Isolation thermique et étanchéité d`une toiture plate

E T
É T A N C H É I T É
D ’ U N E
T O I T U R E
P L A T E
CAS DU COLLÈGE SAINT-LOUIS À WAREMME
RESPONSABLES
ENERGIE
Energie
L
a réfection d'une toiture plate dégradée ou la
réalisation d'un nouveau complexe de toiture
est une question importante qui se pose pour
de nombreuses institutions, en particulier les écoles
et qu'il est indispensable de mener à bien.
En effet, la détérioration d'une toiture peut causer
des dégâts graves. Sa réfection, qui nécessite souvent un budget important, peut être l'occasion
d'aborder les problèmes avec une vision globale :
☛
assurer l'étanchéité du bâtiment et
empêcher les dégats éventuels des infiltrations
☛
améliorer le confort thermique et même
acoustique des locaux
☛
diminuer la facture énergétique du bâtiment
☛
respecter les impératifs budgétaires
L'exemple du collège Saint-Louis à
Waremme montre que la réfection et
l'isolation de la toiture peuvent
permettre de franchir une étape
importante vers une utilisation plus
rationnelle de l'énergie.
C'est en tout cas l'expérience qu'a réalisée Mr
JAMAER, économe du collège Saint-Louis, et qui
sera notre fil conducteur.
D G T R E
ÉTUDE DE CAS
I S O L A T I O N
T H E R M I Q U E
Sommaire
CHAPITRE 1
La situation existante
page 2
Les constituants du toit plat
Forces en présence et objectifs
CHAPITRE 2
Toitures plates : les techniques disponibles
page 8
Types de toitures
Les membranes d’étanchéité
Les matériaux d’isolation
Une autre technique
CHAPITRE 3
Décision et remise de prix
page 17
Cas d’un toit non isolé
Cas d’une toiture froide
Cas d’une toiture chaude/inversée
La toiture verte
CHAPITRE 4
Le chantier
page 24
Pente de la toiture
Pare-vapeur
Couche d’isolation
Couche d’étanchéité
CHAPITRE 5
Les résultats obtenus
page 33
CONCLUSION
ET ANNEXES
page 36
Petit lexique
Adresses utiles
1
e Collège St-LOUIS à WAREMME fait partie du Centre
Scolaire Libre de WAREMME, centre rassemblant une
école maternelle, une école primaire et une école secondaire. C'est au bâtiment qui abrite l'école secondaire
que nous allons nous intéresser plus particulièrement,
les autres bâtiments, beaucoup plus récents, ne présentant pas les mêmes problèmes.
CHAPITRE I
L
?
La Situation existante
Constitué d'un volume parallélipipédique comportant
un rez et trois étages, le bâtiment principal a été
construit en 1966. Réalisé selon les techniques en usage
à l'époque, son toit plat est recouvert d'une membrane
d'étanchéité posée sur un béton de pente, lui-même mis
en place sur la structure portante en béton armé de la
toiture. Cette membrane d'étanchéité est protégée par
une couche de graviers roulés d'une épaisseur de 50
mm environ. Le toit concerné, d'une surface totale de
810 m2, est situé 16 m plus haut que le niveau du rezde-chaussée.
Malgré plusieurs réparations ponctuelles, l'étanchéité de
cette toiture n'est plus totale et les infiltrations d'eau,
assez fréquentes, rendent parfois plusieurs locaux inutilisables ...
QUE FAIRE ?
Mr JAMAER, en poste depuis septembre 1993, sait qu'il
ne peut laisser les choses se dégrader. Il est conscient
que l'isolation thermique du bâtiment est quasi inexistante et peut être améliorée. Encore faut-il être assuré de
"récupérer sa mise" dans un délai raisonnable. Il se
demande comment réagir et par quel bout aborder ce
problème plus complexe qu'il n'y paraît au premier
coup d'oeil...
Il a alors l'occasion d'en discuter avec Mr Pascal ONS de
l'Institut WALLON qui visite l'établissement dans le cadre
du programme URE (Utilisation Rationnelle de l'Energie).
Celui-ci propose son aide et, surtout, renforce Mr
JAMAER dans son intention de réagir par une intervention en profondeur.
Mais avant de parler des remèdes, nous allons d’abord
présenter succintement les éléments constitutifs du toit
plat, puis nous attarder quelques instants sur les forces
en présence et sur les objectifs que toute bonne réalisation doit permettre d'atteindre.
2
aurait pour conséquence d'humidifier le bois et de le
rendre par conséquent plus sensible aux attaques
des xylophages et champignons. Dans ces structures,
le choix des panneaux-supports est très important :
ils doivent être parfaitement adaptés à cet usage
Les constituants
du toit plat
;;
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;;;;;;;
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;
c'est à dire repousser l'humidité et ne pas la
transmettre aux éléments porteurs.
Schéma de principe
EXTÉRIEUR
1
2
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3
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4
5
INTÉRIEUR
1
Isolation
2
Membrane d'étanchéité
3
Forme de pente
4
Structure portante (ici en béton)
5
Plafond
◆
Sous la structure portante, il y a le plafond.
Selon les cas, celui-ci peut être constitué simplement
de la sous-face de la structure portante ou consister
en une couche supplémentaire, suspendue ou non à
cette structure portante. Le rôle du plafond est
essentiellement esthétique. Parfois, les matériaux
utilisés ont une fonction acoustique ou encore
thermique.
◆
Sur la structure portante, il y a d'abord la
forme de pente. Celle-ci, parfois inexistante si la
structure portante est elle-même en pente, peut être
réalisée de diverses manières. Son rôle, parfois sousestimé, est pourtant très important car il ne faut
pas oublier qu'une bonne toiture doit éviter toute
stagnation d'eau et évacuer l'eau reçue rapidement.
◆
Il y a tout d'abord la structure portante, aussi
appelée charpente ou support. Plusieurs matériaux
peuvent être utilisés dans le cas des toitures plates :
◆
le bois, le béton armé ou le métal. Outre la
plus en plus souvent, une couche d'isolation
distinction selon le matériau employé, la structure
thermique. Nous verrons au chapitre 2 que la
peut aussi être répartie en deux grandes familles :
position respective de ces deux éléments peut varier
les structures légères (à faible inertie thermique) et
selon la technique choisie.
Enfin, il y a la membrane d'étanchéité et, de
les structures lourdes (à forte inertie thermique).
A côté de ces couches qui forment la base de toute
toiture plate, il y a tous les ouvrages annexes tels
que les avaloirs, les tuyaux de descente, les lanterneaux, les cheminées, les acrotères, les rives... Sous
peine de catastrophe, il faut apporter à leur réalisation le même soin que celui accordé à la mise en
place des différentes couches de base !
De manière générale, la contribution de la structure
portante à l'isolation thermique du bâtiment est très
faible. La seule exception est le cas des dalles ou
hourdis en béton léger (béton cellulaire).
Nous pourrions aussi vous parler d'applications particulières telles que la toiture-parking, la toiture jardin ou la toiture-terrasse. Ce n'est pas l'objet de la
présente étude de cas mais il faut savoir que,
moyennant le choix des matériaux adaptés et une
mise en oeuvre très soigneuse, les techniques du
toit plat permettent de réaliser ce genre de support.
Les structures réalisées en bois doivent être
particulièrement protégées. Les bois mis en oeuvre
doivent être traités de manière efficace contre les
xylophages et les champignons. Il faut aussi veiller à
éviter toute condensation dans ce support car elle
3
25 °C en été (températures moyennes). Ces températures de l'air peuvent se traduire au niveau d'une
membrane d'étanchéité par des températures
variant entre - 40 °C et + 90 °C. Ces variations de
température, surtout lorsqu'elles sont brusques,
sont une cause possible d'altération des toitures
plates.
?
Forces en présence et
objectifs
La fonction primordiale d'une toiture est de protéger la construction et l'espace qu'elle délimite
contre les influences climatiques. En y intégrant une
couche d'isolation thermique, la toiture participe à
l'optimalisation de la consommation énergétique
du bâtiment et au confort de ses occupants. En
hiver, elle garde la chaleur à l'intérieur, en été, elle
évite les surchauffes.
Le cas typique est celui d'un jour d'été pendant
lequel le revêtement noir de la toiture plate est
porté à une température de surface de plus de 80
°C. Survient alors une averse orageuse qui entraîne
une chute brutale de la température, chute qui
peut atteindre 50 °C. A ce moment, la membrane
d'étanchéité et son support vont se contracter
mais, évidemment, dans des proportions différentes. Avec le retour du soleil, l'étanchéité et son
support entament un mouvement inverse (dilatation) de proportions toujours différentes. Ces chocs
thermiques peuvent alors produire des décollements, des plissements ou des micro-fissures...
Selon la technique choisie pour la réalisation de la
toiture, ce phénomène peut être amplifié ou au
contraire mieux contrôlé.
L'humidité
Il faut en effet se rappeler que la toiture est la cinquième façade d'un bâtiment. Parce qu'elle est
beaucoup moins visible que les quatre autres, elle
est souvent traitée en parent pauvre et ne bénéficie
pas des mêmes attentions (investissement de
départ, entretien, ...) Elle n'en subit pas moins les
mêmes agressions. Et dans nos régions, la pluie, le
vent, le soleil, le gel, les rayons ultraviolets, les
charges mécaniques... font subir à cette partie de la
peau du bâtiment des traitements parfois violents.
Passons-les rapidement en revue :
E
lle constitue, sous
toutes ses
formes, une charge
très sévère pour la
toiture. Qu'elle agisse sous forme de
précipitations (pluie,
grêle ou neige) ou
qu'elle prenne l'aspect de glace, de
brouillard ou de
rosée,
l'humidité
peut être à l'origine
de
dégâts
très
importants pour la
toiture et pour le
bâtiment tout entier.
La température
L
a toiture est exposée à des températures qui
peuvent varier chez nous de - 6 °C en hiver à +
4
◆
◆
C'est très souvent l'eau qui est le révélateur
Chaque matériau présente des caractéristiques
d'un défaut d'étanchéité dans la toiture.
propres de " porosité " à la vapeur d'eau : elles sont
Malheureusement, le signe tangible qu'est par
reprises par le coefficient µ (voir définition dans le
exemple une tache au plafond d'un local, n'apparaît
lexique ci-après). Le verre et les métaux sont parmi
parfois que très longtemps après l'apparition du
les moins poreux tandis qu'un matériau isolant
défaut et il ne reste plus alors qu'à constater
comme la laine minérale est très perméable. Si, lors
l'ampleur des dégâts.
de son déplacement, la vapeur d'eau rencontre une
couche froide ou peu perméable, il y aura de la
◆
La stagnation d'eau sur une toiture plate peut
condensation.
aussi avoir pour conséquence le développement de
mousses, d'algues ou même de plantes. Les racines
◆
de celles-ci peuvent avoir une action perforatrice
d'étanchéité constitue souvent une couche étanche
étonnante ! Le recours à un désherbant peut être
ou presque à la vapeur d'eau. Si la température
envisagé mais encore faut-il que celui-ci soit sans
extérieure est froide, la condensation se formera en
effet sur la membrane d'étanchéité...
sous-face de la membrane. Si la température est
Dans le cas de la toiture plate, la membrane
négative, les condensats vont geler et toute vapeur
◆
L'eau de pluie est aujourd'hui plus ou moins
d'eau qui viendra au contact de cette couche se
polluée selon les régions : ces pluies polluées et plus
transformera immédiatement en glace. Vous devinez
spécialement les pluies acides, peuvent participer à
aisément les graves conséquences que peut avoir ce
la dégradation d'une toiture plate.
phénomène : humidification et dégradation de la
Mais il n'y a pas que l'eau qui tombe du ciel ! Il ne
structure, de l'isolation éventuellement présente, du
faut pas oublier l'humidité contenue dans les
plafonnage, membrane d'étanchéité soumise aux
matériaux utilisés pour la construction ni, surtout,
déformations du support et à la pression de la
celle dégagée à l'intérieur du bâtiment sous forme
vapeur d'eau sous-jacente...
de vapeur d'eau. Ce dernier agresseur, plus
sournois car attaquant la toiture par l'intérieur, peut
Il faut tout mettre en oeuvre pour éviter la présence d'humidité dans l'isolation car elle entraîne une
perte du pouvoir isolant et parfois une diminution
de la cohésion du matériau. Certes, dès qu’ils sont
à nouveau secs, la plupart des isolants retrouvent
leurs caractéristiques originales mais ce séchage est
très lent. Il faut donc veiller à réduire autant que
possible les différentes causes d'humidification de
l'isolant.
provoquer, via le phénomène de condensation, de
très graves dégâts. La condensation peut avoir lieu
en surface, dans la structure portante ou dans
l'isolant. Attardons-nous un moment sur ce
phénomène.
◆
La vapeur d'eau est l'une des composantes de
ce gaz complexe que nous appelons " l'air ". Plus
Du strict point de vue de la membrane d'étanchéité, il serait possible d'envisager des réalisations de
toitures sans pente, la couche d'eau pouvant être
considérée comme une protection de l'étanchéité.
Mais le risque est évidemment qu'à l'apparition du
moindre défaut d'étanchéité, la quantité d'eau en
dépôt sur le toit ne s'écoule vers l'intérieur...
l'air est chaud, plus il peut contenir une grande
quantité d'humidité sous forme de vapeur d'eau.
Lorsque cette vapeur d'eau se trouve à des
températures différentes de part et d'autre d'une
paroi, elle a tendance à se déplacer depuis l'espace
chaud vers l'espace froid pour établir une nouvelle
Une autre facette du problème "humidité" est le
dépôt de " saletés " sur la toiture. Qu'elles prennent la forme de poussières, de feuilles mortes, de
mousses, de petites branches ou d'humus, ces
"saletés" peuvent constituer une menace pour la
membrane d'étanchéité, surtout si elles s'accumulent dans les endroits où l'eau stagne. C'est pour ce
motif aussi qu'il convient d'assurer à la toiture une
situation d'équilibre.
◆
Si la toiture plate est située au-dessus d'un local
chauffé, le phénomène de diffusion de la vapeur
d'eau va naturellement apparaître, surtout lors des
journées froides d'hiver.
5
pente suffisante pour provoquer un écoulement
rapide des eaux de pluie et, par le fait, un nettoyage de la toiture.
L'ensemble de ces charges est pris en compte via
une formule qui permet d'établir la " charge du
vent " sur le bâtiment cette charge agit perpendiculairement à la surface de la toiture et exerce une
force de succion sur l'étanchéité. Son calcul permet
de choisir et de dimensionner les moyens de fixation à utiliser.
Qu'elle tombe du ciel au cours du
chantier, qu'elle s'infiltre par des fuites
au niveau de l'étanchéité, qu'elle
provienne de l'humidité de construction
ou de la condensation, interne ou
superficielle, il faut combattre, par tous
les moyens et à tous les moments, la
présence d'eau dans un complexe de
toiture.
Les charges mécaniques
E
lles peuvent être provoquées par des charges
venant de l'extérieur (cas d'une chute d'objet par
exemple) comme par des charges provenant de la
construction elle-même (cas du lestage par
exemple). Des charges mécaniques extérieures peuvent se présenter en cours de construction mais
aussi lorsque le bâtiment
est terminé et occupé :
c'est le cas des charges
dues au passage des
équipes d'entretien ou
de celles dues aux personnes circulant sur une
toiture terrasse.
Il y a lieu d'étudier avec
précision toutes ces
charges possibles. En
fonction des charges
provenant de l'extérieur
et de la construction elle-même, il faudra opter
pour une combinaison " isolation + étanchéité +
mise en oeuvre " adéquate. C'est pour faciliter ce
choix que des classes de compressibilité ont été
déterminées pour chaque matériau d'étanchéité et
pour chaque isolant.
Le vent
T
oute toiture est exposée aux charges dues à l'action du vent. L'importance de ces charges
dépendra notamment de la zone dans laquelle le
bâtiment se situe et de sa hauteur. Une surpression
dans le bâtiment peut représenter une charge supplémentaire pour la toiture : celle-ci devra donc
pouvoir résister à la " succion " du vent.
Sans entrer dans les détails, nous signalerons simplement que plus un bâtiment est élevé, plus il
subit des charges du vent importantes car la vitesse
du vent augmente lorsque l'on s'éloigne du sol.
Comme un bâtiment constitue une gêne pour la
trajectoire du vent, celui-ci, en tourbillonnant
autour et au-dessus du bâtiment, prend de la vitesse. Ce sont donc les zones de coin et les recoins qui
subissent les plus fortes charges. Les dimensions de
ces zones dépendent des dimensions du bâtiment
et de sa forme.
La toiture subit non seulement les forces du vent
qui agissent sur la face extérieure du bâtiment mais
elle doit résister aussi aux surpressions qui se produisent à l'intérieur du bâtiment. En fonction de la
perméabilité au vent de la construction, cette surpression peut représenter une charge supplémentaire de 0 à 80 % (et même parfois plus) de la pression d'origine extérieure.
Le feu
6
L
es causes d'incendie de toitures plates peuvent
être subdivisées en 4 groupes :
Pourquoi isoler une toiture?
L’isolation thermique d’une toiture offre
plusieurs avantages :
1. les causes naturelles comme le feu extérieur (bâtiment
voisin) ou la foudre ;
■ Diminuer la consommation
énergétique du bâtiment
L’économie réalisée par rapport à une
toiture non isolée dépend de l’épaisseur
et du type d’isolant, du mode
d’occupation du bâtiment et du
rendement de l’installation de chauffage.
2. l'imprudence ; elle peut survenir par exemple lors de
travaux de réparation au niveau de l'étanchéité, des
gouttières ou lors de travaux d'entretien tels que brûlage de
peintures, soudage...
Par exemple :
dans une école (avec ralenti nocturne et de weekend), on peut estimer que 8cm d’isolation (λ =
0,035W/mK) de la toiture plate rapporte de 14 à 20
litres de mazout ou m3 de gaz par an et par m2 de
toiture.
3. les causes accidentelles dans le bâtiment ou dans les
environs immédiats ; ainsi si un incendie ou une autre cause
provoque un réchauffement suffisant de l'étanchéité ou du
matériau isolant, il peut y avoir inflammation, propagation
et/ou extension de flammes ;
Cette économie a un impact important
sur les consommations globales du
bâtiment étant donné l’importance de la
contribution de la toiture à l’ensemble
des déperditions calorifiques des parois.
4. l'incendie volontaire qui peut se déclarer à l'intérieur ou
à l'extérieur du bâtiment et se transmettre au complexe
toiture. Lorsque des matériaux inflammables recouvrent la
façade ou se trouvent dans le complexe toiture, l'incendie
peut se répandre à grande vitesse et être très difficile à
maîtriser.
■ Améliorer le confort des occupants
En hiver, la température du plafond sous
toiture se voit augmentée grâce à
l’isolation. Ceci a un impact immédiat sur
le confort des occupants par suppression
de l’effet de rayonnement vers le
plafond froid.
De même en été, l’isolation protège les
locaux sous toiture des surchauffes
provoquées par l’ensoleillement de la
toiture.
Parce que les conséquences d'un
incendie sont toujours désastreuses, il
est essentiel que les matériaux utilisés
dans le complexe toiture (les isolants et
les autres) soient non-combustibles et
qu'ils ne contribuent pas ou très peu, en
cas d'incendie, à la propagation du feu
et à la formation de fumées et de gaz
toxiques.
■ Diminuer les risques de condensation
L’augmentation de la température
intérieure de surface diminue les risques
de condensation au niveau des plafonds
des locaux sous toiture.
La résistance au feu d'une construction de toiture
sera principalement déterminée par le type de
structure portante du bâtiment (béton, acier, bois),
par le support de toiture (béton, acier, bois), par le
type de matériau isolant et de membrane d'étanchéité et par le type de l'éventuelle finition de plafond. Il faut remarquer que les structures profilées
métalliques sont particulièrement sensibles au feu
dans la mesure où, en cas d'incendie, elles se déforment rapidement de manière importante.
■ Protéger la structure du toit
L’isolation peut diminuer les influences
des variations des températures
journalières et saisonnières sur le
complexe toiture.
7
ais revenons-en au cas de Mr JAMAER. Contact
est alors pris avec le bureau d'architecture qui
avait réalisé la construction en 1966. La situation est
exposée aux architectes qui décident de réaliser une
pré-étude envisageant diverses façons de porter remède
aux problèmes.
CHAPITRE II
M
To i t u r e s p l a t e s : l e s
techniques disponibles
Cette pré-étude va nous donner l'occasion de vous présenter les techniques disponibles aujourd'hui pour la réalisation d'une toiture plate.
Selon la position respective des divers composants des
toits plats, on distingue actuellement trois façons de réaliser une toiture plate.
A
La désignation " toiture froide " (ou encore
toiture ventilée) est employée lorsque l'isolant
thermique est placé dans le support et qu'un espace d'aération existe au-dessus de cet isolant.
Cette solution technique qui remportait encore
tous les suffrages il y a 20 ans est aujourd'hui fortement déconseillée car son exécution comporte de
nombreux risques de malfaçons.
Dans cette technique, surtout utilisée dans le cas de
toitures à structure portante constituée de bois, la
face supérieure de l'isolant mis en place entre les
poutres peut être ventilée par un courant d'air provenant de la mise en contact avec l'extérieur, via des
ouvertures murales ou des busettes verticales, de la
couche d'air située entre l'isolant et la membrane
d'étanchéité.
Le point faible de cette solution s'est avéré être la
formation d'une condensation interne qui entraîne
la pourriture des supports d'étanchéité en bois. En
effet, vu la position de la membrane d'étanchéité,
les quantités de vapeur d'eau qui migrent de l'intérieur vers l'extérieur se condensent dans l'espace
entre support d'étanchéité et isolant et retombent
sur celui-ci. Le support en bois de l'étanchéité et la
charpente toute entière s'humidifient et deviennent
un milieu favorable aux agresseurs du bois. La ventilation réelle est beaucoup plus faible que celle
attendue, l’air extérieur entrant par la ventilation
est à certains moments plus chaud que le support
d’étanchéité et peut donc même contribuer à la
condensation. Il se peut aussi que, par manque
d'étanchéité à l'air du plafond, de l'air intérieur
chaud soit aspiré directement dans l'espace situé
au-dessus de l'isolant ce qui entraîne une perte de
chaleur et provoque une augmentation importante
de la condensation.
8
Cette situation n’est aujourd’hui acceptable qu’au
dessus des locaux produisant peu de vapeur d’eau
et en intégrant avec beaucoup de soins, un parevapeur sur toute la surface entre le plafond et l’isolant.
d'eau provenant d'un local chauffé sous-jacent et
d'éliminer le risque de condensation et d'humidification de l'isolant et celui de cloquage de la membrane d'étanchéité.
Enfin, le choix de l'isolant doit être effectué en
fonction des éléments suivants : il faut qu'il soit
dimensionnellement stable (peu sensible aux dilatations et retraits) et qu'il présente une bonne résistance à la compression et donc une assez forte densité.
B
La désignation " toiture chaude " (ou encore
toit massif) est employée lorsque l'isolant thermique est placé entre l'étanchéité et le support.
C'est aujourd'hui la technique la plus utilisée.
Pour information, lorsque l'isolant utilisé dans une
" toiture chaude " est du verre cellulaire, le fabricant parle de " toiture compacte " parce que toutes
les couches adhèrent complètement les unes aux
autres.
C
La désignation " toiture inversée " correspond à la solution technique où l'isolant thermique est placé au-dessus de l'étanchéité et du
support. Cette variante de la toiture chaude se distingue donc par la position de l'isolant thermique ;
celui-ci est posé librement et directement sur la
membrane d'étanchéité.
Vu sa position , l'isolant protège le support contre
les fortes variations de température et diminue par
conséquent le risque de mouvements et de fissures
du support. Un autre avantage de cette technique,
particulièrement intéressant dans le cas de toiture à
structure lourde (béton armé ou hourdis), est l'accroissement de l'inertie thermique du local chauffé :
cela signifie que la masse de la structure,
lorsqu’elle est mise à température, conserve celle-ci
et rend par conséquent le local plus confortable en
été comme en hiver.
Dans cette technique qui demande un support plat
et régulier, un aspect délicat est le choix de la membrane d'étanchéité. En effet, celle-ci étant placée
directement sur l'isolation, elle subit toutes les
variations thermiques (parfois très brusques dans
nos régions ...). Soumises aux cycles gel-dégel,
pluie-soleil, ..., les membranes d'étanchéité doivent
être particulièrement résistantes.
Le choix de l'isolant doit dans ce cas répondre à
deux exigences principales ; il ne peut absorber
l'humidité et, en présence d'humidité superficielle,
sa surface ne peut être altérée. Moyennant le respect de ces deux conditions, la valeur d'isolation
thermique de la toiture inversée, contrairement à
beaucoup d'idées préconçues, ne sera que très
légèrement inférieure à celle de la toiture chaude !
En effet, avec l'usage de panneaux à battées, seule
une petite partie de l'eau de pluie pourra pénétrer
entre les joints des panneaux et s'écouler sur la
membrane d'étanchéité. D'autre part, en période
froide, il n'y a plus de précipitations à des températures inférieures à 0 °C et il n'y a donc plus d'écoulement d'eau sur la membrane : la valeur K globale
d'une " toiture inversée " est alors identique à celle
d'une " toiture chaude "...
C'est pour assurer une meilleure protection de ces
membranes d'étanchéité qu'un lestage (constitué
par exemple de graviers roulés) est souvent mis en
place sur l'étanchéité. Il n'existe en fait que
quelques membranes qui sont aptes à résister nues
aux rayons ultraviolets.
Si la fonction des locaux situés sous la toiture impose la mise en oeuvre d'un pare-vapeur, celui-ci sera
toujours posé sur la face chaude, c'est à dire en
dessous de l'isolant thermique. Ce pare-vapeur,
souvent constitué d'un bitume armé d'un voile de
verre dont les joints seront soudés ou collés, doit
remonter sur les bords de la toiture de manière à
réaliser une cuvette étanche dans laquelle on posera l'isolation. La bonne mise en place de ce parevapeur doit permettre d'éviter le passage de vapeur
Pour protéger l'isolant des rayons ultraviolet et pour
l'empêcher de s'envoler au premier vent violent
venu, celui-ci doit être lesté. Deux solutions sont
possibles : le lestage par mise en place d'une
9
couche de graviers d'une épaisseur d'au moins 5
cm (ce qui correspond à un poids d'environ 80 kg
au m2), de dalles sur plots, de dalles drainantes ou
encore le choix de panneaux isolants recouverts en
usine d'une mince couche de mortier (dans ce système, il faut quand même prévoir un lestage des
zones de la toiture fortement exposées au vent).
Pour essayer d'être complet, nous signalerons
encore deux autres possibilités d'isoler une
toiture plate :
La première consiste en un mélange des techniques "chaude" et "inversée" : elle est
connue sous la désignation de "toiture combinée". Ce système est conseillé lorsque des valeurs
d'isolation élevées étant exigées, des couches d'isolation très épaisses doivent être mises en place.
L'isolation est mise en place en deux couches : une
première couche est mise en place sous l'étanchéité tandis que la deuxième est placée sur l'étanchéité. Cette étanchéité est posée librement. La couche
de lestage nécessaire peut alors être plus mince et
la mise en place d'un pare-vapeur n'est pas indispensable si la résistance thermique de la couche
isolante inférieure ne représente pas plus d'un tiers
de la résistance thermique totale. Ce système est
une excellente solution pour l'isolation de toitures à
structure métallique ou en bois.
A
Cette technique de la toiture inversée a pour principaux avantages la protection de la membrane
d'étanchéité contre les chocs thermiques et le
rayonnement ultraviolet (ce qui entraîne une économie au niveau des frais d'entretien de la toiture)
et l'absence, sauf cas exceptionnel, de condensation intérieure.
En effet, le risque de condensation superficielle et
interstitielle est considérablement diminué puisque
la structure portante et la membrane d'étanchéité
sont maintenues à une température proche de la
température ambiante dans le local sous-jacent et
ce pendant toute l'année. Il est cependant recommandé de vérifier dans chaque cas si le risque de
condensation existe ou non.
Par contre, il est souvent difficile d'éviter la présence de ponts thermiques le long des bords du toit et
ces ponts thermiques représentent un danger d'apparition de condensation. Il faut aussi tenir compte
de la perte d'efficacité de l'isolant thermique due à
l'écoulement de la pluie ou de la neige fondante
entre isolant et étanchéité. Une façon de répondre
à cette perte d'efficacité est de mettre en place un
isolant d'épaisseur supérieure (+ 20 % ).
Une autre conséquence du choix de cette technique
est la nécessité de prévoir une pente de toiture suffisante pour assurer une évacuation rapide des eaux
et diminuer ainsi la perte d'efficacité de l'isolant.
Il ne faut en aucun cas placer sur la couche d'isolation une feuille en matière plastique car celle-ci
empêcherait, de façon dommageable pour la
couche d'isolation, la diffusion de la vapeur d'eau.
;;
;;;;;;
;;;;;;;;
;
TOIT COMBINÉ
1
Isolation
2
Membrane d'étanchéité
EXTÉRIEUR
1
2
1
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INTÉRIEUR
B
La deuxième solution consiste à placer l'isolant
thermique au niveau du plafond. Sauf pour les
toitures sur gitage en bois, cette solution est à
déconseiller car dans ce cas, le climat intérieur du
bâtiment ne peut plus profiter de l'inertie thermique de la structure portante. Dans cette disposition, la structure portante subit donc des chocs
thermiques plus importants ce qui peut entraîner
des sollicitations importantes qu'elle transmettra
aux parois latérales et conduire à l'apparition de fissures et autres dégâts. De plus, dans le cas d'une
nouvelle construction, l'humidité apportée lors de
la construction peut entrer en contact avec l'isolant
thermique et diminuer ses performances.
Une autre remarque issue de l'expérience concerne
la mise en place éventuelle de deux couches d'isolation superposées. Cette technique est à éviter car
elle conduit à l'apparition entre les panneaux d'une
pellicule d'eau qui se transformerait très difficilement en vapeur et provoquerait par conséquent
une accumulation d'humidité trop élevée dans les
panneaux de la couche inférieure.
10
Dans le cas du Collège St-LOUIS, le bureau d'architectes
propose deux solutions techniques :
☛ soit la réalisation d'une toiture chaude
Les membranes
d'étanchéité
☛ soit la réalisation d'une toiture inversée
En effet, la dalle de toiture du bâtiment, réalisée en
béton armé, est évidemment capable de supporter la
surcharge imposée par la mise en place du lestage
indispensable dans le cas de la toiture inversée puisque
ce lestage existe dès le départ.
U
ne étanchéité bitumineuse moderne comporte
en principe deux membranes. La première est à
base de bitume oxydé et d'une armature en voile de
verre ; elle fait office de sous-couche. La deuxième,
couche de surface, doit répondre à 3 conditions :
elle doit avoir une armature en polyester, elle doit
être composée d'un bitume polymère (APP ou SBS)
et elle doit bénéficier d'un agrément technique
suivi UBAtc (voir le lexique ci-après).
MAIS QUEL SYSTÈME CHOISIR ?
Avant d'essayer de répondre à cette question délicate,
nous allons examiner les matériaux disponibles sur le
marché qui peuvent entrer dans la réalisation des deux
systèmes en concurrence.
Il faut insister sur le fait que les matériaux et leurs techniques de mise en oeuvre doivent être compatibles. Il ne
servirait à rien de mettre en place une membrane
d'étanchéité aux qualités extraordinaires sur un support
mal conçu qui se déformerait quelques mois après sa
mise en place... Il faut donc veiller à combiner des produits qui ne s'entre-détruisent pas et qui gardent chacun
leurs caractéristiques fonctionnelles.
Etant donné la qualité élevée des nouvelles membranes, celles-ci peuvent être appliquées en monocouche. Cependant, les risques d'erreurs lors de
l'exécution des recouvrements et des détails de finition sont tels que le système mono-couche est
déconseillé dans le cas d'une nouvelle toiture.
L'application d'une sous-couche, parce qu'elle augmente le niveau de qualité de l'étanchéité et diminue le risque d'erreurs lors de l'exécution, est par
contre vivement conseillée.
Les membranes d'étanchéité, communément appelées "roofing", vieillissent naturellement. Les huiles
contenues dans les bitumes s'évaporent et les
rayons ultraviolets du soleil modifient progressivement leur composition chimique. Ces rayons ultraviolets agissent sur la plupart des membranes bitumineuses comme sur notre peau ; ils les dessèchent
au point de les rendre cassantes et des craquelures
apparaissent. C'est à ce moment que l'effet d'écran
obtenu par la mise en place d'un lestage peut se
révéler particulièrement intéressant...
11
◆
Les membranes traditionnelles de bitume
Pour l'anecdote, nous signalerons l'existence de
oxydé (ou soufflé) ont remplacé vers la fin du siècle
membranes d'étanchéité présentant une finition
dernier les feutres goudronnés. Aujourd'hui, elles
colorée obtenue par la présence de paillettes
sont dépassées à leur tour car elles se sont avérées
d'ardoises en surface...
inadaptées en tant que couverture de la plupart des
Enfin, il faut signaler que les matériaux
toitures isolées. Assez fragiles par temps de gel et
d'étanchéisation à base de goudron ou les produits
sensibles aux rayons ultraviolets, elles ne sont
à base de solvants ne conviennent pas pour la
pratiquement plus utilisées aujourd'hui que pour
couverture des " toitures inversées " car ces
jouer le rôle de sous-couche ou de pare-vapeur. Tous
matériaux et produits sont " agressifs " pour le
les roofings appelés " produits bitumés imprégnés
matériau isolant le plus employé dans cette
ou surfacés " et les " bitumes armés soudables " ne
technique (mousse de polystyrène extrudé). Les
doivent donc plus être utilisés comme membranes
revêtements à base d'armature en fibres organiques
d'étanchéité.
(feutre, jute,...) sont aussi à éviter.
◆
Les membranes de bitume modifié
polymères (APP et SBS) sont des membranes en
bitume dont la composition a été modifiée par
l'adjonction de résines polymères. Ces produits ont
une longévité nettement supérieure aux roofings de
bitume soufflé car ils résistent beaucoup mieux aux
basses et hautes températures et le risque de
cloquage en cas de collage sur toute la surface est
de loin plus faible. Les membranes plastomères
(APP) sont les plus employées. Mises en oeuvre selon
les techniques traditionnelles (sauf celle du collage
au bitume chaud), elles sont les seules à pouvoir être
exposées directement aux rayons ultraviolets. Elles
peuvent donc se passer de toute protection, légère
ou lourde.
◆
Les membranes synthétiques (aussi appelées
hauts polymères) sont principalement des produits
issus de la polymérisation d'hydrocarbures insaturés
dérivés de la pétrochimie. Dans cette grande famille
ne contenant pas de bitume, on rencontre par
exemple des membranes PVC, des PIB, des EPDM....
Ces produits sont mis en oeuvre selon des
techniques particulières ; l'application et les
réparations éventuelles de ces étanchéités
constituées généralement d'une seule couche
doivent être confiées à des spécialistes. Ces
membranes sont intéressantes en raison de leurs
caractéristiques mécaniques, de leur comportement
au froid et à la chaleur et de leur bonne résistance
aux produits chimiques et aux influences
atmosphériques. Elles résistent très bien aux
conditions climatologiques et n'ont donc pas besoin
d'une couche de protection.
12
Pour étudier le comportement au feu des matériaux,
différentes méthodes d'essais ont été développées :
réaction au feu, inflammabilité, vitesse de
Les matériaux
d'isolation
propagation des flammes, potentiel calorique, indice
de fumée, agressivité et toxicité des gaz de fumée...
sont autant de paramètres pris en compte qui
permettent d'aboutir à divers classements. L'un des
L
e choix d'un matériau isolant doit tenir compte
notamment des autres éléments de la toiture, de
la composition de la toiture, des sollicitations et
de l'utilisation de la toiture (accessible ou non ...).
Il existe sur le marché un grand nombre de produits.
Avant de les passer rapidement en revue, nous
allons rappeler les différentes exigences auxquelles
ils devraient idéalement tous satisfaire.
plus connus est celui relatif à l'inflammabilité du
matériau. Cet essai contrôle si, lors d'un incendie, un
matériau dégage des gaz dont les caractéristiques et
quantité sont à même de provoquer une
combustion gazeuse et donc de s'enflammer. Cet
essai classe les matériaux en 4 catégories : matériaux
ininflammables (M1), difficilement inflammables
Exigences
◆
(M2), moyennement inflammables (M3) ou
facilement inflammables (M4).
La caractéristique de base est la "valeur
isolante" du matériau mesurée par le coefficient de
◆
conductivité thermique λ. Plus la conductivité est
perméabilité à la vapeur d'eau, mesurée par le
faible, plus le matériau est isolant (voir lexique). Une
coefficient µ (plus ce coefficient est petit, plus le
exigence à laquelle un matériau isolant doit
matériau qu'il caractérise est perméable à la vapeur
répondre est la constance dans le temps de sa
d'eau, voir lexique), la répulsivité à l'eau et, selon
valeur isolante.
◆
La stabilité dimensionnelle du matériau, la
le mode de pose de la membrane d'étanchéité, la
résistance à la délamination du matériau isolant,
En cas d'incendie, le matériau isolant idéal
particulièrement importante pour la bonne tenue
devrait être incombustible, présenter un coefficient
dans le temps vis-à-vis de l'effet de succion
de fumée bas, ne pas devenir toxique suite à son
provoqué par le vent, sont autant d'autres
exposition à la chaleur, ne pas dégager de particules
caractéristiques importantes.
agressives lorsqu'il est chauffé et ne pas représenter
une charge supplémentaire d'incendie. En fonction
◆
du choix de la technique de mise en oeuvre de la
Enfin, il peut être
important que
membrane d'étanchéité, le point de fusion du
l'isolation de toiture
matériau isolant peut aussi se révéler important
soit " praticable " dès
(mise en contact de la surface de l'isolant avec du
sa mise en oeuvre. Il
bitume chaud ou avec la flamme du chalumeau ) :
faut pour cela que le
un point de fusion élevé peut diminuer le risque
matériau utilisé
d'incendie lors de la mise en oeuvre. Par le possible
présente une
dégagement de gaz nocifs provenant par exemple
résistance à la compression suffisante. En
des moyens retardateurs de feu qui ont été ajoutés
fonction de cette propriété, on distingue les isolants
à certains isolants, le choix de l'isolant peut aussi
rigides (verre cellulaire, perlite, polystyrène extrudé
avoir des conséquences au niveau de la qualité de
et matériaux composites), les isolants semi-rigides
l'environnement...
(polyuréthanne, polyisocyanure, phénol, liège,
polystyrène expansé) et les isolants souples (laine de
roche). Les premiers sont indiqués pour les toitures
destinées à recevoir de lourdes charges (toitures-
13
parkings, toitures-terrasses...). Les panneaux semi-
à une multitude de petites cellules à parois de verre
rigides sont recommandés pour les toitures sur
hermétiquement closes et remplies d'un gaz inerte
lesquelles il faut circuler régulièrement pour assurer
fortement isolant. Ce produit incombustible (A0) et
l'entretien d'installations telles que cabines
résistant à des taux de compression élevés sans
d'ascenseurs, appareils de conditionnement d'air,...
écrasement ne contient pas de matières liantes et
Les isolants souples sont surtout employés sur des
est totalement inorganique. Il se caractérise aussi
supports exposés à des mouvements (toitures
par une grande étanchéité à la vapeur ce qui lui
profilées métalliques,...).
permet de conserver son pouvoir isolant et rend
superflu la mise en place d'un pare-vapeur. Son
imperméabilité à l'eau lui permet de conserver
Types d'isolant
intactes, au fil des années, ses propriétés isolantes.
P
assons maintenant en revue les matériaux disponibles en signalant que la plupart d'entre eux
bénéficient d'un Agrément Technique.
◆
Les panneaux composés de laine minérale
dont les fibres, obtenues par la fonte de la roche
diabase, sont liées à l'aide de résines synthétiques
polymérisées, présentent diverses finitions de
surface: panneaux bruts, panneaux revêtus d'un
voile de verre brut perméable à la vapeur, panneaux
revêtus sur une face d'un coating bitumineux,
panneaux revêtus d'un voile de verre bitumineux
avec feuille thermofusible. La laine de roche se
caractérise par un bon comportement au feu et une
bonne stabilité thermique. Sa grande compressibilité
et sa faible résistance au délaminage peuvent être
corrigées par le mode de fabrication et les
◆
techniques de mise en oeuvre.
Certains panneaux sont constitués de perlite
(silicate d'alumine d'origine volcanique) ; celle-ci,
lorsqu'elle est soumise à une température élevée,
s'expanse et forme des bulles vitrifiées. Cette
structure cellulaire complétée par des fibres de verre
est mélangée, préformée et séchée. Différentes
finitions de surface sont disponibles pour ces
panneaux. La perlite se caractérise par une haute
résistance à la compression, un bon comportement
au feu et une résistance limitée au " pelage "
(comportement au vent). Elle ne supporte pas une
humidification
prolongée et son
pouvoir isolant est
moins élevé que celui
des autres matériaux.
◆
Les panneaux composés de verre
multicellulaire doivent leurs propriétés particulières
14
◆
Les panneaux composés d'une mousse
suffisamment stabilisés, doivent être recouverts d'un
homogène et rigide de polystyrène extrudé ont
voile de verre bitumé sur les deux faces. Ils peuvent
une structure cellulaire fermée et sont pourvus
également être livrés sous forme de rouleaux.
d'une " peau " en mousse hermétique et lisse. Cette
" peau " est sensible aux rayons ultraviolets et il faut
donc stocker les
◆
panneaux à l'abri des
le marché. Le liège est un produit entièrement
rayons solaires. Par
naturel, provenant de l'écorce du chêne-liège. Cette
contre, son caractère
matière première, après expansion en autoclave et
hermétique empêche
compression à haute température (sans adjonction
l'absorption
d'un liant quelconque), possède un pouvoir isolant
d'humidité et assure la
moyen et ne s'enflamme pas au contact d'une
constance de la valeur
flamme.
Des panneaux en liège sont aussi disponibles sur
isolante du matériau. Ces panneaux caractérisés par
une excellente isolation thermique (coefficient l) ,
◆
une très faible absorption d'eau et une résistance
l'existence de panneaux d'isolation constitués d'une
élevée à la compression existent en différentes
âme en mousse à base de résines résols à micro-
masses volumiques. Ils sont employés dans la
cellules fermées et d'autres panneaux constitués
technique de la "toiture inversée". Il n'est pas
d'une âme rigide en mousse de polyisocyanurate
indiqué de les employer dans la technique de la "
teintée de vert et parementée d'un voile de verre
toiture chaude " car ils présentent un coefficient de
revêtu d'un coating minéral. Divers panneaux
dilatation thermique assez élevé (0,06 mm / mK).
composites ont aussi été mis au point pour essayer
Enfin, pour être complet, il faut aussi signaler
de combiner les propriétés intéressantes de deux
◆
Les panneaux avec une âme en mousse de
matériaux. Ainsi, il existe des panneaux dont l'âme
polyuréthane dure sont parfois revêtus sur les deux
rigide en mousse de polyuréthane est renforcée par
faces d'un voile de verre bitumineux conçu
une armature métallique tandis qu'une face est
spécialement pour recevoir une membrane
habillée d'un panneau de perlite et l'autre d'un
d'étanchéité posée en semi-indépendance. D'autres
complexe d'aluminium laminé.
panneaux à âme de même composition sont
pourvus sur une face d'un voile de verre bitumineux
Matériau
avec une feuille thermofusible qui peut accueillir une
masse
Conductivité
Kg/m3
thermique λ
membrane d'étanchéité soudée en adhérence totale.
Résistance à
µ
la compression
W/mK
(Etat sec)
Kg/cm2
150 à 175
0,037
1à2
?
120 à 135
0,042
infini
6à8
150
0,05
entre 5 et 10
?
32 à 45
0,028
entre 150 et 300
3à7
30
0,025
entre 20 et 185
1
20 à 30
0,04
entre 20 et 150
1
100 à 120
0,044
entre 5 et 30
1
Le polyuréthane se caractérise par son pouvoir
Laine minérale
isolant très élevé et son insensibilité à l'humidité.
(Laine de roche)
◆Les panneaux
Verre multicellulaire
d'isolation en
polystyrène
Perlite
expansé sont
Polystirène extrudé
constitués d'une
âme en mousse
Polyuréthanne
rigide de
Polystirène expansé
polystyrène. Pour les
Liège
applications en
toiture, les
Tableau 1. Caractéristiques principales
des divers matériaux d'isolation disponibles.
panneaux,
15
ous avez maintenant une idée plus précise des
nombreuses possibilités qui ont été présentées à Mr
JAMAER. Mais pourquoi choisir l'une plutôt que l'autre ?
V
Pour rendre encore plus difficile le choix, il faut aussi
signaler que le choix du matériau isolant n'est pas sans
influence sur le confort acoustique du bâtiment, surtout
dans le cas de bâtiments à structure portante légère.
Certains matériaux isolent mieux que d'autres vis-à-vis
des bruits de pluie et de grêle.
Une autre technique
C
ette technique consiste en la réalisation d'une
isolation thermique sans joints qui assure aussi
l'étanchéité de la toiture. Cette isolation thermique,
résultat de la projection en plusieurs couches d'une
mousse rigide de polyuréthane obtenue par le
mélange de deux composants liquides, demande la
mise en place d'un matériel de pompage sophistiqué. Ce procédé original est proposé par une seule
entreprise en Belgique.
Il existe des courbes qui caractérisent l'isolation acoustique aérienne de différentes constructions de toiture.
Ces courbes d'isolation précisent quelle part de l'énergie
passe à travers le matériau dans les différentes fréquences. En fonction du type de support et de l'isolant
choisi, il faut donc déterminer la méthode d'application
la plus adaptée...
Vu les qualités élevées de la mousse mise en oeuvre,
une couche de faible épaisseur permet déjà d'obtenir de très bons résultats au niveau de l'isolation
thermique de la toiture tout en permettant l'accès
au toit pour les opérations d'entretien. Cette technique de projection permet de s'adapter à toute
forme de toiture et à tous les supports : le risque de
ponts thermiques s'en trouve considérablement
limité. Dans le cas de toits devenus fragiles avec
l'âge, le procédé, par son homogénéité, son épaisseur, sa rigidité et sa légèreté, permet parfois d'éviter le démontage et le remplacement du support.
Un autre avantage de cette technique consiste en
son application par l'extérieur qui permet la poursuite des activités dans le bâtiment. Enfin, en cas de
transformation apportée ultérieurement au niveau
de la toiture ( cage d'ascenseur, groupe technique,...), il sera toujours possible de projeter une
couche de mousse sur le nouvel élément pour rétablir l'homogénéité de l'isolation de la toiture.
Apporter une réponse à cette question va devenir encore un peu plus difficile car une autre technique, assez
différente, est alors présentée à l'économe.
Après sa mise en place et sa stabilisation très rapide, la mousse de polyuréthane, devenue rigide, est
recouverte d'un épiderme (peinture) de protection
vis-à-vis des rayons ultraviolets. Ainsi protégée, la
couche d'isolation et d'étanchéité résiste aux divers
agents agresseurs présents dans nos régions.
Cette technique présente cependant quelques
désavantages non-négligeables : mise en oeuvre
très délicate et dépendante des conditions climatiques, vieillissement de l'épiderme de protection
conduisant à la nécessité d'un renouvellement de
celui-ci, possibles dégâts causés par les oiseaux,
matériau non-recyclable, sensibilité au feu, ...
16
eux techniques principales de mise en oeuvre proposées, une technique "alternative ", plusieurs types
de membranes d'étanchéité et de nombreux matériaux
d'isolation disponibles : pour Mr JAMAER apporter la
meilleure réponse au problème commence à ressembler
de plus en plus à un casse-tête
CHAPITRE III
D
$
Décision et
remise de prix
Mais, loin de se décourager, Mr JAMAER , fort des
conseils donnés par l'Institut Wallon et du premier avis
fourni par le bureau d'architecture consulté, décide de
suivre un cycle de formation organisé à l'Université
catholique de Louvain dans le cadre du programme
URE.
C
omme nous l’avons entrevu dans les chapitres
précédents, il s'agit d'abord d'établir le bilan de
la situation existante, bilan relatif au type de structure portante, à la surface à recouvrir, aux éléments
accessoires présents sur la toiture, aux locaux situés
sous la toiture (fonction et période d'utilisation), à
la consommation énergétique du bâtiment (calculer
la part des déperditions provenant de la toiture)...
Dans tous les cas, la réalisation d'un sondage permettra de déterminer la composition réelle du toit à
rénover.
Accompagné du responsable du Comité de Sécurité et
d'Hygiène de l'établissement scolaire, lui aussi convaincu de la nécessité d'une réfection complète de la toiture,
l'économe peut ainsi se former à la problématique de la
gestion de l'énergie.
Il faut aussi déterminer clairement les objectifs à
atteindre:
Pour lui, cette formation d'une durée de deux journées,
est aussi l'occasion rêvée de soumettre son problème à
l'avis de divers spécialistes et d'échanger données et
expériences avec d'autres responsables de bâtiments.
☛
☛
☛
☛
A la fin de ce cycle de formation, sur base des notions
apprises et des informations recueillies, Mr JAMAER
retient la technique de la toiture chaude et se décide à
passer à l'étape suivante, à savoir la demande de prix
auprès d'entreprises spécialisées.
☛
suppression des infiltrations
réduction de la facture énergétique
meilleur confort des utilisateurs
respecter le budget disponible, ce qui réduit
souvent les disponibilités
etc...
Il existe deux façons de procéder à la rénovation de
la couverture de toiture :
☛
☛
En réponse à sa demande, Mr JAMAER obtient trois
devis complets.
Il peut alors comparer le contenu des offres et déterminer celle qui présente le meilleur rapport qualité-prix.
soit en posant une nouvelle couverture sur
l'ancienne
soit en posant une nouvelle couverture sur le
support existant après retrait de l'ancienne
couverture.
Cette deuxième possibilité est rarement retenue car
elle signifie que les locaux sous la toiture ne pourront plus être utilisés pendant un certain temps
(absence d'étanchéité) et parce qu'elle représente
un coût élevé étant donné le décapage parfois difficile de l'ancienne couche et les frais de plus en
plus élevés pour le déversement des déchets.
Essayons de décrire les grandes étapes qui mènent dans
le cas qui nous occupe de rénovation d'une toiture, à
cette prise de décision.
17
maginons d'abord, comme c'était le cas au Collège
Saint-LOUIS de WAREMME, que la toiture existante ne
comporte aucune couche isolante. Est-il indispensable,
dans le cadre des travaux de rénovation de l'étanchéité, de procéder à la mise en place d'une couche isolante et, en cas de réponse positive, quelle est la technique
conseillée ?
Cas d’un toit non isolé
I
Quand on sait qu'en moyenne, 20 % des
déperditions thermiques d'un bâtiment
passent par la toiture, il est aujourd'hui
indispensable de prévoir la mise en place
d'une couche d'isolation.
A
Sans prétendre qu'il s'agit toujours de la
meilleure solution, envisageons d'abord s'il
est possible de réaliser une toiture inversée. Le
critère de base dans ce cas est la force portante de
la structure existante.
◆
Si cette force portante présente une réserve
suffisante, la toiture inversée est la méthode la plus
simple car cette technique peut être mise en oeuvre
sans enlever l'étanchéité existante (si l'état de celleci est suffisamment bon...) et par presque tous les
temps.
Il faut encore décider si la toiture conservée doit être
accessible ou non. Dans le premier cas, la meilleure
solution est la mise en place d'un dallage. Dans le
second, la mise en place d'un lestage répond aux
besoins.
◆
Si la force portante du support n'est pas
suffisante, on peut encore réaliser une toiture
inversée non accessible en mettant en place des
panneaux légers. Il s'agit de panneaux de
polystyrène extrudé revêtus d'une fine couche (10
mm d'épaisseur) de mortier modifié. En utilisant ces
panneaux, il n'est plus besoin, sauf sur le périmètre,
de réaliser un lestage en graviers ou en dalles. Ces
panneaux, faciles à transporter et à mettre en place,
présentent une finition de surface très correcte et ne
représentent pour la structure existante qu'une
surcharge de 25 kg par m2. Ce système a obtenu un
agrément technique. Il demande une attention
particulière pour la finition des bords car, d'une part,
les chants des panneaux doivent être protégés
contre l'action des rayons solaires et, d'autre part,
les rives du toit doivent dépasser d'au moins 5 cm le
bord supérieur des panneaux pour éviter que le vent
ne puisse pénétrer sous les panneaux.
18
maginons maintenant un autre cas : la toiture qui
pose problème est une toiture réalisée selon la technique de la toiture froide. Voyons comment on peut porter remède à cette situation.
A nouveau, il y a deux possibilités à traiter.
Nous rappellerons aussi qu'il est possible de projeter
I
sur le support existant maintenu en place une
mousse à base de polyuréthane qui joue les rôles
d'isolant thermique et de membrane d'étanchéité.
Dans tous les cas, il s'agira de vérifier que les relevés
de toiture (rives, ...) présentent une hauteur
suffisante pour permettre la pose des nouvelles
couches envisagées tout en préservant le caractère
étanche de la toiture et de ses ouvrages annexes.
B
Si la technique de la " toiture inversée " ne peut
être mise en oeuvre, il faut réaliser une " toiture chaude ", technique qui donne aussi d'excellents résultats et qui a été choisie par Mr JAMAER.
Nous verrons plus en détail dans le chapitre 4 ce qui
a été réalisé au collège Saint Louis:
☞ enlèvement du lestage
☞ pose de la nouvelle isolation sur
le support égalisé
☞ pose d’une nouvelle étanchéité
☞ remise en place du lestage
19
Cas d’une toiture froide
A
Si la force portante du support est encore
B
Si la force portante du support n'est plus
suffisante, plusieurs solutions sont
suffisante, il faut le plus souvent procéder au
envisageables.
démontage complet de la toiture existante et
envisager la réalisation d'un nouveau complexe de
Ainsi, si la couche d'isolant thermique en place est
toiture selon la technique de la "toiture chaude" ou
de faible épaisseur, il est peut-être possible de
celle de la "toiture inversée".
mettre en place une couche supplémentaire
d'isolant sur la structure portante et de recouvrir
Rappelons cependant qu'il existe des panneaux
ensuite cette nouvelle couche isolante d'une
spécialement mis au point pour la réalisation d'une
nouvelle membrane d'étanchéité. Le but poursuivi
"toiture inversée" légère
est de déplacer le point de rosée de manière à
l'amener au-dessus de l'étanchéité existante qui est
Dans le même ordre d'idée, il existe aussi sur le
laissée en place (elle devient alors un pare-vapeur) ;
marché des dalles isolantes revêtues d'une couche
si ce but est atteint, il n'y aura plus de condensation
de béton renforcé de fibres, couche de 20 mm
dans la structure portante du toit.
d'épaisseur et présentant une surface du type "silex
lavé" (poids approximatif de ces dalles : 45 kg par
La détermination de l'épaisseur d'isolant nécessaire
m2).
est obtenue par un calcul thermique qui doit
prendre en compte tous les paramètres de la
Parfois, il est possible de conserver un support dont
situation existante. L'explication de ce calcul n'entre
la force portante n'est plus suffisante, en mettant en
pas dans le sujet de la présente brochure * : nous
place par-dessus des panneaux d'isolation
retiendrons simplement qu'en règle générale, la
autoportants. L'épaisseur de ces panneaux isolants
valeur d'isolation du nouvel isolant doit être 1,5 fois
devra répondre à deux conditions : armature
plus grande que celle de l'isolation existante. Nous
calculée en fonction des portées à franchir entre
rappelons que, dans la plupart des cas, il faudra
appuis, isolant à calculer en fonction de l'épaisseur
procéder à un sondage de la toiture pour connaître
de l'isolant existant maintenu en place (problème du
la composition exacte de celle-ci et surtout
déplacement du point de rosée : voir ci-avant). Dans
l'épaisseur de l'isolation en place. Il faudra aussi
ce cas, il sera par exemple fait usage de panneaux
supprimer toutes les busettes ou autres moyens
en mousse rigide de polyuréthane avec armature
d'aération.
métallique dans l'âme, face supérieure en perlite et
face inférieure revêtue d'un complexe d'aluminium
L'autre solution, plus radicale, consiste à enlever
laminé.
l'isolation existante et à réaliser ensuite une " toiture
chaude " ou une " toiture inversée ". Dans la plupart
des cas, cette solution a pour inconvénient de
nécessiter le renouvellement complet du plafond
existant : encore faut-il voir si ce renouvellement ne
s'imposait pas de toute manière pour des motifs
* Voir Norme NBN B62 - 301 : niveau global d’isolation thermique.
Calcul de coefficient K70 relatif aux conditions générales d’isolation
thermique pour les bâtiments destinés en ordre principal au
logement.(! nouvelle règlementation plus étendue et plus sévère,
imposant K55, bientôt imposée en Région Wallonne, rejoignant le
K55 déjà appliqué en Flandre)
esthétiques ... L'étanchéité existante peut rester en
place et devenir, après vérification et moyennant
d'éventuelles réparations, le pare-vapeur du
nouveau système.
20
Enfin si la toiture existante est une
toiture chaude ou inversée, la
rénovation de l’étanchéité est
l’occasion de vérifier l’état de
l’isolation (épaisseur de la couche,
matériau utilisé, présence de parevapeur,...).
Cette vérification peut permettre
d’améliorer la fiabilité de l’isolation si
elle est dégradée ou insuffisante
(nouvel isolant, sur-épaisseur
éventuelle, réalisation d’une toiture
combinée).
21
d'une végétation
particulière à base de
sedum, basse, tout à fait
esthétique, qui ne
Et pourquoi pas une
"toiture verte" ?
nécessite ni entretien, ni
arrosages, en ne
représentant qu'une
N
otre paysage urbain, essentiellement minéral et
métallique, ne peut plus négliger l'apport du
végétal. Elément primordial pour la qualité du climat de nos villes, excellent outil pour lutter contre
le rayonnement solaire excessif et le ruissellement
des eaux, le végétal humidifie l'air, fixe les poussières et produit de l'oxygène.
surcharge de l'ordre de
90 kg par m2 au
maximum (poids humide).
Par comparaison, pour
une " toiture jardin ", il
faut que la structure
portante de la toiture accepte une surcharge qui va
de 110 kg/m2 à plus de 400 kg/m2 en fonction de
l'épaisseur de la couche de terre, et qui permet une
végétation plus variée et plus volumineuse. Et il faut
garder à l'esprit que cette surcharge peut encore
augmenter avec la teneur en eau du substrat...
Connue depuis des millénaires, la redécouverte de
la toiture-verte date d'il y a une quinzaine d'années.
La fiabilité technique des matériaux utilisés est
aujourd'hui assurée et les techniques de culture et
d'adaptation des végétaux sont bien au point. De
grands projets intègrent aujourd'hui cette technique et une ville comme STUTTGART l'impose
même dans son règlement d'urbanisme.
La réalisation correcte d'une " toiture verte " comprendra les couches reprises dans le schéma ci-joint.
La décision de mise en place d'une "toiture verte "
peut être justifiée par plusieurs motifs : espace utile
agrandi dans le cas où cette toiture est rendue
accessible, aspect plus agréable pour l'oeil de ceux
qui vivent ou travaillent plus haut, contribution à la
dépollution des villes, rééquilibrage entre surfaces
imperméabilisées et autres (dans les villes
d'Allemagne, plus de 50 % du sol est imperméabilisé !), amélioration de l'isolation acoustique des
locaux sous-jacents, meilleure régulation de la température intérieure dans ces locaux ... Mais même
l'aspect budgétaire peut faire pencher la balance en
faveur de cette solution car la durée de vie de ce
système est élevée et il ne nécessite que très peu de
maintenance.
1
2
3
4
5
6
Substrat
Couche de filtrage
Couche de suitement
Isolation thermique
Couche antiracines
Couche d’étanchéité
Dissipons tout d'abord un malentendu : la " toiture
verte " (aussi appelée extensive) n'est pas la " toiture jardin " (aussi appelée intensive) dont vous
avez peut-être déjà entendu parler !
◆
La " toiture jardin " demande une conception
Hauteur de croissance
spéciale de la toiture et de sa structure portante
Hauteur de construction
parce qu'elle entraîne la mise en oeuvre d'une
Charge surfacique
épaisse couche de terre, qu'elle exige de fréquents
9cm
0,9kN/m2
soit, 90kg/m2
entretiens et un arrosage régulier.
◆
5-15cm
Quantité d’eau
Dans le cas de la " toiture verte", une couche
de 10 cm d'épaisseur comprenant terre et éléments
de drainage, peut permettre le développement
22
disponible
env. 30l/m2
Plantation
extensive
Il faut insister sur le caractère absolument indispensable de chacune de ces couches. Elles ont en effet
chacune une fonction particulière à assurer. La
couche de plantation (substrat) doit permettre la
diffusion de la vapeur d'eau et être aussi légère que
possible. Son épaisseur et sa composition doivent
être adaptées en fonction des plantes que l'on souhaite voir pousser. Dans tous les cas, il faut assurer
la protection de la membrane d'étanchéité contre
les dommages dus aux activités de jardinage.
Plantation de Sedum ou de
Sedum et gazon rustique
Substrat terreux
Panneau de base
Isolation
Il faut insister aussi sur la nécessaire collaboration
entre les diverses parties (auteur de projet, entrepreneur d'étanchéité, entrepreneur de jardin) afin
de mettre au point les détails de finition qui déboucheront sur une réalisation parfaitement adaptée à
cette technique (hauteur des rives, des jonctions,
des arrêts, installation éventuelle de conduites pour
l'arrosage, choix de la pente de toiture, ...).
Surface de
toiture
23
CHAPITRE IV
L'entrepreneur retenu, après installation de son matériel
et des dispositifs de sécurité nécessaires, enlève d'abord
le lestage en gravier roulé qui était en place. Il le met en
réserve pour le réutiliser une fois les nouvelles couches
installées.
Le chantier
Après l'enlèvement des busettes de ventilation existantes, le découpage et le séchage des éventuelles
boursouflures, le colmatage des dégradations et fissures
dans l'étanchéité en place, il pose une couche de panneaux en mousse de polyuréthane (épaisseur 50 mm,
panneaux revêtus sur les deux faces d'un voile de verre
bitumé imputrescible) sur une couche de bitume couvrant 50 % de la surface (pose semi-soudée).
Une couche de roofing armé de fibres de polyester
(épaisseur 4 mm, poids de 180 g / m2) est ensuite posée
librement sur les panneaux d'isolation pour servir de
couche de diffusion de vapeur d'eau. La membrane
d'étanchéité de surface, constituée d'un roofing armé de
fibres de verre (épaisseur 4 mm, poids de 250 g / m2),
est ensuite posée.
La nouvelle toiture du collège Saint-Louis à Waremme
rrivé au bout du processus de réflexion et de décision, ayant reçu l'accord de la direction de l'établissement et ayant désigné l'adjudicataire des travaux,
il reste à Mr JAMAER à passer à la phase de réalisation
des travaux...
A
Enfin, avant la remise en place du lestage en gravier
roulé, une couche de séparation constituée d'un voile de
polyester non-tissé est déroulée sur la membrane d'étanchéité.
Le problème du calendrier des travaux est rapidement
réglé. Dans l'intérêt de toutes les parties, il est convenu
avec l'entrepreneur de réaliser les travaux en période
de congé scolaire. Ce choix permet d'évacuer dans une
très large mesure les soucis relatifs à la protection des
enfants et des personnes fréquentant l'établissement.
Pour toutes les remontées verticales, le vieux roofing est
d'abord enlevé et évacué du chantier. La surface, nettoyée, est recouverte d'une couche de vernis d'adhérence puis d'une couche de bitume et enfin d'une
couche de roofing armé de fibres de verre (épaisseur
4 mm, poids de 250 g / m2, avec paillettes ardoisées).
Les solins sont enlevés pour être remplacés par des profilés en aluminium, fixés mécaniquement et rejointoyés
au moyen d'un mastic à base de silicone. Enfin, les huit
avaloirs en plomb existants sont remplacés.
Vu la technique retenue, les matériaux choisis et le
maintien en place de l'ancienne étanchéité, les problèmes de protection de l'immeuble vis-à-vis des intempéries, pendant la durée des travaux, sont eux aussi fortement diminués.
Mais voyons ensemble le déroulement du chantier.
Le chantier a duré un peu plus d'une semaine. Le coût
s'est situé à 1800 F/m2, TVA comprise.
La technique retenue pour le Collège St-LOUIS est celle
de la " toiture chaude ".
24
près avoir décrit le cas particulier du Collège StLOUIS, attardons-nous un peu, de manière plus
générale, sur les grandes étapes de la rénovation d'une
toiture plate existante.
A
Pente de la toiture
A
Nous avons examiné les diverses possibilités de rénovation d'une toiture plate. Il faut ensuite nous souvenir que
le meilleur poseur d'étanchéité du pays ne pourra fournir un travail de qualité si le support a été mal préparé.
Si cela s'avère nécessaire, il faut donc accepter d'investir dans la correction du support lors d'une opération de
rénovation de toiture plate.
u même titre que les éléments de la structure
portante ou de l'isolation, l'évacuation de l'eau
sur une toiture doit être étudiée avec soin. Il y a en
fait deux éléments à mettre en oeuvre pour véhiculer l'eau sur une toiture et l'en faire partir : la pente
de la toiture et les évacuations. Grâce à la pente de
la toiture, les eaux coulent vers les gouttières ou
autres points de rassemblement. Ce sont ensuite les
évacuations qui conduisent les eaux vers les égouts.
C'est pourquoi un des autres éléments qui peut orienter
le choix d'un système est l'existence d'une pente destinée à provoquer l'évacuation des eaux. Cette pente estelle suffisante ? Comment est-elle constituée ? Est-elle
régulière et en bon état ?
◆
La pente de la toiture doit être étudiée et
réalisée de telle façon qu'en tout point de la toiture,
l'eau puisse être évacuée. Car de l'eau sur le toit,
c'est aussi de la glace sur le toit et cette glace peut
être à l'origine de dégâts importants. Cela signifie
notamment qu'il faut déterminer la pente de la
toiture en tenant compte du fléchissement inévitable
de la construction porteuse : dans le cas de
constructions légères, le fléchissement dans plusieurs
directions peut parfois rendre nulle l'efficacité de la
pente.
◆
Une pente de 2 % est conseillée par la plupart
des directives techniques. Si la pente n'atteint pas ce
chiffre, il faudra envisager l'amélioration de
l'étanchéité, par exemple par l'ajout d'une couche
supplémentaire.
◆
Si le support lui-même ne peut présenter une
pente, il faut mettre en place une " forme de pente
" qui réalise le profil de la toiture plate. Il existe
plusieurs possibilités de réaliser cette forme de
pente.
A.
Le béton de pente est une première réponse : composé de
granulats lourds, de sable, de ciment et d'eau, il présente un
comportement très proche de celui d'une structure portante en
béton.
Le béton de pente peut aussi être composé de granulats légers
(argile, laitier, matière isolante) : cela peut donner de bons
résultats (isolation thermique améliorée) mais aussi capter une
grande partie des condensats dans le cas où l'isolant qui le
25
recouvre n'a pas une épaisseur suffisante. Il en résulte alors un
qui sont toujours le fruit d'une étude " sur mesure "
poids plus important et une diminution de la valeur isolante. C'est
est évidemment beaucoup plus élevé que celui des
une solution à déconseiller.
panneaux standards !
B.
◆
Nous signalerons encore, variante améliorée de la solution
Le type de surface de la membrane d'étanchéité
précédente, la possibilité de mettre en place une forme de pente
sera aussi pris en compte : plus elle sera rugueuse,
composée de panneaux d'isolation (en mousse de polyuréthane
plus il sera difficile à l'eau de s'écouler... La présence
ou en polystyrène expansé) d'épaisseur variable enrobés dans un
d'un lestage en graviers ou d'obstacles tels que
mortier à base de granulats légers. L'humidité apportée lors de la
coupoles, cheminées, installations techniques,
mise en oeuvre peut être dans ce cas limitée et cela peut
contrarieront aussi l'écoulement des eaux et
constituer, lorsque le toit présente des relevés d'étanchéité
pourront aboutir à la constitution de points
suffisants, une solution intéressante dans le cadre d'une
d'accumulation d'eau stagnante. Il faut aussi savoir
rénovation de toiture.
qu'une pente choisie trop faible au moment de la
conception peut devenir nulle lors de la réalisation
suite aux imprécisions en cours de travaux.
◆
L'évacuation des eaux de pluie doit faire l'objet
d'un calcul de dimensionnement. Il ne suffit pas de
calculer le diamètre intérieur de la descente d'eau de
pluie en fonction de la surface de toiture qu'il aura
en charge, il faut aussi envisager la répartition de
ces évacuations d'eau. Leur emplacement doit être
tel que toute l'eau présente sur le toit puisse couler
vers elles sans encombre. Or plus la distance entre
les évacuations est grande, plus le risque de
formation de flaques d'eau stagnante sera grand. Il
C.
Dans le cas d'une rénovation de toiture, il faut commencer
faut enfin assurer l'entretien de ces écoulements
par relever avec soin les différents niveaux existants afin de
d'eau. Les évacuations peuvent en effet se boucher,
vérifier que les pentes disponibles sont satisfaisantes. Si ce n'est
surtout dans un environnement boisé. Dans tous les
pas le cas, il faudra corriger la situation existante. Ce n'est pas
cas, il faut que les trop-pleins soient en mesure
chose aisée ! Une solution possible est la mise en place sur le
d'évacuer les eaux qui ne pourraient plus l'être par
support existant de panneaux à pente intégrée.
les voies normales. La réalisation de ces évacuations,
points très sensibles de la toiture, doit être l'objet de
soins tout particuliers.
Cette technique des panneaux à pente intégrée a
pour avantage principal de permettre la réalisation
de l'isolation et de la pente en une seule opération.
Il existe sur le marché toute une gamme de
panneaux, d'épaisseurs variées et présentant une
ou deux pentes. Les services d'étude des
producteurs de ces panneaux mettent au point le
"plan de pose" des panneaux qu'il faudra suivre
scrupuleusement. Le coût de ce type de panneaux
26
l faut ensuite penser à la mise en place d'un parevapeur, c'est une réponse valable et parfois indispensable à une source de problèmes des toitures plates, à
savoir la migration de la vapeur d'eau.
I
Pare-vapeur
L
es pressions de vapeur d'eau sont dues, d'une
part, aux conditions climatiques intérieures
(conditions d'occupation du bâtiment et humidité
de construction) et, d'autre part, aux conditions climatiques extérieures.
Pour caractériser les conditions climatiques intérieures, les bâtiments sont rangés dans 4 classes climatiques :
☛
classe I : bâtiment à production d'humidité
nulle ou faible (églises...) ;
☛
classe II : bâtiment à production d'humidité
limitée avec bonne ventilation (écoles...) ;
☛
classe III : bâtiment à utilisation intense
(maisons de soins...) ;
☛
classe IV : bâtiment à production d'humidité
élevée (piscines...).
Outre la charge d'humidité causée par les locaux
sous-jacents, l'humidité de construction peut également constituer une charge très élevée pour l'isolant et la membrane d'étanchéité. Les quantités
d'eau accumulées pendant la fabrication, le stockage, le transport et la mise en oeuvre de certains
matériaux (cas des bétons et autres matières pierreuses entrant dans la confection de certaines
structures portantes) sont parfois très importantes
et le temps nécessaire pour revenir à une situation
en équilibre avec le climat intérieur peut parfois être
très long.
27
D
Mais quand faut-il prévoir
un pare-vapeur ?
ans la technique de la " toiture inversée ", la
pose d'un pare-vapeur est superflue car la
couche d'isolation est posée sur la membrane
d'étanchéité et est recouverte de façon à laisser
s'évaporer l'humidité.
Dans la technique de la " toiture chaude ", compte tenu des conditions météorologiques dans notre
pays, il faut toujours appliquer un pare-vapeur pour
les toitures dont la structure portante est composée
de matières pierreuses car celles-ci, sauf si des
mesures très spéciales peuvent garantir que le produit sera sec, renferment un niveau d'humidité
élevé. Pour les toitures à structure en bois situées
au-dessus de locaux habités, il faut aussi toujours
prévoir un pare-vapeur.
Pour les toitures à structure métallique situées audessus de locaux habités, il faut que ceux-ci soient
rangés en classe climatique III pour que la mise en
place d'un pare-vapeur devienne nécessaire.
De manière générale, pour les toitures situées audessus de locaux appartenant à la classe climatique
IV, il faut toujours appliquer un pare-vapeur.
L
es pare-vapeur sont classés en 4 catégories suivant leur résistance à la diffusion. L'efficacité
d'un pare-vapeur est déterminée par plusieurs facteurs dont l'étanchéité à l'air des joints. En effet, la
qualité de la mise en oeuvre est très importante et
il faut à tout prix éviter les fissures, interruptions,
joints ouverts... C'est pourquoi on donne la préférence à un pare-vapeur collé au support. Le long
des rives et des relevés de toiture, la couche parevapeur doit être intégrée dans la membrane d'étanchéité.
Mais quel pare-vapeur faut-il placer ?
Le pare-vapeur doit toujours se trouver du côté
chaud, c'est à dire sous l'isolant mais au-dessus du
support. Il doit avoir la température de surface la
plus élevée possible pour éviter toute condensation
de vapeur.
Il faut signaler que parmi tous les matériaux isolants, seul le verre cellulaire est entièrement imperméable à la vapeur d'eau et ne nécessite donc
aucun pare-vapeur.
Dans la pratique, compte tenu de notre
climat très variable et du taux de
pluviosité de nos régions, la pose d'un
pare-vapeur est une opération délicate
car il n'est pas facile d'éviter l'inclusion
d'humidité entre le pare-vapeur et la
membrane d'étanchéité. Et cette
humidité, prisonnière dans la couche
isolante, peut être à l'origine de la
formation de renflements et de
boursouflures au niveau de la
membrane d'étanchéité...
28
◆
Pour coller les panneaux isolants sur leur
support, la colle la plus utilisée est le bitume oxydé
mis en oeuvre à chaud (environ 200 °C). Il faut
Et la couche
d'isolation ?
◆
veiller à couler suffisamment de bitume et à poser
les panneaux d'isolation avant que le bitume ne
durcisse. Cette technique est peu employée lorsque
Le choix de l'épaisseur de l'isolant thermique à
le support est constitué de tôles profilées
mettre en place peut être déterminé selon plusieurs
métalliques car, dans ce cas, le bitume refroidit trop
critères :
☛
vite. Le collage au moyen de colles bitumineuses à
froid est de plus en plus employé mais il faut
une résistance thermique minimale que
l'on s'impose ou qu'il faut atteindre pour
pouvoir bénéficier de subsides ;
s'assurer de la compatibilité du support, de la colle
et de l'isolation ainsi que du pouvoir d'adhérence.
Tout comme pour les colles synthétiques, la pose se
☛
une épaisseur d'isolation économique ;
☛
la géométrie du toit dans le cas
d'une isolation à pente ;
☛
l'épaisseur nécessaire pour franchir
le creux de l'onde dans le cas
des toitures profilées métalliques.
◆
La détermination de l'épaisseur optimale de la
fait le plus souvent en semi-indépendance.
couche isolante à mettre en place doit faire l'objet
d'une procédure de calcul rigoureuse*. On peut
retenir que l'obtention d'une valeur
k = 0.3 W / m2 K est un bon résultat pour une
Dans les cas d'un panneau isolant fixé par un
toiture plate.
◆
collage sur toute la surface ou sur une partie de
celle-ci, la résistance à la délamination du panneau
Le mode de pose de l'isolation dépend de celui
isolant devra être
de l'étanchéité. Lorsque l'étanchéité est fixée
excellente. L'étanchéité
mécaniquement ou lestée, l'isolation peut être posée
sera dans ces cas
librement. Lorsque l'étanchéité est collée, l'isolation
entièrement collée sur le
est collée ou fixée mécaniquement.
panneau isolant au moyen
de bitume chaud, de colle
Si la pose en indépendance de l'isolation est en
bitumineuse à froid ou
principe possible, l'expérience montre qu'il est
encore par soudage.
toujours préférable de fixer l'isolation sur son
support.
◆
Lorsque des fixations mécaniques sont utilisées
pour le maintien en place de l'isolant (presque
Quelle que soit la technique de pose, il faut placer
exclusivement dans le cas de structure portante en
au moins une première couche d'étanchéité
panneaux de métal profilés ou en dalles de béton
immédiatement après la pose de l'isolant de manière
cellulaire), les moyens utilisés devront être capables
à le protéger complètement.
de résister sans fatigue aux charges mécaniques et
ne pourront provoquer de corrosion par contact. Le
* Voir NB2 B62-301 : niveau global d’isolation thermique
29
Et l'étanchéité?
E
n ce qui concerne la membrane d'étanchéité,
différentes techniques de fixation peuvent être
employées.
On distingue généralement :
nombre de points de fixation dépend de l'action du
☛
la fixation mécanique ;
que du type et des dimensions de l'ancrage.
☛
la pose libre avec lestage
(pose en indépendance) ;
◆
☛
l'étanchéité partiellement collée
(pose en semi-indépendance) ;
☛
l'étanchéité entièrement collée ou soudée
(pose en adhérence totale).
vent, des propriétés mécaniques de l'isolation ainsi
Une autre technique est possible pour améliorer
le niveau de l'isolation thermique d'une toiture
plate, à savoir la technique du béton de pente
isolant. Cette technique qui peut utiliser un mélange
à base d'argile expansée, de verre cellulaire, de
collage à froid
perlite ou encore de polystyrène expansé, est à
déconseiller car, d'une part, elle nécessite de fortes
épaisseurs pour obtenir un coefficient k valable (30 à
40 cm de béton pour un k = 0,3 W / m2 K) et,
d'autre part, ces bétons légers présentent souvent
une grande rétention d'humidité (parfois même
pendant des années !) et leurs caractéristiques
d'isolation sont dès lors sujettes à caution...
◆
A propos de la couche d'isolation thermique, il
Chacune des deux dernières techniques offre à
son tour le choix entre
trois méthodes de pose
qui sont équivalentes du
point de vue qualitatif : il
s'agit de la méthode de
collage au bitume à
chaud, de la méthode
collage au bitume chaud
de soudage à la flamme
et de la méthode de collage à froid (qui ne peut
être appliquée pour la pose en semi-indépendance).
faut absolument attirer l'attention sur le fait qu'il ne
suffit pas de déposer un matelas isolant sur une
toiture plate pour améliorer définitivement une
situation. En effet, si le problème des éventuels
"ponts thermiques" n'est pas traité efficacement, ces
" ponts thermiques " peuvent ruiner les efforts
réalisés...
Rappelons que ces " ponts thermiques " sont des
endroits de l'enveloppe du bâtiment où l'isolation
thermique est interrompue : la résistance à la
◆
transmission de la chaleur y est dès lors affaiblie...
qui est retenue, l'étanchéité sera d'abord mise en
Si c'est la technique de la " toiture inversée "
place. Cette pose se fera de préférence selon la
technique de la pose en adhérence totale car, en cas
d'infiltration, cela évitera que l'eau coule sous la
membrane d'étanchéité rendant plus difficile la
localisation du défaut. Rappelons que pour
30
nfin, tous les détails de finition méritent une attention
particulière et doivent être réalisés selon les règles de
l'art et avec beaucoup de soin. Dans le cas d'une rénovation de toiture plate existante, tous les ouvrages
accessoires tels que rives, joints de dilatation, avaloirs,
supports de lanterneaux, solins, ... devront être remplacés ou adaptés en fonction de la technique choisie.
permettre une mise en place correcte de cette
E
étanchéité, il faut absolument que le support soit
parfaitement régulier et dépourvu d'aspérités.
L'étanchéité ayant été mise en place, il s'agira de
disposer les panneaux isolants et puis de les lester.
Ce lestage, sous forme de
graviers roulés ou de dalles
en béton, ne doit pas
uniquement assurer au "
complexe toiture " une
résistance suffisante aux
effets de " succion du vent
". Il faut en plus que les
graviers et les dalles ne puissent pas s'envoler ou
rouler sur la toiture : c'est pour cette raison que le
gravier doit avoir un diamètre minimum (calibre 16 /
32 mm au moins) et les dalles des dimensions et un
poids au m2 minima. En cas de besoin, il est
possible de fixer le gravier par l'addition d'une
émulsion polymère. Pour protéger la membrane
d'étanchéité contre les fragments de graviers (à
craindre surtout lors de la mise en place) mais aussi
contre les infiltrations de poussières ou de sable qui
peuvent avoir pour conséquence d'élargir les joints
entre panneaux, il est possible de prévoir entre la
couche d'isolation et la couche de lestage un voile
fabriqué en fibres de polyester ou de polypropylène
(pas en fibres de verre car ces films pourrissent, ni
en polyéthylène car celui-ci fonctionne comme un
pare-vapeur), voile perméable à la vapeur d'eau d'un
poids d'au moins 140 g / m2.
En fonction de l'environnement du bâtiment
(présence d'arbres, de sable, de poussières
industrielles...), il est conseillé de nettoyer ou de
renouveler la couche de lestage 5 à 7 ans après sa
mise en place.
◆
De manière générale, la technique de fixation
partielle est préférable à la technique en adhérence
totale car les petites imperfections du support
auront alors moins d'importance sur la tenue de la
nouvelle couverture et les risques de cloquage de la
nouvelle membrane d'étanchéité par suite de la
présence d'humidité dans l'ancienne couverture
seront réduits.
31
A
P
insi, les murs acrotère doivent être recouverts
entièrement et dans tous les cas, qu'il soit fait
usage d'un profil de rive ou d'un couvre-mur, il faut
que la face supérieure de ce mur acrotère comporte une légère pente vers l'intérieur.
our faire face aux différents agents agresseurs
que sont le soleil, la pluie, le vent,..., une panoplie de remèdes ont été développés au cours du
temps.
Ainsi, pour prolonger la durée de vie de la membrane d'étanchéité, il existe plusieurs façons de la
protéger.
Les joints de dilatation feront l'objet d'un soin tout
particulier : ils seront réalisés dans le sens de la
pente et munis, aux endroits des lèvres des joints,
d'un rehaussement du support de sorte que les
eaux d'écoulement ne puissent les franchir.
Une première manière consiste à protéger la surface de la membrane contre le rayonnement solaire et
les chocs thermiques.
Il est en effet possible de mettre en place sur la
membrane une protection légère composée d'une
couche mince, de ton clair, réalisée à base de granulats synthétiques ou d'ardoises concassées en
paillettes. Cette protection, mise en place en usine
ou sur chantier, peut aussi prendre la forme d'une
peinture ou d'un enduit réfléchissant à base d'aluminium. Il faut savoir que, suite à l'action de l'eau
de pluie, ces peintures n'ont pas un caractère définitif (nouvelle couche tous les 5 ans environ) et il
faut remarquer que leur effet régulateur vis-à-vis
des chocs thermiques est faible.
Joint de dilatation - collège Saint Louis à Waremme
Il faut toujours prévoir un chanfrein le long des
reliefs et autres parties saillantes !
Si la structure portante le permet, une protection
lourde est aussi envisageable. Elle peut consister en
une couche de gravier roulé d'une épaisseur minimale de 5 cm (le lestage dont nous avons parlé ciavant) ou en la mise en place de dalles de pavage. Ces dalles de béton, de pierre naturelle, de terre
cuite, ... sont posées sur des supports réglables en
plastique appelés plots, supports disposés à chaque
coin de la dalle. Une attention particulière doit être
portée dans ce cas pour éviter de faire des
empreintes dans la membrane d'étanchéité.
Quant aux évacuations d'eau, elles doivent être placées au niveau correct. C'est particulièrement le cas
dans les " toitures inversées " qui présentent pour
particularité de rendre possible l'écoulement de
l'eau sur et sous la couche isolante : il faut éviter à
tout prix que l'eau s'écoulant sous l'isolation soit
prisonnière par la faute d'une crépine placée trop
haut.
Il faut toujours prévoir un trop-plein situé en dessous du niveau des relevés d'étanchéité ; cette sécurité indispensable peut prendre la forme d'une gargouille ou de rives suffisamment basses pour permettre l'évacuation du surplus d'eau en cas de
besoin.
Il existe aussi sur le marché des dalles en béton dont
la sous-face est moulée de manière telle que le passage de l'eau soit possible : ces dalles-drainantes
peuvent être posées directement sur la membrane
d'étanchéité.
Dans ce cas, il faut signaler qu'un dispositif d'arrêt
de gravier spécialement perforé doit être mis en
place autour des évacuations d'eau.
Enfin, il est toujours possible de mettre en place un
plancher en bois traité mais celui-ci ne peut être
pris en compte comme lestage dans le cas de toitures fort exposées.
Toutes ces protections lourdes rendent la toiture
"accessible" et permettent parfois de lui attribuer
une autre fonction (terrasse, parking, ...).
Arrêt de gravier à l’endroit de l’évacuation d’eau
Collège Saint Louis à Waremme
32
e nouveau toit du bâtiment du Collège St-LOUIS
étant en place depuis plus d'un an (travaux réalisés
en juillet 1994), il nous faut maintenant tirer les premiers
enseignements de cette expérience. Grace à la pose
d'un isolant, il y a tout d'abord les résultats tangibles au
niveau de l'économie de combustible de chauffage et
du confort des occupants.
CHAPITRE V
L
Les résultats obtenus
Quelques chiffres :
Pour ce qui concerne le budget, l'économie annuelle
estimée, par la voie du calcul théorique s'élève à environ 150 F / m2 de toiture par an. Cela représente dans
le cas du Collège St-LOUIS une somme de l'ordre de
120.000 F par an. Comparé au coût de l'isolation thermique qui est de 390.000 F, cela signifie que l'investissement isolation est rentabilisé en un peu plus de 3 ans.
Ce calcul théorique doit encore être confirmé dans la
pratique, mais si on tient compte des subsides octroyés
par la Région Wallone liés à la pose d'une isolation
(rénovation énergétique), alors l'investissement est remboursé en moins d'un an! C'est là un beau résultat mais
d'autres paramètres doivent idéalement être pris en
compte au moment de la décision. En effet, trop souvent, seul l'investissement initial est pris en compte par
le gestionnaire qui doit faire face à un problème de
rénovation de toiture. Il devrait pourtant aussi considérer la durée de vie du système, les frais d'entretien, le
coût des réparations, les frais de chauffage, l'évolution
probable du prix de l'énergie... Sans parler des taux d'intérêt appliqués à l'éventuel emprunt nécessaire pour le
financement des travaux et des effets de l'inflation... Il
n'est évidemment pas facile d'intégrer l'ensemble de ces
données mais le recours à des spécialistes et à des logiciels d'aide à la décision est toujours possible pour ces
sujets.
Le confort des occupants est évidemment amélioré puisqu'il n'y a plus aujourd'hui de fuites et que "l'ambiance"
dans les locaux situés sous la toiture est beaucoup moins
"variable". Mais au-delà des considérations financières,
il y a aussi les aspects psychologiques positifs pour ceux
qui sont à la base de cette opération. Aujourd'hui, ils ont
conscience d'avoir réussi leur pari et, forts de cette première expérience réussie, ils envisagent de lancer
d'autres opérations poursuivant les mêmes objectifs globaux !
Superficie de la toiture
800m2
Épaisseur d'isolant
50mm
Coéfficient K de la toiture
0,3 W/m2K
Coût des travaux (TVAC)
Leur prochaine cible devrait être l'isolation d'un murpignon orienté au Sud-Ouest. La mise au point d'une
comptabilité énergétique et une remise en question au
niveau de l'alimentation en électricité des bâtiments
sont aussi à l'ordre du jour ...
Travaux de préparation
219.000 Fb
Isolation thermique
390.000 Fb
Étanchéité
735.000 Fb
Lestage
126.000 Fb
Total
1.470.000 Fb
ou 1837 Fb/m2
Économie estimée
20 l mazout/m2 an
ou 150 Fb/m2 an
(à 7,5 Fb/l)
Surcoût isolation*
488 Fb/m2
Temps de retour
de l'investissement
isolation
3,25 ans
Subsides de la RW pour
rénovation énergétique**
300.000 Fb
Temps de retour net
du surcoût isolation
9 mois
* la réfection de l'étanchéité était obligatoire
** obtenus grâce à l'installation d'une isolation thermique
33
l reste maintenant à assurer l'entretien correct de cette
toiture remise à neuf. Il s'agira essentiellement d'inspecter régulièrement la membrane d'étanchéité, les
évacuations d'eau, les gouttières, les tuyaux de tropplein, les finitions des bords de toiture... Cet entretien
régulier peut améliorer nettement la durée de vie d'une
toiture : il peut être assuré, via un contrat, par l'entrepreneur qui a réalisé les travaux (inspection tous les six
mois par exemple).
I
Si la technique de la " toiture inversée " avait été retenue, il s'agirait aussi d'inspecter l'isolation et d'empêcher,
si besoin par le recours à un herbicide à base d'eau, le
développement de végétation sur ce toit.
34
ment. Une filière de recyclage s’est également mise
en place pour la laine de roche.
Signalons aussi que, pour la " toiture inversée ", il
est envisageable de réutiliser les panneaux d'isolation après réparation ou modifications apportées à
la toiture...
La protection de notre
environnement
A
vant de conclure la présente étude de cas, nous
voudrions encore attirer votre attention sur une
autre facette du problème, facette qui peut vous
paraître annexe et en tous cas fort éloignée du sujet
de départ mais qui nous semble pourtant importante : la protection de notre environnement.
Au-delà du choix des matériaux mis en oeuvre, le
choix de la technique peut aussi intégrer ce paramètre " environnement ".
Ainsi, la " toiture verte " participe au maintien d'un
environnement climatique favorable. En effet,
chaque plante constitue une véritable " usine à oxygène ", elle filtre l'air en absorbant le CO2, mais
elle accumule aussi l'eau de pluie, fixe les poussières et réduit la vitesse du vent.
Chauffer moins en isolant sa toiture, c'est en effet
déjà participer à la protection de l'environnement.
D'autres aspects non moins importants sont à
prendre en considération.
La mise en oeuvre d'une " toiture verte " permet
également d'augmenter la durée de vie de la membrane d'étanchéité et c'est un élément globalement
favorable si l'on se souvient que ces membranes
sont fabriquées pour l'essentiel à base de produits
hydrocarbures.
Il s'agit par exemple du type d'isolant. Quelles sont
les matières premières nécessaires à sa fabrication ?
Quel est le procédé de fabrication et peut-il engendrer des nuisances pour l'environnement ? Le matériau isolant présente-t-il des risques pour la santé
des personnes appelées à le mettre en oeuvre ? Que
devient cet isolant lorsqu'il est retiré d'une toiture
et mis en décharge ? Est-il possible de le recycler ?
Enfin, la " toiture verte ", en améliorant les performances thermiques de la toiture, diminue les
besoins en énergie du bâtiment et protège efficacement celui-ci contre les bruits extérieurs, participant ainsi au confort acoustique des occupants.
Certains matériaux isolants sont produits à base de
produits naturels et ne contiennent aucun produit
nocif pour l'environnement. Sous la pression de
l'opinion publique, il faut remarquer par exemple
que les fabricants de panneaux isolants à base de
polystyrène extrudé ou de polyuréthane ont mis au
point des substances alternatives aux CFC qu'ils
employaient comme " agents gonflants " (probléme de la préservation de la couche d'ozone).
Le verre cellulaire est biologiquement neutre et ne
dégage pas de gaz pendant toute sa durée de vie.
Il est recyclable et son processus de fabrication est
inoffensif pour les personnes et pour l'environne-
35
Une conclusion
provisoire
Petit lexique
Nous arrivons à la fin de l'histoire...
Nous espérons qu'après la lecture de ces quelques
pages, vous accorderez vous aussi un peu plus d'attention aux toitures plates qui vous protègent.
Le coefficient λ est le coefficient de conductivité
thermique. Il caractérise la qualité d'isolation d'un
matériau. Plus la valeur de conductivité thermique
d'un matériau est faible, plus le matériau est isolant. La conductivité thermique d'un matériau est la
quantité de chaleur traversant un mètre d'épaisseur
du matériau, en une heure et en régime stationnaire, par m2 de surface et pour un degré de différence de température entre les deux faces. Elle s'exprime en Watt par mètre et degré Kelvin (W / mK). Un
matériau est considéré comme isolant lorsque son
coefficient λ est inférieur à 0,08 W / mK.
En effet, il est temps que ces surfaces qui constituent la cinquième façade d'un immeuble, ne
soient plus traitées en parent pauvre. Parce qu'elles
jouent un rôle important dans le "confort global"
que peut procurer un bâtiment à ses occupants,
elles devraient dorénavant faire l'objet d'études
sérieuses lorsqu'il s'agit d'investir dans leur remise à
neuf et de soins particuliers tant pour leur entretien
que pour les éventuelles réparations à y réaliser.
Le symbole R désigne la résistance d'un matériau,
c'est à dire son pouvoir de freiner le flux de chaleur
à travers lui. Cette résistance s'exprime en m2 et
degré Kelvin par Watt (m2K / W).
Vous avez pu constater d'une part que le problème
est complexe et qu’il mérite d’être pris très au
sérieux et, d'autre part, que la variété des produits
et des techniques disponibles, résultat d'une évolution rapide dans le domaine de la chimie, permet
d'apporter une réponse adéquate à chaque problème.
Aussi, avant de faire votre choix, comparez différentes solutions et faites appel à différents entrepreneurs spécialisés.
Le coefficient K est le coefficient de transmission
thermique d'une paroi composite ; il est l'inverse de
la résistance totale de la paroi obtenue en additionnant la résistance des différentes couches constitutives et les résistances superficielles de chaque face.
Il s'exprime en Watt par m2 et degré Kelvin
(W/m2K).
Pour obtenir de leur part des devis clairs et comparables, il faut préalablement avoir bien cerné les
solutions que vous jugez intéressantes. C'est à ce
niveau que les conseils d'un architecte ou d'un
ingénieur compétent dans ce domaine peuvent se
révéler très précieux. Ils pourront vous aider à traiter le problème de manière globale et à choisir des
techniques et produits compatibles.
Nous signalerons aussi l'importance que peuvent
prendre certains incitants mis au point par les pouvoirs publics, qu'il s'agisse d'aide sous forme de
conseils techniques ou de subsides.
La perméabilité à la vapeur d'eau d'un matériau
est la quantité de vapeur qui traverse 1 m2 du
matériau par seconde sous une différence de pression d'un Pascal entre ses faces. La résistance à la
diffusion de la vapeur d'eau est l'inverse de la
perméabilité : elle est mesurée comparativement à
l'air auquel la valeur 1 est attribuée. Cette résistance exprime donc la difficulté qu'éprouve la vapeur
d'eau à traverser un matériau : c'est le coefficient µ
qui indique cette résistance.
36
Centre d'Information du Bitume Asbl
Bd Bockstael, 351 (boite 2) - 1020 Bruxelles
Pour aider au diagnostic des principales pathologies de la
Les adresses utiles
construction, un ouvrage très pratique a été édité chez De
Boeck dans la série Perspectives Immobilières. Il s'agit de la
Les Agréments Techniques (ATG) sont délivrés
en Belgique par
☛
BLONDIAU et intitulé "Les Défauts de la construction".
l'Union Belge pour l'Agrément technique
dans la construction (UBAtc)
Ministère des Communications et de l'Infrastructure
Tél. : 02/287.33.33.
☛
troisième Edition d'un ouvrage anglais traduit par J.
La revue de la toiture DIM, éditée par la Sprl PEKA
(02.3753918), nous a fourni, au travers de divers articles,
quelques informations très intéressantes.
Centre Scientifique et Technique
Les différentes brochures d'information éditées par les
de la Construction (CSTC)
Siège social Rue de la Violette, 21-23 - 1000 BRUXELLES
Tél. : 02/.502.66.90.
fabricants de matériaux (isolants et membranes
d'étanchéité) nous ont été aussi fort utiles pour la
rédaction du présent document.
Ce centre essentiellement à la disposition des entreprises,
a notamment rédigé une Note d'Information Technique
consacrée aux toitures plates (NIT 183) ainsi que divers
Illustrations : BASF, BRAAS, ESSEBEL, ICOPAL-SIPLAST,
PERMALITE EUROPE, PITTSBURGH CORNING EUROPE,
ROCKWOOL, LAPINUS, THIERS-HORIZON ISOLATION
articles. Pour les publications, s'adresser au 02/511.33.14.
Réalisation : Institut Wallon asbl avec la collaboration de
Alain Mariage ir. architecte
L'Institut Belge de Normalisation édite les normes en
Éditeur responsable : Ministère de la Région Wallonne
DGTRE - Service de l’Énergie
Av. Prince de Liège, 7 - 5100 Jambes
application pour les marchés publics en Belgique. Les NBN
B46-101, NBN B46-201, NBN B46-301 et NBN B46-401
traitent des toitures.
Remerciements
L'Union Européenne pour l'Agrément technique dans
la construction (UEAtc) a aussi publié plusieurs directives
à propos des revêtements d'étanchéité.
COLLÈGE ST-LOUIS
AVENUE PRINCE RÉGENT, 30
4300 WAREMMES
Aide et Assistance en matière d’utilisation rationnelle
de l’énergie :
Institut Wallon asbl
Bd Frère Orban, 4 - 5000 Namur
tél : 081/25 04 80
Architecture et Climat (UCL)
Place du Levant,1 - 1348 Louvain-La-Neuve
tél : 101/47 21 42
Autres adresses :
Association Belge des Fabricants de Polystyrène
Square Marie-Louise, 49 - 1040 Bruxelles
RESPONSABLES
ENERGIE
Association Belge des Entrepreneurs d'étanchéité
Avenue Grands Champs, 152 - 1150 Bruxelles
Centre d'Etudes et de Recherches des Isolants
Minéraux Asbl
Bd É. Jacqmain, 162 - WTC1 (bte. 13) - 1020 bruxelles
Energie
D G T R E