Les toitures étanchées sur bacs acier s`adaptent à la RT 2012

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DO S S IER
b a sse co nso m m at i on
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01
A c ier
Les toitures étanchées sur bacs acier
s’adaptent à la RT 2012
Augmenter les épaisseurs d’isolant ne suffit pas à répondre
aux exigences de la RT 2012. Sur acier plus que sur béton,
le traitement des points singuliers et des liaisons reste la clé pour
atteindre les niveaux de performance du BBC.
A deli n e D io n isi
C
ommerces, gymnases,
aéroports, salles de sport,
locaux à usages industriel et artisanal… : depuis le
1er janvier 2013, ces bâtiments
n’échappent plus à l’application
de la RT 2012. Leurs caractéristiques thermiques et les exigences
de performance énergétique qui
leur sont applicables sont désormais définies dans l’arrêté du
28 décembre 2012. Autre point
commun entre ces différentes
catégories de constructions : un
recours fréquent à l’acier tant en
structure qu’en toiture-terrasse.
Jusque-là plutôt épargné, l’ouvrage en métal doit donc lui aussi
aujourd’hui justifier de meilleures
performances énergétiques.
A c ier et B B C : c ’ est p ossible !
D’une manière générale, l’entrée en vigueur de la RT 2012
a posé une question fondamentale aux constructeurs : les bâtiments métalliques et leur mode
constructif sont-ils en mesure
d’atteindre les niveaux de performance du BBC ? Pour y répondre,
le CTICM avec le CSTB associé
notamment aux entreprises Smac
et Soprema, dans le cadre du
projet Prebat-Acieco, ont mené
une série de diagnostics et de
modélisations sur un échantillon
de bâtiments existants. Des travaux qui ont conduit à la mise
au point et à la construction d’un
bâtiment tertiaire de 600 m²
(agence de Soprema Entreprises
de Rennes), avec charpente, bardage et toiture en acier, affichant
une consommation inférieure à
l’objectif BBC (43 kWhep/m² par
an) largement compensée par
une production photovoltaïque
en toiture. Au-delà de cette expérience, ces études ont mis en évidence le principal enjeu auquel
doivent répondre ces ouvrages :
la maîtrise des points singuliers
à tous les niveaux - thermique et
perméabilité à l’air - et à toutes
les étapes du projet : conception,
croquis et exécution. Les façades
sont certes les premières concernées mais les liaisons toiture/
bardage au niveau des acrotères
font partie des points à traiter.
« Le fait que les toitures-terrasses
avec élément porteur en tôles
d’acier nervurées soient économiques ne les rend pas pour
autant antinomiques avec la RT
2012 », souligne Denis Lehnen,
directeur technique de Soprema
Entreprises. Leurs performances
thermiques peuvent être significativement améliorées en augmentant les épaisseurs d’isolant.
Une tendance qui se confirme
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D OSSIER
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© Knauf
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sur le marché comme l’explique
Dominica Lizarazu, directrice
marketing chez Isover : « Sur certains chantiers, on nous demande
parfois jusqu’à 300 mm d’épaisseur. La moyenne se situe entre
140 ou 160 mm alors qu’avant
2011, on dépassait rarement
120 mm ». Le principe constructif et la logique économique des
ouvrages en acier limitent toutefois les tentations de surisolation.
L’enjeu pour la maîtrise d’œuvre
est avant tout de déterminer le
bon rapport entre charge rapportée et performance thermique.
« Les charpentes en acier ne sont
pas conçues pour recevoir des éléments trop lourds, rappelle Alain
Blotière, directeur technique de
Siplast-Icopal. Les surcharges
d’isolant seront donc impérativement intégrées dans les calculs
de conception de la structure porteuse ». Or, « le surinvestissement
n’est pas toujours nécessaire,
ni rentabilisé thermiquement »,
affirme Stefano Millefiorini,
manager de la division Energy
Design Center chez Rockwool,
département récemment créé par
le fabricant pour accompagner
les équipes projet dès la phase
conception du bâtiment. Car
dépassé un certain niveau, augmenter l’épaisseur d’isolant ne
fait plus guère progresser la performance thermique de l’ouvrage
tout en faisant grimper inutilement la facture.
Po n ts t h er m i q u es
de f i x atio n s : u n e p rise e n
c o m p te i n dis p e n sable
Sur acier comme sur béton, la
qualité de mise en œuvre reste
le principal garant de la performance thermique de la toiture.
« Le plus grand soin doit être
accordé à la découpe de l’isolant
afin d’éviter les jeux entre panneaux », rappelle Gérard Persuy,
chef de marché isolation et étanchéité des toitures chez Knauf.
Mais côté mise en œuvre, la
véritable nouveauté vient des
ponts thermiques. Le premier
changement touche les déperditions ponctuelles générées
par les fixations mécaniques des
complexes. Leur prise en compte
dans les calculs réglementaires
est normalement obligatoire
depuis la RT 2000. Dans la réalité
01
De nombreux bâtiments
commerciaux, industriels, logistiques
et de loisirs sont en acier.
toutefois, ces valeurs étaient
rarement intégrées en raison
du faible impact de ces déperditions au regard des exigences
de la réglementation. Avec la RT
2005 et les renforcements de la
RT 2012, il n’est évidemment plus
envisageable de passer à côté de
ces questions. D’autant plus que
le CTSB a publié en 2011 des
valeurs pré-calculées de coefficients de ponts thermiques (W/K)
pour les attelages en fonction du
diamètre de l’élément de liaison.
Par ailleurs, ces données ont été
reprises dans le fascicule 4 des
Règles Th-U qui fournit également des valeurs de Delta U (W/
(m2.K)) selon la densité de
Isolation des bacs acier
longue portée
La mise en œuvre de l’isolant sur des bacs acier dont l’ouverture haute des
vallées est supérieure à 70 mm ne nécessite pas de précautions particulières.
La spécificité réside dans le choix de l’isolant qui, comme le confirme Gérard
Persuy, « doit avoir une résistance mécanique suffisante lorsque les intervenants
marchent en bordure des panneaux positionnés en porte-à-faux au-dessus
des nervures. » Chaque matériau est spécifique et le DTA de l’isolant précise
les conditions d’utilisation. « Ceci doit aussi être vérifié pour la seule première
couche d’isolant lorsque deux lits sont prévus », souligne Lise Boussert.
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D OSSIER
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© Knauf
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Combiner un écran thermique en laine de roche et un lit d’isolant en mousse
plastique permet d’allier comportement au feu, performance thermique et
limitation de la surcharge.
© Recticel
03
Les augmentations des épaisseurs d’isolant sont parfois telles qu’un seul lit ne
suffit pas.
Isolation : le marché s’ouvre
aux procédés mixtes
Autre conséquence de l’augmentation des exigences thermiques : l’accélération
de l’ouverture du marché de l’isolation sur bacs acier à des solutions telles que
le polystyrène et le polyuréthane. « Depuis la RT 2005, les mousses plastiques
se développent, remarque Alain Blotière. En effet, ces matériaux combinent
pouvoir isolant et légèreté ». Le créneau reste toutefois encore largement
dominé par les laines minérales en raison de leurs classements au feu.
De fait, les tôles d’acier nervurées ne sont pas considérées par la
réglementation comme une barrière étanche au flux thermique et aux
produits de dégradation ou de combustion d’un isolant combustible
thermodurcissable ou fusible (effluents gazeux, matière fondue). Résultat,
elles doivent généralement se conformer à des dispositions constructives
plus strictes vis-à-vis de la sécurité au feu intérieur. C’est vrai pour certaines
catégories de bâtiments d’habitation, les immeubles de grande hauteur
(IGH), les installations classées pour la protection de l’environnement (ICPE)
ou encore les établissements recevant du public (ERP). Pour ces derniers, la
modification de l’article AM8 du Règlement de sécurité a permis, en 2004,
de définir les critères d’emploi des isolants combustibles, y compris sur bacs
acier. Principale condition à respecter : mettre en place un écran thermique.
D’où le développement ces dernières années de procédés mixtes associant
un isolant d’origine organique formant écran, généralement en laine de roche
ou en perlite, à un deuxième lit d’isolation. Par ailleurs, l’article AM 8 prévoit
la possibilité de dérogations à ces dispositions sur avis de la Commission
centrale de sécurité et sur la base d’un rapport établi par un organisme tiers
indépendant. Jusqu’à présent, seul un isolant en mousse PIR supprimant l’écran
thermique a obtenu un avis favorable pour certaines catégories d’ERP et dans
des conditions précises. Le DTA du produit est en cours de modification. Dans
tous les cas, les maîtres d’œuvre devront également s’assurer que le système
retenu (isolant et complexe d’étanchéité) répond également, le cas échéant,
aux règles relatives au feu venant de l’extérieur (classement B-roof).
fixations au mètre carré. Ces
ponts thermiques peuvent toutefois être facilement limités en
ayant recours à des attelages avec
rupteur. Ces derniers se présentent sous la forme de fût plastique
dans lequel est intégrée la vis
métallique. Ils peuvent atteindre
200 mm de longueur pour des
complexes jusqu’à 450 mm
d’épaisseur et avec une valeur
de pont thermique de l’ordre
de 0,0014 W/K. Soit un coefficient cinq fois inférieur aux
attelages classiques. « En cas de
très forte épaisseur, ces dispositifs sont fortement recommandés
pour conserver une certaine cohérence du système », ajoute Michel
Piquet, responsable technique
chez Recticel.
Pour aller plus loin, certains
industriels proposent des solutions complètes (pare-vapeur,
isolant et étanchéité) sans
aucune fixation et spécifiquement
dédiées aux éléments porteurs
en acier. La mise en œuvre de
ces complexes s’effectue généralement par collage à froid et
auto-adhésivité. « Avec un tel
système, le gain sur l’épaisseur
d’isolant peut aller jusqu’à plus de
20 % par rapport à une solution
classique fixée mécaniquement »,
note Laurent Joret, directeur
technique de Soprema. « Ce procédé intéressant thermiquement
doit cependant faire ses preuves
à l’échelle du chantier. Les pratiques du collage et de son dosage
sont bien moins familières aux
poseurs que celles de la fixation
mécanique », précise Dominique
Royer, directeur technique de
Smac.
L es liaiso n s p é ri p h é ri q u es
da n s le c olli m ate u r
Deuxième catégorie de déperditions à traiter : les ponts thermiques de liaison, principalement
au niveau des costières. Pour ces
ouvrages, pas de solution toute
faite. « La jonction entre le bardage
et la toiture reste compliquée à
gérer », souligne Mathieu Biens,
responsable du département
développement chez Rockwool.
Par conséquent, « il faut adapter la solution à la performance
recherchée, sachant que plusieurs
peuvent convenir pour aboutir au même résultat », ajoute
Dominique Royer. Dans sa partie
6.5.5, le DTU 43.3* renvoie
aux documents particuliers
du marché qui « peuvent prévoir
une isolation des costières ou un
calfeutrement entre la costière et
la paroi verticale ». Il s’attarde un
peu plus longuement sur le mode
de fixation de l’isolant : collage ou
fixations mécaniques seules pour
les relevés de 30 cm ou fixations
mécaniques exclusivement entre
30 et 60 cm de hauteur de relevé.
Quant aux règles Th-U, elles ne
fournissent pas de dispositions
constructives à proprement parler. La version 2012 a toutefois
mis à jour ces valeurs de ponts
thermiques entre toiture étanchée
et bardage double peau en acier.
Elle intègre de nouvelles données
pour des systèmes à isolation renforcée comprenant notamment
un complément d’isolant le long
de la costière et la mise en place
d’une première couche rainurée
dans les plateaux de bardage.
Selon la configuration retenue,
les règles présentent des coefficients de transmission variant
de 0,40 à 0,19 W/(m.K). Au sein
de la CSFE, un groupe de travail
s’est emparé du sujet. Après un
premier document consacré à
l’isolation des éléments porteurs
en béton, il devrait prochainement publier un guide de recommandations dédié aux ouvrages
métalliques. « En attendant, pour
chaque chantier, il est conseillé de
fournir un croquis d’exécution le
plus précis possible au bureau de
contrôle pour validation », souligne Michel Piquet.
L a n ter n ea u x
Les lanterneaux constituent un
point singulier de nature différente car, comme le rappelle
Dominique Royer, « il s’agit d’un
ouvrage entier ». De par leurs
fonctions de désenfumage et
d’éclairage, ils peuvent constituer une proportion importante
de la surface de la toiture. Pour
faire face à la RT 2012, les fabricants se sont engagés dans
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Impact des ponts thermiques de fixation
dans le calcul du Up
C’est désormais une obligation : les déperditions thermiques générées par les fixations doivent être intégrées dans
les calculs réglementaires de la RT 2012. Longtemps négligés, ces ponts thermiques peuvent impacter de manière
significative la performance globale d’une toiture ou l’épaisseur d’isolant comme le montrent les deux tableaux
ci-dessous.
Les hypothèses prises pour les calculs sont :
- Un isolant de lambda = 0,039 W/(m2.K) avec une fixation par panneau de 1 200 x 1 000 mm,
- Un pont thermique ponctuel de fixation standard égal à 0,006 W/K,
- Un pont thermique ponctuel de fixation avec rupteur égal à 0,0014 W/K,
- Une étanchéité bicouche traditionnelle.
Exemple 1 : Up = 0,22 W/(m2.K)*
Source : Soprema
Nombre de
Épaisseur
fixations par m2 nécessaire de
l’isolation avec
des fixations
standard (mm)
Up =
0,22 W/(m2.K)
4
5
6
7
Exemple 2 : Up = 0,18 W/(m2.K)*
195
205
210
215
4
5
6
7
Gain sur
l’épaisseur
de l’isolation
nécessaire avec
des fixations à
rupture de pont
thermique (mm)
175
175
180
180
20
30
30
35
Épaisseur
nécessaire de
l’isolation avec
des fixations à
rupture de pont
thermique (mm)
Gain sur
l’épaisseur
de l’isolation
nécessaire avec
des fixations à
rupture de pont
thermique (mm)
215
215
220
220
30
45
50
60
Épaisseur
nécessaire de
l’isolation avec
un complexe
d’étanchéité
(isolant
+ membrane)
sans fixation (mm)
170
170
170
170
Gain sur
l’épaisseur de
l’isolation avec
un complexe
d’étanchéité
(isolant
+ membrane)
sans fixation (mm)
25
35
40
45
Épaisseur
nécessaire de
l’isolation avec
un complexe
d’étanchéité
(isolant
+ membrane)
sans fixation (mm)
205
205
205
205
Gain sur
l’épaisseur de
l’isolation avec
un complexe
d’étanchéité
(isolant
+ membrane)
sans fixation (mm)
40
55
65
75
Source : Soprema
Nombre de
Épaisseur
fixations par m2 nécessaire de
l’isolation avec
des fixations
standard (mm)
Up =
0,18 W/(m2.K)
Épaisseur
nécessaire de
l’isolation avec
des fixations à
rupture de pont
thermique (mm)
245
260
270
280
* Les valeurs présentées dans ces deux tableaux sont données à titre d’exemple. Il s’agit de valeurs approchées. En tout état de cause, les calculs doivent être
effectués selon la Réglementation thermique.
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« En cas de très fortes épaisseurs d’isolant, les fixations à rupteur de
ponts thermiques sont fortement recommandées pour conserver la
cohérence du système ».
e n q u estio n
Dans le neuf, les bâtiments
métalliques construisent progressivement leurs réponses
aux exigences de la RT 2012.
Les industriels ont mis au
point des solutions spécifiques.
Parallèlement, les organisations
professionnelles travaillent à la
normalisation de ces nouvelles
dispositions. Dans l’existant
en revanche, les perspectives
sont plus floues. La principale
contrainte à prendre en compte
lors de la rénovation relève de la
capacité portante des bacs et de
la charpente. Calculée en fonction d’apports de charges définis à l’origine, avec une marge
d’évolution souvent très limitée,
elle ne peut être augmentée sans
un renforcement de la structure.
Avec à la clé, un coût souvent
inacceptable pour le maître
d’ouvrage. Ce qui limite, de fait,
les possibilités de surisolation.
Pour l’heure, les exigences de la
RT pour les bâtiments existants
restent peu contraignantes en cas
de rénovation. Mais les enjeux
04
énergétiques posent désormais
la question de l’avenir de ces
ouvrages métalliques généralement peu performants au plan
thermique et particulièrement
difficiles à mettre à niveau. l
04
La laine de roche présente de bonnes
performances de résistance au feu et
d’isolation acoustique.
05
* Mise en œuvre des toitures en tôles
d’acier nervurées avec revêtement
d’étanchéité
05
Bâtiments économiques, les
ouvrages en acier n’en sont pas
moins compatibles avec la RT 2012.
« Il y a deux natures de performances
acoustiques : la limitation de la
réverbération du son à l’intérieur du
bâtiment (absorption acoustique)
et la réduction de la transmission
du bruit à travers la paroi (isolation
acoustique) dans un sens ou dans
l’autre », rappelle Dominique Royer,
directeur technique de Smac. Dans
les deux cas, « les isolants de synthèse
ne sont pas adaptés. L’absorption
est gérée grâce à la perforation des
tôles et le recours à un isolant fibreux.
Pour l’isolation, les conceptions de
parois sont très variables en fonction
du type de performance recherchée,
mais l’emploi d’isolants fibreux reste
toujours la meilleure solution. »
© Soprema
L a r é n o vatio n de l ’ e x ista n t
Les performances
acoustiques
également
concernées
© Rockwool
une vraie réflexion autour
de leurs produits. Les progrès
réalisés en matière d’isolation
des costières de ces fenêtres de
toit en réduisent les déperditions
thermiques (voir Étanchéité.Info
n° 37). Quant aux évacuations
d’eaux pluviales par l’intérieur,
elles constituent « une source
importante de déperditions thermiques et de risques de condensation le long de la colonne. On
leur préfère une évacuation par
l’extérieur (déversoirs et boîtes à
eau) », explique Denis Lehnen.
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RT 2012
Bacs acier et étanchéité à l’air : les liaisons
sensibles
Sujet nouveau et complexe pour le monde de la construction acier,
le traitement de l’étanchéité à l’air fait encore l’objet de discussions
entre industriels et entreprises. En attendant des recommandations
générales, chaque acteur doit élaborer ses propres solutions.
dentifier les liaisons sensibles
et proposer un traitement
adapté au principe constructif
retenu, informer les professionnels
intervenant sur le chantier sur la
façon dont elles doivent être traitées… » Les termes utilisés par le
législateur pour évoquer l’enjeu de
l’étanchéité à l’air révèlent à eux
seuls la complexité du sujet. Dès
les premières discussions autour
de la RT 2012, la question de la
perméabilité à l’air des bâtiments
en acier a été identifiée comme l’un
des points faibles de ces ouvrages.
Les bardages double peau sont
les premiers concernés mais les
systèmes de bacs acier étanchés
nécessitent également de modifier
les pratiques de mise en œuvre.
« Par nature, la façon de construire
ce type de toiture crée des passages
d’air, notamment en périphérie, à la
jonction toiture/façade », explique
Alain Blotière, directeur technique
de Siplast-Icopal.
Cas par c as
Aucune recommandation professionnelle n’a été éditée à ce jour.
« Au sein de la CSFE, un groupe de
travail planche sur la question afin
de mettre en lumière les solutions
les plus efficaces », rappelle Lise
Boussert, déléguée technique au
sein de la chambre syndicale. Sur le
terrain, les professionnels agissent
au cas par cas.
Certains, comme Soprema ou
Siplast-Icopal, préconisent la
mise en place systématique d’un pare-vapeur
support de l’isolant. « Ce
dernier est obligatoire
pour les bâtiments à forte
hygrométrie. La technique
est donc largement éprouvée et ne nécessite pas de
formation complémentaire
pour les intervenants.
Généraliser son usage
permet de traiter systématiquement la problématique d’étanchéité à l’air,
sans prendre de risque au
niveau de la condensation.
Une légère condensation
01
était acceptable dans les
anciens complexes faiblement isolés, mais ne l’est
plus dans les nouveaux complexes fortement isolées »,
argumente Denis Lehnen,
directeur technique de
Soprema Entreprises. Un
avis partagé par Alain
Blotière : « Certaines précautions de mise en œuvre
sont nécessaires. Le pare-vapeur doit
être continu et raccordé aux autres
ouvrages en périphérie. » Dans
cette optique, Soprema a conçu
un système spécifique de gestion de
l’étanchéité à l’air traitant notamment la jonction entre la toiture et
la façade tout en tenant compte de
la forte dilatation de l’acier. Pour
Denis Lehnen, il existe toutefois un
point de blocage : le coût. « Les prix
des complexes sur bacs acier sont
bas car l’image et les fonctionnalités
de ce type de bâtiment ne sont pas
assez valorisées. Par conséquent,
l’ajout d’un élément à ces systèmes
est souvent perçu comme un surcoût inacceptable. Pourtant, on y
gagne nettement en performance
thermique et durabilité. »
D ’ a u tres sol u tio n s …
© Soprema
I
«
02
© Soprema
40
01
Le pare-vapeur est une des solutions
possibles pour le traitement de
l’étanchéité à l’air des toituresterrasses en acier.
02
La jonction entre la toiture et la
façade est l’un des principaux points
singuliers à traiter.
Le recours à un pare-vapeur ne
s’est toutefois pas imposé comme
la solution miracle. « Il peut en effet
être utile mais nous ne disposons
pas de données chiffrées étayant
ce positionnement. Sa nécessité
reste à valider », nuance Stefano
Millefiorini, manager de la division Energy Design Center chez
Rockwool. Pour d’autres, le recours
à un pare-vapeur n’est pas indispensable. « Sa fonction première
est d’empêcher les phénomènes de
condensation dans l’isolant pour
garantir la tenue de ce dernier dans
le temps, précise Dominique Royer,
directeur technique de Smac, qui
propose également des solutions
spécifiques en la matière. C’est
effectivement une des possibilités
mais d’autres techniques existent. »
À commencer par les membranes
d’étanchéité elles-mêmes qui
peuvent assurer une fonction de
perméabilité à l’air, avec l’insertion
possible d’un écran d’étanchéité à
l’air entre deux couches d’isolant.
Le problème principal restant le
traitement des jonctions aux points
singuliers. l