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Digeste de la construction au Canada, 1967-11
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Lutte contre l'humidité et conception des toitures
Digeste de la Construction au Canada
Division des recherches en construction, Conseil national de
recherches Canada
CBD 73F
Lutte contre l'humidité et conception
des toitures
Publié à l'origine en novembre 1967 G.0. Handegord
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.
La nécessité d'empêcher la pénétration des eaux de pluie motivait en grande partie les perfectionnements que l'on a apporté aux toitures dans le passé, mais de nos jours il faut également tenir compte des autres causes et conséquences de l'humidité. Du fait qu'elle constitue l'un des éléments d'enceinte d'un bâtiment, la couverture doit subir l'action de la vapeur d'eau présente à l'intérieur de celui-ci; de plus, en hiver, la condensation de quantités excessives de vapeur d'eau peut entraîner des difficultés aussi gênantes que l'infiltration d'eau de pluie. Même la présence d'une faible quantité d'eau de condensation ou la pénétration d'humidité au cours des travaux de construction peuvent influer fortement sur les matériaux de couverture et causer des dégâts aux combles, amener la désagrégation des matériaux, la diminution des qualités d'isolation thermique et l'infiltration subséquente des eaux de pluie. Une conception adéquate englobe donc l'application des méthodes de prévention des ravages de l'humidité, quelle qu'en soit la source, tout en tenant bien compte de la corrélation existant entre les mesures de protection. Le présent Digeste expose les principes en cause et leur application à la conception d'une toiture ordinaire.
Prévention de l'infiltration des eaux de pluie
Une couverture coule lorsque les trois facteurs suivants sont conjugués: présence 1) d'eau à la surface de la couverture, 2) de fissures permettant le passage de l'eau et 3) de forces tendant à faire pénétrer l'eau à l'intérieur du bâtiment. Si l'on élimine l'un de ces trois facteurs, on supprime en même temps l'infiltration de l'eau. Evidemment, si la couverture n'est jamais mouillée, le problème de la pénétration de l'eau ne se posera pas. De même, s'il n'existe pas de fissures, l'eau ne trouvera aucune voie vers l'intérieur. Mais on peut aussi empêcher l'infiltration des eaux de pluie même si la couverture est mouillée et s'il y a des fissures: il suffit de faire disparaître les forces qui concourent à la pénétration de l'eau voir le Digeste CBD 40F).
Les couvertures inclinées en bardeaux ou en tuiles coulent rarement malgré les nombreuses fissures qu'elles comportent, car il n'y a aucune force effective tendant à faire pénétrer l'eau de
pluie. Du fait que les bardeaux se chevauchent, les gouttes de pluie ont peu de chance de pénétrer directement lorsqu'elles frappent la couverture; de plus, en raison de la pente, l'eau a tendance à s'écouler par gravité, surmontant ainsi la différence de pression atmosphérique qui l'attire vers l'intérieur. L'importance de l'action de la gravité dépend de la hauteur de chevauchement du bardeau selon la verticale. La résistance qu'oppose la gravité à l'infiltration est donc fonction de la pente de la couverture, et il en est ainsi de l'aspiration vers l'intérieur. Les couvertures en bardeaux ou en tuiles fuient lorsque la déclivité et le chevauchement sont insuffisants pour donner naissance à une pression hydrostatique supérieure aux forces d'aspiration vers l'intérieur. Les infiltrations peuvent aussi survenir si l'eau qui s'écoule par gravité est arrêtée par un barrage de neige ou de glace, ou par un autre obstacle du genre. Lorsqu'il s'agit de toitures-terrasses ou de couvertures ayant une faible pente, seul un feuil de couverture revêtement imperméable et ininterrompu peut réussir à empêcher la pénétration des eaux de pluie. Non seulement est-il difficile d'obtenir une étanchéité parfaite, mais aussi faut-il la conserver, ce qui pose un problème encore plus ardu. S'il faut que la toiture soit de niveau, la situation se complique d'autant plus, car il se formera sûrement des flaques d'eau. Le feuil de couverture se désagrégera beaucoup plus rapidement et, de plus, les flaques d'eau constitueront un réservoir alimentant constamment toute fuite qui se formera, augmentant ainsi la quantité d'eau qui s'infiltrera dans les combles. Même si les plans d'une couverture prévoient qu'il faut retenir une certaine quantité d'eau à sa surface, il importe de prendre les précautions nécessaires pour obtenir un écoulement approprié des eaux.
Réduction de l'infiltration de vapeur d'eau dans les combles
En hiver, à l'intérieur d'un bâtiment chauffé, la tension de vapeur d'eau et la teneur en humidité de l'air sont presque toujours supérieures à celles qui règnent à l'extérieur. En raison de cette différence de tension de vapeur, la vapeur d'eau a tendance à l'infiltrer dans les combles et même à traverser la couverture. Un autre facteur favorisant les déperditions d'air est le fait que, dans presque toutes les conditions hivernales, la pression atmosphérique régnant à l'intérieur d'un bâtiment, près de la couverture, est plus forte que celle que l'on constate à l'extérieur. Il existe donc deux forces qui concourent à faire pénétrer à l'intérieur des combles la vapeur d'eau présente dans un bâtiment. Si cette vapeur d'eau peut librement s'infiltrer dans la toiture et venir en contact avec des matériaux de couverture dont la température est inférieure au point de rosée, elle s'y condensera. L'humidification voulue d'un bâtiment engendrera un accroissement des deux forces de transfert de la vapeur et, de ce fait, de la quantité de vapeur d'eau ainsi transportée. La toiture doit donc être conçue de façon à empêcher la pénétration de la vapeur d'eau tant par diffusion que par infiltration d'air, sinon il faut prévoir l'élimination de la vapeur d'eau par ventilation ou un moyen de combattre l'humidité résultant de la condensation.
il n'est pas possible, avec les modèles ordinaires de toitures, d'arriver à supprimer complètement la migration de vapeur dans les combles. Néanmoins, on peut atténuer cette source d'ennuis en réduisant la vitesse de translation de la vapeur pourvu que les mesures auxquelles on recourra n'entravent pas sérieusement l'élimination de l'humidité.
Infiltration de l'humidité au cours de la construction
L'humidité contenue dans les matériaux de la toiture peut éventuellement donner naissance à des difficultés et il importe de prendre les mesures nécessaires pour qu'ils demeurent secs. Même s'ils sont secs au moment de leur arrivée sur le chantier, ils doivent tout de même être mis à l'abri de la pluie, de la neige et de la rosée. Il convient également d'éviter que les matériaux hygroscopiques, comme les isolants et les feutres, soient entreposés pendant longtemps sans protection par temps humide, car leur teneur en humidité augmentera en raison de leur tendance à rejoindre le degré hygrométrique de l'air ambiant.
Les matériaux que l'on ne peut conserver dans un abri sec et tiède sur le chantier devraient être protégés au moyen d'une enveloppe imperméable et vaporifuge, comme le polythène. Cette enveloppe protectrice doit enrober complètement le matériau afin d'éviter qu'il absorbe l'humidité dégagée par le sol, le béton mouillé ou l'air humide.
Il importe également de protéger de la pluie, de la neige ou de la rosée les couvertures en cours d'installation, et de ne pas appliquer les matériaux de couverture sur des éléments mouillés. Même l'humidité renfermée dans le béton coulé en place ou l'humidité résiduelle présente dans d'autres matériaux de planchéiage ou d'isolation peut éventuellement s'infiltrer jusque dans la couverture.
En pratique, il est très difficile, sinon impossible, que les matériaux de construction soient absolument secs; les mêmes difficultés surgissent lorsqu'il s'agit de les protéger complètement contre la pénétration de l'humidité. Il faut donc, lors de l'établissement des plans, prévoir des mesures visant à l'élimination ou à la réduction de cette humidité.
Les toitures ventilées
De par leur conception, les toits inclinés à couverture de bardeaux se prêtent facilement à la lutte contre l'humidité. On peut incorporer au plafond, sous isolant, des matériaux résistant au passage de l'air et de la vapeur, et on peut ventiler les combles. L'humidité qui s'introduira dans le grenier par suite d'infiltration d'air ou de vapeur provenant de l'intérieur du bâtiment ou à cause d'un petit défaut d'étanchéité de la couverture pourra s'échapper sous forme de vapeur diffusée au travers de la couverture ou par les orifices de ventilation des combles.
Le peu de vapeur s'infiltrant dans le grenier pourra s'échapper directement à l'extérieur, son véhicule préféré étant l'air qui passe par les chatières. Il est probable qu'à certains moments la quantité de vapeur d'eau pénétrant dans les combles dépassera celle qui s'en échappera, ce qui entraînera une certaine condensation. A d'autres occasions, en raison d'un échauffement du grenier, cette humidité condensée aura tendance à atteindre une température supérieure à celle de l'air extérieur, et la tension de sa vapeur sera par conséquent assez élevée pour entraîner son évaporation et sa sublimation. Si ce phénomène se produit sur la face interne du revêtement de couverture, comme c'est fort probable, le taux d'évaporation s'en trouvera parfois accru en raison de l'action du rayonnement solaire qui échauffe la couverture; il en résultera également une accélération de l'élimination de l'humidité.
Par une nuit de ciel clair, la couverture émet un rayonnement qui peut causer l'abaissement de sa température en-dessous du point de rosée de l'air circulant dans les combles; ce refroidissement provoquera la condensation de la vapeur d'eau que contient l'air présent dans le grenier, mais la quantité d'eau de condensation et la durée de ce phénomène seront habituellement faibles en comparaison de l'effet du rayonnement solaire durant la journée. Au fur et à mesure que la température s'abaisse, l'élimination de l'humidité devient plus difficile, particulièrement dans les régions nordiques où les heures d'insolation sont peut nombreuses. Non seulement la période d'élimination se trouve-t-elle réduite, mais la vitesse d'évaporation ou de sublimation du condense est aussi diminuée de beaucoup. Il est donc particulièrement important de munir les bâtiments situés dans les régions nordiques d'une protection aussi complète et efficace que possible contre l'infiltration de l'air et de la vapeur d'eau dans les combles. Dans ces cas là, il est parfois avantageux de recourir à leur ventilation forcée.
La hauteur du grenier selon la verticale déterminera dans une certaine mesure la capacité du toit à éliminer l'humidité. Pour une différence donnée de température entre le grenier et l'extérieur, le débit d'air de ventilation dû au phénomène de tirage variera en fonction de la hauteur existant entre les orifices d'entrée et de sortie de l'air.
De même, l'intensité de la ventilation par convection naturelle est plus faible si la pente du toit est moins prononcée. Dans le cas d'une toiture-terrasse, l'évacuation de l'humidité ne se fera que par diffusion et par la ventilation engendrée par le vent, et le résultat produit par ces deux mécanismes sera probablement négligeable. D'autres difficultés d'ordre pratique surgissent également quand on applique cette méthode aux toits de bâtiments industriels, car dans ce genre de construction les conduits et la tuyauterie sont habituellement situés dans les combles. Il est donc difficile d'obtenir l'étanchéité du plafond et il faut alors calorifuger les conduits et les tuyaux passant dans cet espace froid et ventilé. Pour ce qui est des bâtiments à plusieurs
étages, la possibilité de fuite d'air par suite de l'effet de tirage se trouve également accrue (voir le Digeste no 23F), et, si l'on envisage de ventiler les combles, l'étanchéité du matériau destiné à empêcher les fuites d'air au plafond prend alors une très grande importance, en particulier lorsque le bâtiment est humidifié.
Quand aux bâtiments du même genre, mais de dimensions plus modestes, on peut envisager la possibilité de recourir à un réglage saisonnier de la ventilation, c'est-à-dire la fermeture des chatières en hiver et leur ouverture en été. Cependant, pour que ce moyen soit efficace, le feuil d'imperméabilité à l'air adjoint au plafond et le joint de fermeture des lumières de ventilation doivent être très étanches. Ce procédé nécessite une capacité d'emmagasinage suffisante pour retenir tout l'humidité qui s'introduira au cours de l'hiver, jusqu'à ce qu'il soit possible de rétablir la ventilation d'été.
Il se peut également qu'on soit en mesure d'empêcher l'infiltration dans les combles de l'air provenant de l'intérieur même du bâtiment, en pressurisant le grenier à l'aide d'un moyen mécanique utilisant l'air extérieur. Il faudrait toutefois dans ce cas que la conception soit particulièrement soignée.
Les toits non ventilés
Les modèles de toiture où il n'existe aucun espace ventilé entre les isolants et la couverture présentent des difficultés plus épineuses lorsqu'il s'agit d'y régler l'humidité. Les toits en pente peuvent permettre l'évacuation d'une certaine quantité de vapeur s'ils sont munis d'une couverture en bardeaux ou en tuiles. Quant aux toitures terrasse ou aux toits à faible pente, leur revêtement de couverture tient lieu de pare-vapeur par fois plus imperméable et plus complet que celui qui est placé sur la face interne des isolants. Il est alors extrêmement difficile d'éliminer l'humidité qui était originellement présente dans les combles ou qui s'y est introduite subséquemment. Le pare-vapeur incorporé aux terrasses inclinées fait peut-être office de fausse couverture empêchant, en dernier recours, l'infiltration des eaux de pluie, mais, dans les toits-terrasses, même cette caractéristique se trouve supprimée. Dans le cas des toits en plate-forme, l'évacuation de l'humidité se fait par migration latérale jusqu'à des ouvertures périphériques spéciales, mais les forces qui engendrent ce phénomène ne peuvent être réglées ou prévues avec précision.
Si l'humidité reste emprisonnée dans un endroit clos relativement étanche à l'air et à la vapeur, comme entre des couches de feutre ou entre un revêtement de couverture et une dalle de terrasse ininterrompue, le rayonnement solaire donnera naissance à des pressions considérables au printemps et en été. Celles-ci résulteront très souvent du seul fait d'une dilatation volumétrique et elles sont la principale cause du cloquage des matériaux d'une couverture multicouche. Bien qu'il soit possible de réduire la possibilité de cloquage en recourant à la ventilation latérale, il est fort peu probable que cela constitue une mesure adéquate pour l'élimination de l'humidité.
De très faibles quantités d'humidité contenues dans les isolants hygroscopiques ou retenues entre deux couches de matériaux imperméables d'isolation peuvent suffire à provoquer le soulèvement en crête des feutres sensibles à l'humidité. Ce soulèvement résulte habituellement d'un manque d'étanchéité des joints des isolants, et par là de l'infiltration d'humidité.
Evaporation de l'humidité vers l'intérieur
Le renversement saisonnier du gradient de température à l'intérieur des toitures permet de recourir à un autre moyen de régler l'humidité dans le cas de certain modèles munis d'un revêtement de couverture imperméable. Ces toitures comprennent une plate-forme isolante, comme le béton cellulaire, ou une couche de matériaux isolants ordinaires, comme les fibres d'amiante, qui ont une grande capacité d'emmagasinage de l'humidité et qui sont placés sur la face interne de la couverture. L'humidité s'accumule à l'intérieur des isolants pendant l'hiver et elle y est conservée jusqu'à ce qu'il lui soit possible de s'évaporer de nouveau vers l'intérieur. S'il se produit une condensation de vapeur d'eau, l'attraction capillaire peut engendrer un mouvement contraire qui s'opposera à la diffusion de la vapeur d'eau et qui limitera la quantité
d'humidité accumulée. Le matériau utilisé doit être capable de retenir l'humidité ou l'eau condensée sans laisser égoutter de liquide et sans que les divers matériaux en présence soient endommagés de façon permanente, jusqu'à ce que les conditions soient favorables à l'élimination de l'humidité. On doit toutefois savoir que les pertes de chaleur au travers des isolants mouillés seront peut être plus fortes et il faudra en tenir compte dans les calculs. Comme il n'est pas facile d'évaluer d'avance tous les facteurs qui interviendront et qui pourront modifier le comportement de ces matériaux, on ne recourt habituellement à ce moyen que dans le cas de bâtiments chauffés où l'humidité intérieure est peu élevée.
Résumé
En examinant les sources de l'humidité, son déplacement et ses effets dans les toitures de modèles courants, on se rend compte qu'il faut se conformer à certaines règles de conception pour éviter les difficultés occasionnées par la présence d'humidité là où il ne devrait pas y en avoir. Il est rare que l'on puisse imputer ces difficultés aux matériaux; dans la plupart des cas, c'est le mode d'assemblage et la disposition des matériaux qui déterminent le comportement d'une toiture.
Voici un bref exposé des principes qu'il convient de mettre en oeuvre: 1. Il faut éviter qu'il y ait un excès d'humidité.
2. L'air humide présent à l'intérieur d'un bâtiment ne doit pas venir en contact avec les surfaces froides de la couverture.
3. Il faut éviter qu'un élément du bâtiment constitue un piège à condensation de la vapeur.
Pour lutter avec succès contre l'humidité, il importe d'en connaître les sources et d'empêcher qu'elle ne cause des difficultés en recourant à des dispositifs de protection, d'égouttement, de ventilation et d'isolation. Les matériaux doivent être protégés pendant l'entreposage et la mise en place. La pente de la couverture doit être assez prononcée pour favoriser un écoulement rapide des eaux de pluie. Il faut éliminer par ventilation l'humidité formée au cours des travaux de construction par la préparation des matériaux de finition par voie humide, par la maturation des matériaux et par l'équipement temporaire de chauffage. Les espace sanitaires doivent être asséchés et ventilés, et ils doivent être isolés du sol. Les locaux qui, à cause de leur utilisation, contiennent beaucoup d'humidité, doivent être isolés ou ventilés.
La température des faces internes où pourrait se produire de la condensation peut être maintenue au-dessus du point de rosée en plaçant une épaisseur suffisante de matériaux isolants sur la face exposée au froid. On peut empêcher l'air humide présent dans un bâtiment de cheminer jusqu'aux surfaces froides de la couverture en employant un coupe-vapeur. Il est possible de maintenir un degré hygrométrique intérieur plus élevé si on évite de placer des matériaux bons conducteurs de chaleur sur la face intérieure des coupe-vapeur.
Il se peut toutefois que deux coupe-vapeur soient disposés de telle sorte qu'ils retiennent la vapeur d'eau prisonnière; c'est ce qui arrive dans nombre de couvertures multicouches de modèle courant. Il faut que la vapeur d'eau présente dans les combles puisse s'échapper par des chatières pratiquées dans la face exposée au froid. Dans certains cas, on peut utiliser des matériaux absorbants au lieu de coupe-vapeur; ils pourront retenir l'eau condensée pendant quelque temps en attendant que les conditions redeviennent favorables à l'évaporation.
