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Digeste de la construction au Canada; no. CBD-50F, 1966-11
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Méthodes d'isolation des murs de maçonnerie
Digeste de la Construction au Canada
Division des recherches en construction, Conseil national de
recherches Canada
CBD 50F
Méthodes d'isolation des murs de
maçonnerie
Publié à l'origine en novembre 1966 N. B. Hutcheon
Veuillez noter
Cette publication fait partie d'une série qui a cessé de paraître et qui est archivée en tant que référence historique. Pour savoir si l'information contenue est toujours applicable aux pratiques de construction actuelles, les lecteurs doivent prendre conseil auprès d'experts techniques et juridiques.
Les murs externes des bâtiments doivent en séparer l'intérieur de l'extérieur et, en outre, répondre à plusieurs autres conditions générales, qui ont été examinées dans le Digeste no 48F. D'autres Digestes ont traité de questions particulières, tels l'état hygrométrique et la condensation, les fuites d'air, les infiltrations d'eau de pluie, la présence d'humidité dans les matériaux, l'écoulement de la chaleur et le niveau des températures. Le Digeste no 42Fétait
consacré à un examen des points importants gouvernant l'humidification des bâtiments en hiver. Avant de continuer à traiter certains sujets en particulier dans les Digestes à venir, nous nous proposons de décrire ici la mise en oeuvre des principes et des considérations que nous avons déjà examinés à propos de la conception des murs externes. Nous nous servirons comme exemple d'un mur de maçonnerie isolé thermiquement que nous comparerons à un modèle amélioré en vue de montrer les améliorations possibles.
Le mur no 1 est typique d'un certain nombre de modèles courants qui ont beaucoup servi dans
les bâtiments récents. Il se compose fondamentalement d'un mur porteur de 8 po. d'épaisseur et d'un revêtement extérieur de 4 po. d'épaisseur, lesquels, dans le présent cas, sont en pierres; ce genre de mur a été largement utilisé au Canada depuis plus de cinquante ans. Le matériau isolant est maintenant généralement appliqué sur la face interne du mur principal et se présente sous plusieurs formes, tels la laine minérale maintenue en place par des lattes ou le plastique mousse sur lequel on applique le plâtre. Derrière la pierre, on utilise souvent une couche ininterrompue de mortier, dont la consistance doit alors être très fluide.
Figure 1. Mur no1
Vous trouverez, superposés à la coupe du mur no 1, les gradients des températures maximales
pour l'hiver et pour l'été. On suppose qu'en hiver la température atteindra 73°F à l'intérieur et -27°F à l'extérieur. Une humidité relative de 35% à l'intérieur, pourcentage habituellement souhaitable en hiver, correspond à un point de rosée de 44°F, indiqué sur le diagramme de la figure no 1. En été, on suppose que la température atteindra 75°F à l'intérieur et 90°F à
l'extérieur, et que la température superficielle, en raison de l'insolation, atteindra 150°F. Le gradient de température en été a été dessiné en supposant que l'écoulement de chaleur soit régulier, chose qui ne se réalise jamais en pratique mais qui représente ici une approximation raisonnable du gradient maximal possible.
Il saute aux yeux que des différences de température très considérables entre l'hiver et l'été affectent le mur porteur et le revêtement; cet écart de température peut aller jusqu'à 160°F. Les dimensions de ces matériaux varient d'environ 0.1% par suite de ces différences de température entre l'hiver et l'été. Les sablières et les piliers sont encastrés dans le mur et ne sont pas protégés par l'isolant; ils ont donc tendance à suivre les changements de température et à subir approximativement les mêmes dilatations et contractions. Par contre, tous les éléments de l'ossature protégés par l'isolant gardent une température presque uniforme et peuvent résister aux mouvements des éléments qui leur sont fixés et qui subissent des
variations de température. Ce fait entraîne parfois la formation inévitable de fissures dans certaines parties des murs externes et des murs de refend.
Quand des poutres transversales, des murs de refend ou des dalles pénètrent dans la couche isolante, ils constituent des ponts thermiques qui, en hiver, peuvent entraîner le refroidissement de certaines surfaces internes, au contact desquelles se produira la condensation, à moins que l'on ne maintienne une faible humidité relative. Le calcul des températures superficielles dans ces systèmes à deux ou trois dimensions peut être très compliqué, mais on peut en faire une approximation pour quelques cas courants à l'aide des renseignements que contient le Digeste no44F.
Les fenêtres se ressentent également, au point de vue thermique, de ce contact avec la partie principale du mur située en dehors de l'isolant. La température des dormants, des pièces d'appui et des châssis mobiles métalliques s'abaisse en hiver au contact de la maçonnerie froide. Ce fait influe sur les conditions thermiques précises auxquelles les fenêtres doivent répondre et, dans bien des cas, entraîne une diminution importante de l'humidité relative déjà faible que l'on peut maintenir sans qu'il se produise de condensation.
Comme nous l'avons mentionné plus tôt, les dilatations et les contractions du mur principal et du revêtement causées par les changements de température et les contraintes exercées par divers assemblages de la charpente sont très susceptibles d'amener la formation de fissures. En plus de dé parer le mur, ces fissures peuvent avoir des conséquences graves: en hiver, elles peuvent favoriser les fuites d'air chaud au travers du mur vers l'extérieur et, en d'autres occasions, laisser la pluie s'infiltrer. Il est presque impossible de prédire avec quelque certitude où et quand ces fissures se produiront et les dimensions qu'elles auront. Le bon sens et l'expérience indiquent qu'elles se produisent. En outre, bien d'autres fuites d'air in volontaires peuvent se produire vers l'extérieur, en particulier autour des fenêtres et au niveau des dalles de toitures et des parapets, à cause d'un manque de soin dans la conception ou dans la construction.
Si vous examinez les gradients de température hivernale du mur no 1, vous constaterez que la
température de tous les matériaux situés du côté externe de l'isolement tombera sous le point de congélation. L'air qui fuira vers l'extérieur par les fissures ou par les autres défauts d'étanchéité abandonnera un condense d'humidité dans la maçonnerie froide chaque fois que le point de rosée de l'air humide sera au-dessus de la température de la maçonnerie. Plus l'humidité relative intérieure sera forte, plus la quantité d'eau condensée dans la maçonnerie sera grande. Cependant, comme on peut l'observer, il est probable que quelque condensation se produira même si l'humidité relative intérieure est faible, à cause de la basse température de la maçonnerie. Même s'il fait moins froid, l'eau déposée par condensation près d'une zone de congélation dans un mortier peu résistant peut contribuer à la formation de lentilles de glace et au développement de contraintes de rupture considérables à l'intérieur du mur, semblables à celles que le gel induit dans un sol en voie de boursouflement. Même s'il ne se forme pas de lentilles de glace, la condensation de quantités considérables d'eau à l'intérieur du mur peut provoquer l'apparition de taches, l'efflorescence, la corrosion des agrafes et la dégradation des matériaux du mur si celui-ci gèle pendant qu'il est humide.
Les fissures causées par les variations de température dans le revêtement extérieur peuvent également permettre la pénétration de l'eau de pluie jusqu'au mur porteur et l'imbibition de ce lui-ci. Le remplissage, au moyen d'une couche de mortier, de l'espace situé derrière le revêtement produit généralement un mortier peu résistant et un réseau de drainage confus, de sorte que la présence de fissures et de fuites contribuera à retenir l'eau d'infiltration et amener la détérioration du mur en cas de gel.
Il est possible de réduire de façon remarquable les variations de température du mur porteur et de ses éléments annexes, et par conséquent de diminuer les variations de leurs dimensions, en plaçant l'isolant sur la face externe du mur porteur (voir mur no 2). Tous les éléments muraux,
à l'exception du revêtement externe, sont alors beaucoup moins susceptibles de subir des changements dimensionnels engendrant des contraintes de rupture à la suite des variations de
la température. Toutefois, comme nous le verrons plus loin, on peut fort bien réussir à trouver des mesures efficaces pour protéger le revêtement.
Figure 2. Mur no2
Le châssis des fenêtres, encastré ou fixé au mur porteur protégé par l'isolant, n'est plus soumis au refroidissement par conduction latérale, résultant de l'agencement précédent. On peut utiliser la pièce d'appui métallique interne d'une fenêtre pour capter de la chaleur et la transmettre au châssis; de plus, il est possible de pourvoir un élément de discontinuité thermique pour isoler la pièce d'appui externe et minimiser ses pertes thermiques en hiver. Le fait de placer l'isolant sur la face externe du mur porteur permet de réaliser des améliorations considérables en protégeant la charpente et le mur porteur des variations de température. Cependant, si le matériau isolant est tout simplement inséré entre le mur porteur et le revêtement, et si la continuité du revêtement est assurée par un remplissage de tous les joints par du mortier, deux sources de difficultés persistent. Le revêtement et le mur porteur auront encore tendance à jouer l'un par rapport à l'autre selon leurs changements respectifs de température. Il est presque certain que des fissures se produiront dans le revêtement et peut-être aussi dans le mur porteur. En outre, comme le revêtement est plus ou moins continu, il est susceptible de constituer, au moins partiellement, une barrière empêchant l'équilibrage des
pressions causées par le vent, de sorte que des différences de pression peuvent se manifester entre l'extérieur et l'intérieur et favoriser l'infiltration de la pluie dans les fissures existantes. Il est donc indiqué d'améliorer encore ce type de mur.
Le revêtement extérieur peut être disposé de façon à constituer un écran de pluie comportant des ouvertures, conformément au mur no 2 (voir également le Digeste no 40F). Il peut être
installé de façon à laisser un espace libre dans lequel l'air pourra circuler et il peut être supporté au moyen de cornières d'épaulement et d'agrafes, comme dans le modèle précédent. L'air circulera librement derrière le revêtement grâce aux solutions de continuité de forme adéquate prévues aux joints, à intervalles réguliers horizontalement et verticalement; le niveau de la pression de l'air derrière le revêtement suivra toujours de très près le niveau de la pression extérieure et soulagera l'écran de pluie soumis à des différences de pression par l'action du vent. Cette disposition non seulement annihile la force principale qui poussait la pluie à s'infiltrer dans le revêtement, mais encore y élimine les surpressions attribuables au vent.
Ces joints laissés ouverts dans le revêtement servent également de joints de dilatation et la seule précaution à prendre consiste à empêcher que les gouttes de pluie n'y pénètrent directement. La pluie qui s'infiltrerait quand même derrière le revêtement s'écoulera vers le bas; elle pourra être arrêtée au passage par des réverseaux adéquats placés au-dessus de chaque cornière d'épaulement et sera évacuée vers l'extérieur.
Les difficultés dues aux ponts thermiques ont été considérablement atténuées bien qu'il soit encore nécessaire de recourir à des cornières et à des agrafes pour tenir en place le revêtement. Le nombre de raccords métalliques entre la cornière et la sablière ne doit pas dépasser le minimum nécessaire à la solidité de l'ouvrage, de façon à constituer un nombre minimal de ponts thermiques; d'autre part on peut aussi les fixer à une pièce de charpente assez grande et assez chaude qui leur fournira la chaleur nécessaire pour compenser les pertes s'effectuant par le raccord et empêcher une baisse exagérée de la température. Enfin, on peut réduire fortement la corrosion des agrafes en faisant en sorte qu'elles ne soient pas trop fortement ou trop longtemps mouillées.
Nous étudierons maintenant la nécessité de l'utilisation d'un pare-vapeur et la question de l'humidité relative que l'on peut tolérer. Une analyse du mouvement de la vapeur montre qu'il se produira de la condensation sur le mur no 1 pendant l'hiver si l'humidité relative intérieure
atteint 35%, tandis que ce phénomène ne se produira pas sur le mur no 2. Cette possibilité
ressort de l'examen des courbes de température hivernale relatives au point de rosée à l'intérieur du bâtiment. Dans le mur no 1, la température descend sous le point de rosée à
l'intérieur de l'isolant et, pour toutes les autres parties du mur situées extérieurement par rapport à l'isolant, elle se situe très en-dessous du point de rosée. Dans le mur no 2, le mur
porteur et toutes les parties de la charpente conservent une température supérieure à 44°F. On peut cependant se demander quelle est l'importance de la condensation provenant de la vapeur diffusée dans le mur no 1, en dépit de l'importance que l'on attachait dans le passé à l'emploi
de parevapeur pour en empêcher la diffusion. Si les matériaux employés sur le côté protégé par l'isolant (par exemple, la pellicule de peinture étendue sur le plâtre) résistent assez bien au passage de la vapeur, seules de faibles quantités d'eau se condenseront.
Bien que la condensation soit à éviter, la possibilité qu'elle se produise dans le mur no 1 par
suite de la seule diffusion de vapeur empêche qu'on trouve des bases solides permettant d'établir quel est le maximum d'humidité relative tolérable à l'intérieur du bâtiment en hiver. En réalité, ce sont les surfaces froides des fenêtres, des dormants, des extrémités des poutres transversales et des dalles encastrées dans la maçonnerie externe froide qui détermineront le maximum d'humidité relative intérieure en provoquant une condensation superficielle. Comme nous l'avons dit, le mur no 1 a un comportement médiocre sous ce rapport. Le danger que
cause en fait l'augmentation de l'humidité relative intérieure provient des fuites d'air vers l'extérieur; cet air transporte de la vapeur qui, en se condensant, déposera des quantités importantes d'eau dans les parties externes du mur.
On peut maintenant apprécier plus complètement les qualités du mur no 2. Non seulement la
possibilité de la formation de fissures par les déplacements dus aux contraintes thermiques et hygrométriques a-t-elle été grandement réduite, mais, de plus, les possibilités de dégradation par l'imbibition et par le gel des éléments mouillés ont été réduites au minimum. Toutes les parties du mur protégées par l'isolant conservent une température supérieure au point de rosée intérieur de 44°F, de sorte qu'il ne peut s'y produire aucune condensation. De fait, en ce qui concerne le mur lui-même, on pourrait sans inconvénient tolérer une humidité relative supérieure à 35%, dans les conditions que nous supposons. Les restrictions imposées par les surfaces froides des fenêtres et par les ponts thermiques formés par les agrafes et les cornières du revêtement ont été en grande partie adoucies.
Même s'il se produit de la condensation du côté protégé par l'isolant, la température qui y règne est bien au-dessus du point de congélation et les surfaces mouillées ne gèleront pas. La vapeur d'eau ou l'air humide qui s'échappe vers l'extérieur ne rencontre pas de conditions favorables à la congélation avant d'arriver à l'isolant. La condensation qui pourrait en résulter serait peu importante, même à l'intérieur de l'isolant, car l'eau peut ensuite s'écouler assez librement dans l'espace situé entre mur porteur et revêtement, puis à l'extérieur.
Même si la condensation dans le mur no 2 n'avait pas de conséquences fâcheuses, il serait tout
de même préférable de prévenir d'une manière adéquate la diffusion de la vapeur d'eau et les fuites d'air. On devrait installer des dispositifs pare-vapeur efficaces dans le mur, entre l'isolant et la partie intérieure du mur porteur. Il est beaucoup plus facile de le faire pour le mur no 2
que pour le mur no1.
Conclusion
Le modèle amélioré qu'illustre la figure no 2 subira des variations de température moins
considérables et ses éléments principaux seront beaucoup mieux protégés contre la formation de fissures. Les dilatations et les contractions du revêtement n'auront pas de conséquences fâcheuses. Il est plus facile de prendre les mesures nécessaires pour prévenir l'écoulement de la chaleur, les fuites d'air, la diffusion de la vapeur et la pénétration de la pluie, et le mur est par le fait même moins vulnérable à l'imbibition et au gel.
Les murs de maçonnerie ne sont pas les seuls a être exposés aux difficultés dont nous avons parlé. L'emploi d'autres matériaux ou d'autres types de murs n'éliminera pas ces difficultés, bien qu'il puisse modifier la gravité relative des divers problèmes qui peuvent se poser. La seule manière de les éviter avec quelque certitude est d'examiner les phénomènes rencontrés, d'en effectuer une bonne analyse et de réaliser une conception soignée.
