence sur la forme de crochet nécessaire. Afin de limiter la variété de types, tous les crochets sont habituellement adaptés aux tuiles ayant une épaisseur inférieure. Dans le cas de tuiles avec une épaisseur supérieure, des plaques de support à placer au-dessous de la plaque de montage peuvent être nécessaires. Pour cela, des petites plaques de contreplaquet appropriées peuvent être utilisées ou bien également des plaques de support en aluminium spécialement en vente pour cela (voir image en bas de droite), qui peuvent être combinées entre elles de façon appropriée. Étant donné que les parties plates des tuiles ne reposent pas, la plupart du temps, centrées sur le milieu du chevron, il sera alors possible grâce à une plaque de montage large, de monter le crochet également en décalé de côté. Afin de satisfaire aux différentes sollicitations statiques, il y a beaucoup de formes de crochets de toit dans différentes épaisseurs (par exemple pour la tuile «Frankfurter Pfanne» les types Schletter EcoG, EcoS, VaMax, VaMax2). Cela permet une adaptation au site. Pour compenser des inégalités, des variantes réglables sont également disponibles pour de nombreux types. En même temps, il faut néanmoins considérer que la capacité de réglage est très limitée pour des raisons de construction ; dans le cas de toitures avec beaucoup d inégalités, des solutions qui soit-disant «suivent le toit» sont éventuellement souvent plus utiles, car, dans la plupart des cas, ces toits ne sont pas absolument indéformables. 3 Montage de crochets de toit Les instructions concernant le montage de crochets de toit peuvent être lues dans les instructions de montage respectives. Pourtant, les étapes essentielles se trouvent dans les images de montage suivantes. Généralement, la plupart du temps, il n est pas possible d éviter un travail de la tuile ; cependant, la tuile ne doit pas être altérée de façon inadmissible. Lors du montage, il faut absolument faire attention qu il y ait, à tous les endroits, un vide d environ 5 mm entre le crochet et la sous-tuile, afin de permettre dans le cas d une sollicitation une déformation élastique. Montage avec des plaques de support en aluminium 2 / 8
4 Vis de fixation Les calculs statiques supposent toujours l'utilisation d'au moins 2 vis par crochet de toit. La profondeur de pénétration recommandée dans le bois est d'au moins 70 mm. Le diamètre minimal des vis est de 8 mm. Ainsi, une dimension des vis de 8x80 est appropriée pour des toitures sans coffrage ; pour des toitures avec coffrage en bois et contre-lattage, il faudrait utiliser 8x120 mm. Les vis peuvent être choisies en qualité galvanisée, si le lieu de montage est fiablement sec et ventilé ou bien s'il n'y a pas d'atmosphère agressive ; sinon, on recommande de l'acier inoxydable. Différents types de vis peuvent être utilisés, pour autant qu'il y ait une homologation de type correspondante. Des vis spax normales ne sont pas autorisées en raison de leur construction. Pour la transmission des forces fiable, les crochets de toit devraient toujours être fixés dans les éléments porteurs du toit (chevrons, pannes). Un accrochage des crochets dans le lattage cloué n'est, en général, pas admissible, car les forces de fixation à transmettre en raison de la succion due au vent ne peuvent pas être vérifiées de façon fiable ici. En ce qui concerne les toitures avec isolation sur toiture, les crochets peuvent, en général, être vissés avec des vis longues dans le chevron (par ex. système Schletter Iso07). En fonction de la structure du toit (latte stable à la pression ou non), la force de compression peut être transmise via des entretoises. Une vis supplémentaire posée et vissée de façon légèrement inclinée transmet les forces de porte-à-faux dans la construction. Système Iso07 5 Dimensionnement statique Afin d'éviter des dommages dus aux charges de neige, il faut absolument veiller à un dimensionnement statique suffisant des crochets de toit. Justement dans le cas de charges de neige, les différences par exemple entre les régions avec des sollicitations normales (par ex. 0,55 à 0,75 kn/m 2 ) et des sollicitations élevées (jusqu'à plus de 5kN/ m 2 dans les sites à altitude plus élevée) sont très importantes. Des solutions sûres et rentables ne peuvent alors être trouvées que si les systèmes de montage et la sous-construction du bâtiment sont adaptés d'une façon optimale. Notamment avec l'introduction de la nouvelle normalisation concernant les charges de vent et de neige (charges de vent selon DIN 1055, partie 4 (03/2005) et Eurocode 1 (06/2002), charges de neige selon DIN 1055, partie 5 (06/2005)), les différences des sollicitations ont considérablement augmenté dans les régions. Dans les zones à charges de neige élevées, il est recommandé d'utiliser de façon générale des crochets sur chaque chevron pour une répartition équilibrée de la charge sur la toiture. Dans le cas de charges de neige importantes, il est conseillé, d une manière générale, d'utiliser des tuiles de remplacement en tôle, car les crochets de toit peuvent, selon le dimensionnement statique, solliciter les tuiles. Répartition de la charge de neige en Allemagne 3 / 8
Le nombre de crochets de toit nécessaires par mètre carré de surface de module figure d'ailleurs dans les grilles de dimensionnement statique. La société Schletter GmbH met à disposition par ex. son service internet de «détermination des charges» fonctionnant sur la base des codes postaux pour fournir les informations y nécessaires concernant les charges de neige et de vent locales. Lors du dimensionnement des nombres de crochets de toit, il faut le cas échéant prendre en considération des rajouts pour les zones de bord et d'angle du toit. Dans les zones de bord, il est conseillé d'utiliser généralement respectivement un crochet de toit sur chacun des deux premiers chevrons afin de compenser l'augmentation de la charge due aux turbulences dues au vent. Explication concernant la répartition des crochets de toit Une toiture inclinée est dimensionnée statiquement comme unité organique ; les charges de service sont transférées dans la charpente du toit par un ensemble de la toiture surfacique. Lors du montage d'une installation PV, la capacité portante de la toiture dans la surface doit persister, car dans l'avenir, le toit devra absorber également en plus de la charge de neige celle de l'installation PV. Notamment dans le cas de sollicitations élevées, les crochets de toit doivent être montés sur chaque chevron, étant donné qu aussi après le montage de l'installation, chaque chevron doit toujours effectuer un support. C'est pourquoi, dans le cas de charges réparties surfaciques élevées, ce n'est pas judicieux de vouloir faire des économies en ne montant un crochet particulièrement stable qu'à tous les deux chevrons. Conseil particulier pour les systèmes modulaires La grande différence parmi les sollicitations pour différents sites (par ex. charges de neige de 0,6kN/m² dans la plaine, jusqu'à 5kN/m² et plus dans des régions avec une altitude encore plus élevée) montre qu'une planification et un dimensionnement professionnels d'un système de fixation doivent toujours s'orienter aux charges locales. Notamment, dans le cas de systèmes modulaires préfabriqués, on n'en tient pas toujours compte. Étant donné qu'un dimensionnement de tous les systèmes réalisé selon le pire des cas et les charges maximales n'est pas rentable, le choix et le dimensionnement des systèmes modulaires doivent se faire donc également en fonction du site d utilisation. Dimensionnement du système Notamment le choix de crochets de toit détermine la capacité portante de l'ensemble du système très essentiellement ; il faut y prendre en considération néanmoins que tous les composants doivent être appropriés pour les sollicitations sur le lieu de montage. Outre les rails, notamment les modules sont déterminants. Les garanties du fabricant ne s'appliquent que si le module est aussi admis dans la méthode de montage choisie pour les sollicitations sur place (voir aussi Montage de modules Conseils généraux). 4 / 8
Montage de crochets de toit Conseils généraux 6 «Tangence» du crochet de toit La supposition qu'il n'y ait jamais de tangence entre le crochet de toit et la tuile est un malentendu très répandu lors du choix de crochets de toit d'après des grilles statiques, pour autant qu'il ait été sélectionné d'après les grilles du fabricant respectif et les sollicitations actuelles. En tenant compte des charges de neige extrêmes se présentant dans des régions individuelles, ceci n'est généralement pas possible. Il faut y mentionner cependant également que les calculs de structures tiennent compte des charges de neige maximales se présentant statistiquement une fois dans 50 ans. Les programmes de statique et les grilles de nombreux fabricants tolèrent pour cette raison «tacitement» la tangence du crochet de toit aux tuiles ; l'installateur n'en prend néanmoins la plupart du temps pas connaissance. Notamment lors d'une répartition des crochets de toit défavorable, il peut ainsi y avoir la naissance de transmissions de charge complètement non admissibles pour les tuiles sous-jacentes pouvant provoquer inévitablement des tuiles cassées sous sollicitation. Afin de mettre à disposition du planificateur d'installations professionnel toutes les données nécessaires de manière transparente, les statiques de crochets de toit de la société Schletter GmbH présentent la situation pour les deux cas. Les crochets de toit peuvent par ex. être trouvés «avec tangence» dans la grille ou être calculés dans le programme spécial. Au cas où un contact de la tuile devrait néanmoins être évité également sous des charges extrêmes sans équivoque, on peut trouver les valeurs nécessaires dans la grille «sans tangence». Bien sûr, dans ce cas, une quantité de crochets de toit plus élevée et répartis de façon plus dense et, en général, un type de crochet de toit plus stable sont nécessaires. Lors de toutes les sollicitations se présentant, le crochet ne se déforme alors que de façon élastique et se détend lors d une décharge pour retourner dans l'état de départ. Rapid2+ 45 Rapid2+ 45V 101001-000 101001-001 Grille de crochets de toit «sans tangence» Rapid2+ 45 Rapid2+ 45V 101001-000 101001-001 Grille de crochets de toit «avec tangence» Possibilité de choix «tangence» dans le programme de calcul System PP Mönch Nonne 109004-000 109005-000 Indications supplémentaires pour les grilles «avec tangence» Votre contact en France : Schletter France SARL, Tél. : +33 472 023 030, Fax : +33 472 023 026, E-mail : info@schletter.fr 5/8
Le choix du nombre et du type des crochets de toit dépend évidemment aussi d'aspects économiques. Ainsi, une tangence éventuelle des crochets de toit aux tuiles est souvent acceptée par les entreprises d'installation également en raison de bonnes expériences gagnées dans la pratique. Ceci est aussi partiellement justifié par la norme DIN EN 1034 qui autorise la vérification d'une certaine capacité portante pour des tuiles à l'état neuf. En fin de compte, c'est au planificateur de l'installation de prendre la décision. Les garanties des fabricants de systèmes de fixation ne peuvent s'appliquer bien sûr que si les directives indiquées sont respectées. Dans la pratique, il faudrait prendre en considération que la capacité portante de tuiles ayant vieilli est souvent fortement réduite. Par contre, dans le cas de tuiles en béton, le risque de rupture à l'état neuf est plus élevé, étant donné que le béton possède un comportement de durcissement par vieillissement de très longue durée. 4.4.2 Résistance à la fl exion EN 1304:2005 (D) Les critères de résistance à la fl exion ne peuvent pas être appliqués aux tuiles de forme. Les éprouvettes sont considérées comme satisfaisantes si elles ne subissent pas de rupture lors de la vérifi cation selon EN 538 avec la soumission à la sollicitation minimale suivante : 600 N pour des tuiles plates (tuiles «queue de castor») ; 900 N pour des tuiles à emboîtement avec surface visible plaine ; 1000 N pour tuiles moine/nonne ; 1200 N pour les autres tuiles. Capacité portante de tuiles de forme selon DIN EN 1304 Notamment dans des zones avec des charges de neige élevées, la tangence des crochets de toit aux tuiles ne doit être tolérée dans la planification que si des dommages consécutifs à la toiture ne peuvent pas en résulter. On peut réaliser cela en général par le montage d'une tuile de remplacement en tôle en dessous du crochet de toit à cet endroit. En calant des lattis ou des planches épaisses appropriés, il faut assurer que cette «tuile» ne soit pas non supportée, mais qu'elle puisse s'appuyer à la construction de toiture en cas de sollicitation. De plus, il est nécessaire, notamment dans de tels cas de sollicitation élevée, de monter un nombre suffisant de crochets de toit et de transmettre les charges ainsi avec une répartition équilibrée dans la toiture. Dans les images suivantes, est présenté un exemple de montage pour un montage avec des tuiles en tôle. 6 / 8
7 Matériaux de crochets de toit Pour les crochets de toit, on utilise toujours différents matériaux avec différentes caractéristiques : Acier galvanisé Les aciers galvanisés d'une qualité appropriée sont bien appropriés pour être utilisés comme crochets de toit. Il faut cependant prendre en considération que seulement une galvanisation à chaud est autorisée pour cette utilisation à l'extérieur conformément aux normes. Aluminium De par un façonnement approprié, l'aluminium peut être très bien optimisé pour les sollicitations se présentant. Les coupes transversales des étriers limitées en raison de la couverture de tuiles sont néanmoins toujours problématiques. Acier inoxydable 1.4301 ou qualité supérieure L'acier inoxydable 1.4301 (également V2A) a de très bonnes caractéristiques dans la production (bien soudable, rigide, élastique, bonne ductilité) et aussi dans l'utilisation, notamment en raison du bon comportement à la corrosion. Le comportement de sollicitation et de rupture favorable est pourtant une caractéristique statique très essentielle. Alors que par ex. un crochet en aluminium avec un dimensionnement statique conforme aux règles est défini très près de la limite de rupture, un crochet en acier inoxydable a, comparé à tous les autres matériaux, une réserve multiple jusqu'à la limite de rupture. Ces grandes réserves dans le dimensionnement pourraient devenir très importantes notamment en ce qui concerne la résistance au vent des installations lors de changements climatiques ultérieurs. Seulement l'acier inoxydable 1.4301 possède un agrément technique (Z-30.3-6). Acier inoxydable 1.4016 ou similaires Cet acier inoxydable est souvent utilisé en raison du prix inférieur pour les crochets de toit. «Difficile à souder», «non très ductile», «non approprié pour l'utilisation à l'extérieur» (de : caractéristiques de matériaux VA) sont cependant des conditions seulement conditionnellement utilisables pour l'utilisation. Il manque un agrément technique. 7 / 8
8 Étanchéité de la toiture Dans ce document, on a déjà plusieurs fois fait référence au fait que, en raison des nombreux différents corps d'état (installation PV, toiture, installation CA, protection contre la foudre etc.), l'installateur d'une installation assume, en règle générale, un risque très élevé et qu'il est, dans de nombreux points, dans l'obligation de garantie par rapport au client. Dans ce contexte, il faut aussi faire référence encore une fois à l'étanchéité de la toiture : lors du montage de crochets de toit, sont créés, même lorsque toutes les règles sont respectées, pourtant de nombreux points faibles potentiels susceptibles de causer des problèmes notamment dans le cas de toitures très plates. C'est pourquoi il convient de savoir que les fabricants de tuiles ne garantissent qu'une très faible étanchéité en cas d'inclinaisons de toiture plates! Les indications suivantes fournies à titre d'exemple par un fabricant renommé de tuiles devraient aider à identifier des problèmes : Tuiles à emboitement elles sont en général recommandées jusqu'à une inclinaison minimum de 30 degrés elles ne sont recommandées qu'exceptionnellement jusqu'à une inclinaison minimum de 24 degrés (écran de sous-toiture étanche, le cas échéant collé) Tuiles pour toiture plate MZ3 elles sont en général recommandées jusqu'à une inclinaison minimum de 22 degrés elles ne sont recommandées qu'exceptionnellement jusqu'à une inclinaison minimum de 16 degrés (écran de sous-toiture étanche, le cas échéant collé) Tuiles queue de castor comme tuiles à emboîtement Tuiles en béton «Frankfurter Betonpfanne» comme MZ3 Dans le cas de toitures très plates, il faut, pour cette raison, recommander à l'installateur, de faire référence, par voie contractuelle, à ces problèmes potentiels d'étanchéité. 9 Résumé Bien que la photovoltaïque soit utilisée depuis déjà de nombreuses années à grande échelle, il y a toujours de nombreux points qui ne sont souvent pas maniés de façon suffisamment professionnelle notamment concernant les questions simples de montage et d'adaptation à la toiture. Un accord intensif entre les fabricants des différents corps d'état (modules, systèmes de montage etc.) et un transfert des informations conséquent aux installateurs sous forme de documentations, de formations etc. aideront néanmoins à servir ici un marché à long terme dans une relation de partenaires et de faire avancer ainsi conjointement le tournant énergétique le mieux possible. Schletter GmbH, 2012, I400122FR, V3 8 / 8