Principes et problèmes relatifs à la conception d'enveloppes de bâtiment durables dans le Nord canadien

Publisher’s version / Version de l'éditeur: Note d'information sur la construction, 1985-03-01

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Principes et problèmes relatifs à la conception d'enveloppes de

bâtiment durables dans le Nord canadien

Latta, J. K.

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NOTE

D'

INFORMATION

SUR

LA

CONSTRUCTION

PRINCIPES ET

P R O B L E ~ S

A

Par

J,K, Larta

Division des recherches

en

Conseil

recherches

4.

* *

Introduction

Zle r6le de l'enveloppe du bdtiment Durabilitg des matsriaux

Psychrom6trie

-

La

Comment la condensation se p r a d u i t ~ l l e dans f'enveloppe?

La d . i f f u s i o n

h s dEplacements d'air

Pressions de l'air sur I'enveloppe du batiment

Le vent La tempGrature Installations de ventilation Pare-vapeur, pare-air et ~ a r e - a i r / ~ a r e - a ~ e u r CaractEristiques e x i g k s d t u a p a r e a i r Position du pare-air Le pare-vent Conclusion

PRINCIPES ET P R O B L ~ E S RELATIFS

2

LA

LE

CANADIEW

Pa=

J.K. Latta

La condensatLon dans l'enveloppe dlun batiment itant la premisre cause de sa dstgrioration, il faut explfquer l e s mkanlsmes qui en sont

responsables et les mesures qui permettent de 1'Qviter. Darts ce document, ltauteur traite des contradictions entre certafnes de ces mesures, de la

probabilitg d'appliquer ces mesures dans des conditions de construction nomales et de la nScessftE de mesures de saretb i n t k r k s en cas de dsfaillances.

INTRODUCTION

Le facteur le plus important en ee qui a trait 3 la d u r a b i l i t b des batiments dans le Nord e s t le contr81e de I'eau dans ses t r o i s phases :

solide, l i q u i d e ou gazeuse, mais plus particuliSrement dans sa phase

gazeuse. Pour c e l a 21 faut rggulariset lea f l u x de chaleur, les pressions de llair et les i5coulements d'air, Ce n'est qae par la campr6hension de ces phgnomSnes et des principes de conception qui en ddcoulent que l'on pourra rgaliser des enveloppes de batiment durables.

Les donrmages structuraux cause's par une surcharge t r a p forte peuve-nt poser des prablemes et mis 3 part les dommages consScutifs une dsfaillance des fandations, les raisons de l a rupture ou du di5placement d'un iSl6ment par suite d'tlne surcharge excessive sont ghikalernent f a c i l e s

a

resfster peut Etre cafculik B l'avance et le batiment peut Qtre dot& dtune rgsistance suffisante 3 l'aide

des

U s

6coulements. I1 n1 en sera pas davantage question dans ce tte communication,

En

de

causes ne sont pae toujoure Svfdentes et il est parfois d i f f i c i l e de trouver des solutions approprises. Souvent, 51 n'existe aucune d t h o d e de

conception acceptable et les techniques de construction traditionnelles

n'offrent pas de solution satisfaisante. Le concepteur d o l t alor8 s'en

tenir aux p r i n c i p e s

de

de

U

l'imposs5bilit€i de prouver qutune conception est meflleure qulune autre; cependant, sf ees principes sont s u i v i s , il y a de fortes chances que le bttiment soit durable. Ce type de raisonnemeat e s t discutable lorsqu'il s'agit d'envoyer un astronaute dans l'espaee, mais il peut suffire pour les problsmes du bstiment. S i le bztipent est dcessaire, i l d o f t Etre

construit selan les connaissances et la technalogie de ltGpoque, k s

dgfaillances causees par la dbterioratiou ont des iaconvGnients et sont trZs cotiteuses 3 rgparer m?me e l l e s e n t r a h e n t raremnt des blessures ou des pertes de vie.

Ilans la plupart des cas, un bEtiment est construit pour proager les occupants et leurs effets personnels des intempSrAes. Daas certains cas, il

faut Bgalement proteger les b i e n s e t les personnes contre lee anislaux ou les

insectes ou contre les voleure et les vandales. Hais en g h G r a l , $1 s ' a g l t surtout de les protgger contrc lea iatempkies. C e t t e protection consiste

a

incontr8lable, de

manisre

conditions

3

de

ces i5lSments est dBsig118 par f'expression "enveloppe du b€3timent".

11 est impossible de garder les~occupants au sec e t au chaud si le vent souffle 3 l'intgrieur du batiment. A m o i a s que f'enveloppe ne e'oppose au passage dn vent, aucune des conditions

a

La

consEquences p l u s graves car e l l e s agissent dans une directfon aussi

longtemps que ces diffsrences subsistent. Les diffi5rences dc temfirature pewent exister non seulement entre llintSrieur et lrext&rieur d'un b3timent mafs aussi 3 l'fntsrieur &me de l'enveloppe. ZRs d6placements dlair

peuvent donc se praduire non seulement 3 travers l'envelappe mais aussi

a

1 cint6rieur meme de celle-ci.

I1 e s t normal qutun concepteur ou un caustructeur ayant eu une mauvaise

exp6rfenee avec un matEriau d k i d e de ne plus lfutiliser. Ce comportment s'appelle "llexp&rience". Malheureusement, les expi5riences sont souvent

contradictoires; un mati5rIau qui s'est ma1 comport8 dans un batlment peut offrir une performance satisfaisante dans un autre. Mnsf l1ex@rience montre que la d e a i l l a n c e provient en g h € r a l de la f q o n dtutfliser le

b a t ~ r i a u ; il s'agit done de ne

plus

manisre.

U

1 mpos&s.

Plueieurs factwrs interviennent pour modifier le cornpartearent des

matsriaux de construction. Les trois principaux sont l'eau, la temperature

e t le rayonnement ultraviolet. Le p l u s important des trois est sans 8UCUII

doute fteau. 11 existe ausai dtautrea facteurs mais ils sont gheralement sans grande con&quence en l'absence d'eau. Le bois pourrit si see fibres

sont s a t u r k s dleau en prhence d'air 3 w e tempsrature supsrielire 3 10 'C; mais au sec il dure des

siScles.

a

corrosion en prgsence d t h d d i t S mais pas dans un d l i e u see. BI se mouillant et en sgchant, de nombreux materia- subissent des variations dimensionnelles qui doivent atre pernrises si l1on veut Sviter d e ~ dommages.

tes matgriaux d e f i n i t i o n peuvent

&re

La teneur en h d d i t s de la plupart des matgrfaux dspend de lthumiditE

relative du milieu.

La

l'humidit6 relative est

trss 6lev8e

d5trempE. A i n s i , lieau sous forme de vapeur peut causer des dstgriorations physiques. Toutefois, les conditions propices

3

16gSrement la circulation dtair. U s plus drieux cas de dgtgrforation se produisent lorsque la vapeur d'eau se condense et que l e e matsriaux

s'irnbibent. D'autre part, il est beaucoup plus d i f f i c i l e . e t long de secher

les matsriaux, une f o i s qu'ils ont &ti5 trempss; B ce s t a d e , il est p o s s i b l e que des dommaages irdversibles aient btB caus6sl

Durant les lonjgs hivers du Nord, lteau peut staccumuler 2 lWint&rieur

de l'enveloppe d'un bltiment sou6 forme de neige, de givre ou de glace. En

gsngral, il se produit peu de dommages car les matgriaux

ne

suffisamment trempss et les f a i b l e s tempsratures eqzchent la pourriturc du bois ou la corroslnn de ltacier, Hais lorsque les tempikatures extgrieures

s e r&chauffedt, la neige e t la glace acezrmul&s fondent et l e s matliriaux

s'irnbibent sErieusemnt d'eau

3

gSnEral aux matgriaw de sbcher. Dans le Nord, par contre, les

St68

I'hiver prgcgdent nta pas le temps de dcher complStement; on assiste alors 3 une accumulation progressive d'eau dans l'enveloppe du batiment.

Si on rgussit 3 limiter les infiltrations d'eau, an a accompli

d'gnormes progrss dans la realisation dtun batiment durable. Mais, come on ne peut compter sur les pi5riodes de sgchage pour d d u i r e la quantitE d'eau qui se trouve dans l'enveloppe, I 1 faut limiter cette pihEtration B un m i n i m u m . Toute mesure v i s a n t 3 gvacuer l'eau qui a $dtrG dans l'enveloppe

constitue une mesure de protection. Ces m k a n i s m e s doivent atre p r h u s ; cependant, si l'eau n'atteint pas lea endroits aG il y a ua problsme, an a pas 3 ce moment-13 3 se prtioccuper de son filimination.

Un

en

e l l e d o i t Stre conGue pour empscher lreau de pgngtrer, mais advenant q u F e l l e

y p h i i t r e , il faut qu'elle puisse en ressortir.

On peut A d u i r e

a

Z

l'extgrieur du b l t i m e n t , il y a la pluie et la neige sur lesqrielles an

exerce aucun contr8le. Dans l e Nord, la neige balay6e par le vent eat la principale cause de soucis* A I'intSrieur du batiment, l'eau provient de diverses 80urces : cuisaon, lavage, personnes, matgriaux humides et produits de combustion non v e n t i l k des appareils

a

contre, on peut pr8voit des d i s p o s i t i f s dlextraction de I t h m i d i t G e t

accroPtre le t a m de wentilatian par des moyeoe dcaniques lorsque le niveau d'humiditg e s t trop Slcvi5.

te

a

important de cowrendre le pMnomZne de la condensationl

La psychrodtrfe est l a partie de l a physique q u i stintEresse aux proprigtes physiques et thermodynamiques des d l s n g e s d'alr et de vapeur d 'eau.

La vapeur d'esu est l'une des composantes gazeuses de ltair, les autras stant 1

'

1'

exerte une pressson partielle proportionnelle 3 sa quantitg dans le rnElange.

La s o m des pressions partielles reprEsente la pressian barom6trique ou pression de l'air.

La quantitg maximum dleau qui peut Qtrc prssente

B

forme de vapeur) pour une q u a n t i t s d'air d o n & e s t limdtk par la

temgrature. A i n s i , sf on refroidit un d l a n g e air-vapeur, on a t t e i n t unc tempsrature 3 partfr de laquelle le mslange e a t saturS e t sf le

refroidissement se poursuit, cela provoquc 1s condensation de l'eau. Si la tempgrature d e saturation d e l l a i r ( l e point d e rosk) est s u p k i e u r e au point de congiSlation, la vapeur se condense sous fame liquide. Si e l l e est infErieure, fa vapeur se condense sous forme de glace en formant du givre. Pour dcs raisons pratiques, lars de la conception de I'enveloppe, le rapport

de la masse de vapeur d'eau p r a e n t e dans rn volume unitaire dtair 3 la masse de vapeur dleau que ce volume peut contenir 3 saturation 21 la &me temparature peut Btre consid8rS comme lthumiditS relative de l'air. C e t t e dernisre est ggnEralement e x p r i d e sous fome d*un pourcentage. &me les

pressions d e vapeur dgpendent d e s quantitk de vapeur dans l'air, 1'humiditE relatfve peut stexprimer par le rapport de la pressfon de vapeur rgelle 3 la pression de vapeur

3

la

temp6rature et l'humiditb relative sont connues, Xa tem+rature du point d e

rash peut etre determink. On calcule d'abord la pressian de vapeur rselle

du mglange air-vapcur en m l t i p l i a n t 11humidit6 relative (exprimE sous forme dscimale) par la pression de vapeur ii saturation pour una tempgrature donnk obtenue au moyen d'une table psychrodtrique. Le point de r o d e est IndiquE

dans les tableaux come Stant la tempsrature 03 la pression de vapeur 3 saturation est ggale la pressfon de vapeur d e l l e .

Zine fason pratique

de

lea

toutes les conditions possibles pour les gammes de tem+rature et

d'humiditg.

On en

a

LtBchelle

repr&sente la teneur en humidit6

absolue

*c.

quantitg maximum d'humidfts que l'air paut contenir pour une tempi5rature don& comprise entre ces deux limites. Plus la tempsrature est &lev&, plus l'air peut contenir dfhumiditE. Par exemple, de l'air 3 20 'C peat contenir six f o i s p l u s de vapeur d'eau que de l'air 3 -5 *C (voir l a

Figure 2). I1 faut remarquer que, pour

les

ne peut contenir qulune t r b f a i b l e quantitg dls.au &me 3 saturation. Les

autres caurbes sont des courbes d8humidft6 relative; elles reprgsentent une

fraction du point de saturation. 50 % dthumiditS relative, l'air coatient la moitig de 11humidit4Z qulil pourrait eontenir (voir la Figure 3). Ce

graphique e s t souvent u t i l i s B pour calculer la tempsrature du point de r.os6e

de l'air int8rfeur. qui sert

a

d'un ensemble (come une fenstre) afin dv€viter la condensation super£ icielle.

Par exemple, supposons que Itair B I B i n a r i e u r d'une p s c e s o i t

a

tempErature de l'air intsrieur et llhumiditb relative mesurk (Figure 4).

DeuxfZmernent, il faut se ddplacer horizontafement Vera la gauche jusqu18 l'intersection avec la eourbe 100 % HR. Troisi2mement, il faut se d6placer vertfcalement vers le bas jusqut3 l'inrersection avec l'axe de la

tempGraturc, soit environ 1 2 OC. U s'agit I3 ae l a tempgrature du point de rosge de lnair intgrieur. Par consgquent, pour quail appardsse de la

condensation sur la surface des vftrages d'une fenstre, la tempgrature du vitrage d o i t etre infgrieure 3 1 2 *C.

De mgme avec une tempErature extgrieure de -40 "C, un vent de 25 h / h

et une tempgrature dans la p i k e de 21

'c,

intgrieure au centre d'une fengtre

a

LnhumidltS relative maximum de l a p i e c e avant que la condensation ne se produise sur le vitrage sera d'environ 25 f (Figure 3 ) . Comme la

tempgrature du vitrage e s t p l u s basse dans la p a r t i e infdrieure et que les

ponts thermfques cr86s par les espaceurs dans les vitragea scellEs abaissent davantage la tempgrature, l a formation de glace appardt ingvitable, MBme les f e d t r e e 3 triple vitrage dans l e s &mes conditians auront une

tempgrature d e surface dmenviron +7 'C avec des temp&ratutes encore plus

f a i b l e s dans la parrle infgrieure. Ainsi, le seul moyen pratique dt&viter la condensation sur les vitrages dam le Mord consiate B souffler de l'air

chaud et s e c dans leur direction, crest-adire de ~ d u i r e le niveau

d'humidits relative. Comme cette solution n'est pas gratuite, 11 fsur accepter une certaine perte de chaleur pour

gliminer

FIGURE 2

i UNE TEMP~RATUAE DON& TENEUR EN H W I O I T ~ %HR = TENEUR DE SATURATION -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20-25 30 35 40 45 51) 55 TEMPERATURE. OC FIGURE 3

DETERMINATION DE L'HWIDIT~ RELATIVE DE LOAIR

FIGURE 4

FIGURE 5

D ~ T ERMINATION DE L'WUMIDITE RELATIVE MAXIMUM DE L'AiR DANS- LTNE PI'ECE

COMMENT LA CONDENSATIOM SE PRODUIT-ELLE DANS

L'ENVBLOPPE?

Pendant de nombreuses a n d e s , la solution au problsme de la

condensation de lleau dans l'envelappe du batiaaent Qtait d'installer un pare-vapeur du cats chaud de l'isolant. Malheureusement, on nta jamafs e t a b l i avec exactitude quels etaient les mgcanismes de dgplacenient de la vapewr q u i devaient dtre modiffSs par sa prgsence. Toutc norme relative au pare-vapear le d S f i n i s s a i t en fonction de sa capacitg

a

ddplacements d'air.

Et

B

11 esc un fait reconnu que la diffusion de vapeur e e t un deanisme de dSplacement de la vapeur B travers l'enveloppe du b'gtfment relatfvemeat peu important comparativement aux cmrants drair charges d p h d d i t $ . Toutefois, le rnscanisme sera i5tudib en premier afin dr6tablir clairement la fonction du

pare-vapeur.

On

a

La

Larsqu'il e x i s t e une dlffgrence de concentration de vapeur d'eau entre deux points, il se produit une d i f f k e n c e de pression de vapeur

correspondante. Cette diffgrence provaque

un

pression de vapeur de p a r t et d'autre d'un matgriau, la vapeur d'eau se diffuse 3 travere le matgriau

a

pression de vapeur, la longueur de la voie d'6coulement et la p e d a b i l i t g 3

la vapeur dfeau du rnatzriau.

L1iScoulement de la vapeur par diffusion 3 travers l'enveloppe du

b3timent en raison d'une d i f f k e n c e de pression de vapeur c s t t r k similafre

a

point depend de la pressian de vapeur B saturation au &rue point. Ainsi, si

le gradient de pression de vapeur

a

extsrieure

ZL

se produlra dc la condensation, Ce p h h o d n e r a u i t la concentration de vapeur 3 tous les endroits ju8qut.il ce que la pression de vapeur atteigne la pression de vapeur B saturation. Pour eupikher cette situation de se

produire, 51 faut u t i l i s e r des matEriaux ayant une forte resistance 3

1'~coulement de la vapeur, ( c t e s t - h i i r e des parmapeur) qui sont p l a c k du

c8tE de la pression d e vapeur la plus blevge pour rgduire le gradient d e pression en-dessous de la pressfon de vapeur

a

membranes.respfrantes1 sont u t i l i s h du cat€ 03 la pression de vapeur e a t faible.

Si l'enveloppe e s t construite selon c e s principes, pour stassurer qu'il n'y aura pas de condensation produite par diffusion de la vapeur, m b e dans l e s conditions les plus di5favorables, il y aura toujours l a p o s s i b i l i t S dtune 16gSre d i f f u s i o n de vapeur pour a s s k h e r l'eau pouvant s'accumuler pour d'autres raisons. Ce principe exclnt I'usage de certains matgriaux comme rev?tement rnalgrs leurs autres p r o p r i g t h recherchks. La situation

n'en est pas une qui se prgte 3 l'application de procgdss empiriques de f q o n s y s t h a t i q u e - L e s matsriaux isolants permhbles

a

3 cet endrait, ce qui aidera 3 maintenir la pressian de vapeur 3 saturation au-dessns de la pression de vapeur d i c t k par des cmsidSrations de

continuit6 de 116coulement de vapeur.

Ces

B

La diffusion d e vapeur n'est pas un deanisme tr3s puissant de

phi3tration de la vapeur d'eau dans l'enveloppe, mais

a

f i r i o d e s de f rofd pui sgvissent dans 1e Nord, e l l e ne d o i t pas Qtre sous-estf*.

bien des dgards, tous les constitoants de lTair agissent ensembf e come s'il n * y avait quTun a e u l gae p r h e n t . La tempsrature de lloxygZ!ne ne sera pas diffsrente de celle de ltazote et le dSplacement de l'anhydride carbonique entrarne a u s s i c e l u i de la vapeur dteau. Cette uniformit5 de

tempgrature et de d8placement des diverses compasantes de l'air etait admise implicitement dans lt6tude psychrodtrique et llEtude de la condensation.

La

En raison de la faible quantits de vapeur dleau que l'air extgrieur froid peut contenir (voir l a Figure 21, son taux d 1 h d d i t 6 relative est souvent trSs S l e d , 80 X ou plus. Cet air r6chauffG

3

a

lWintErieur du batiment voit son h d d i t s relative tamber B moins de 10 % et il est consid€tr& c o m e tr2s see bien qus seule sa tempEratrrre a l t changs

(point A au point B sur la Figure 6). L'eau s'bvapore de diverses sources B

ltint6rieur du batiment, y compris les occupants et leurs diverses a c t i v i t e s ainsi que les matsriaux h d d e s qui &cheat; ce p & o d n e a pour effet

dlaccroltre le taux d 1 h m i d i t 6 d e ltair intgrieur (point B au point C sur la

Figure 6 ) . Mais come l ' a i r interieur d o l t Qtre renouvels pour assurer la ventilation requise, cet air humide d a i t se frayer un chemin vers

12 'extsrieur; or, par temps f roid, ss teneur en humidit& sera

sarement

supgrierrre

B

celle

risque &norme de condensation. Pour garantir l a durabilitd du batiment, il faut donc stassurer que la condensation 6s produise

a

Si I'enveloppe du bgtiment e s t complstement Gtanche, l e s

renouvellements d'air ntauront l i e u que par les ouvertures spgcialement prsvues

3

vent

Zi

Dans la pratique toutefois, 11 est rare que les bgtiments soient entizrement gtanches

a

I'air

ventilation et llafr ngcessaire aux appareils 3 combustible (chaudisres e t podles). Au cours des dernieres anuses, des e f f o r t s ont &ti5 faits en vue de

limiter les f u i t e s d'air

a

d'i5cbnord.e dtSnergie. kt3 s ~ c i a l f s t e s o a t prgtendu qu'il sqagfssait de la

c l B de la du'rabilitG de llenveloppe du bstiment. L1instalfation de

ventilateurs d 'extraction pour am€liorer la qualitg de

llair

des dcheuses supposent qu'il existe des ouvertures suffigantes pour assurer

ltalfmentatfon en a i r frais. IRS enveloppes de batiment &ant plus Etanches, la principale orrverture demeure la chemide, consue pour

1'6vacuation des produits de combustion de la chaudisre ou du foyer. I1 existe a l o r s un risque de refoulement

su

c e t t e Stude, qui porte sur la durabilits des batimente.

11 fant admettre qu'il existe us equilibra entre les quantitgs d ' a i r qui p€nStrenc et s'Schappent du batiment, LRafr p h g t r a n t daas le batiment

en hiver e s t froid e t contient peu d'humiditg tandis que l'air qui s'schappe du bltiment e s t chaud et considi5rablement p l u s humide. Si cat air chaud et humide fuit B travers l'enveloppe du bstiment, il viendra en contact avec

des surfaces de plus en plus froides. fl peut ggalement venir en contact avec un 6 l h e n t de l'enveloppe dont la tempsrature a t infErieure au point de rosge. C'est alors qu'une partie de la vapeur d'eau contenue dans l t a i r

se condense ( C 3 D et

a

peut s'gchapper rapldement Zi ltext6rieur sans qutil y aft trap de condensation, comme c ' e s t le cas dans uu conduit de ventilatelir

d'extraction. Par contre, si l ' a i r srQcoule par des v o i e s d6touruSes au

s'fl s'Scoule lentement sur l a surface d'un revetement par exempfe, il aura

davantage tendanee 3 se refroidir au contact du revatement et 3 entraltner la

formation d'importantes condensations.

La discussion pr€c€deate considSre que lt€coulement d'air

se

tsavers l'enveloppe du batlment, de 11int6rfeur vers 11ext6rieur, et que cet

i5eoulement d y a i r est la prfncipale cause de condensation. Toutefois, un dEplacemeat d'air par convection peut &dement provoquer de la

condensation. I1 se produit lorsque de l'air chaud et humide provenant de l ' i n t i k i e u r du bstiment entre en contact avec les parties f r o i d e s de

l'envelappe pour recirculer ensuite dans l e s espaees habit&$. C t e s t un point important

a

REFROIPISSEMENT EN WITTANT L E BATIM ENT TRANSFORMATIOI E

+

1

-1

'

AIR FROID AIR REC~ILIUFFE

M ENTRANT DANS TEMPERATURE, DC EXTERIEUR _{LE BATIMENT}

Pour que

lvair

En

a

diff&rences de pression dlair, quf peuvent Stre produites de diverses

f asons. Le vent

Le vent soufflant sur le bttiment produit des pressions et des succlons ayant une distribution complexe. Heureusement gue pour dtudier les

diEplacements de lthumidit8 ii l'idttirieur de l'eaveloppe du batiment, il

n'est pas nkessaire de les dgcrite en-dgtail. Z1 importe seulement de connaTtre deux ou trois principes de base pour comprendre de fawn g6drale la distribution dee pressions dues au vent. le vent contourne en g h g r a l la maison en passant par-dessus, par-desoous et sur les c8tGa. Et partout oii

s e produit un changement de direction ou de vitesse du vent, if y a une

variation de la pression de l'air. Si le changement de d i r e c t i o n e s t

convexe en directloa du bat iment

,

pression est convertie en Energie cinstique. Dans Ira batimnt en hauteur,

le passage de dimension rgduite peut &re clairement dgtectg sous le

batiment

pais

autour. A une certaine distance du batirnent, l'air peut &tre considSrE

come non perturbS et on peut prgsumer qu'a c e t t e distance se trouve la

lirnite extgrieure i n v i s i b l e du passage d'air & d u i t (Figure 8). (Crest cette augmentation de la v i t e s s e de lti!coulement d'air par le passage

Invisible au-dessus de llalle d'un avion qui crge la pression ngeassaire sur llaile et maintienc l'avion dans les airs.) k S u p p l h e n t du Code national du b3tirnent du Canada contient les coefficients des surcharges dues au vent des b3timents afnsi que des mgthades de calm1 des surcharges maximales

produites par ltactfon du vent.

Ies pressions du vent (positive ou d g a t i v e ) 3 l'extgrieur d'un

batimenc seront transmises

3

l'enveloppe, Ainsi, si une porte situge du c8ti5 sous le vent est ouverte,

le mur du cat& au vent devra rhister

aux

la

la pression positive

a

a

La tempdrature

Les diffgrences de pression d s u l t e n t aussi des diffgrences de tempgrature, b r s q u t on considzre le batiment dans son ensemble, on f ait ggdralernent r6fgrence 3 I'effet de chemide, bien qu'il y ait ggalement une diffsrence de pression entre l a piace e t l'enveloppe et 3 l'intsrieur &me de l'enveloppe. L e s effcts dc chemide ou dgplacements de l'air par convection ne sont pas aussf importants que les forces dues au vent, m a i s ils peuvent causer plus de dolmnages 3 un batiment car ils agissent dans une

&me direction pendant des psriodes relativement longues. Ceci e s t particulisrement vrai dans le Word 3 cause de la longueur des hivers.

Lorsqu'on chauffe de lqair, il se dilate de sorte que chaque p i e d cube d'air chauffE est mofns dense que le &me volume dtafr non chauffE. Si deux colcinnes dtair dti5gale hauteur, ltuae froide er l'autre chaude, sont placges

c 8 t e 3 c b t e ,

l'air

Itair chaud p l u s 18ger. 11 remplacera ltair chaud qui sidlSvera. C'est le tirage nature1 des cheminhs : l'air f r o i d aspirg par

le

par la combustion s'blave. Durant l'hiver, un pMno&ne semblable se produit dans les batiments, &me s i la difference de tempgrature de loaf r

entre l1int6r1eur et lrext6rieur ntest pas a u s s i grande que dans ltne cheminh

,

Conme ltair s'dcoule des zones de haute pression vers les zones de

basse pression, la pression extsrieure doit Stre plus g l e v k que la pressian int6rieure en bas e t plus faible que la pression intdrieure en haut. Ainsi,

la diffirence d e pression $, travers lvenveloppe dlua batfment varie de

positive 3 d g a t i v e il une certaine hauteur du batiment et il d o i t y avolr un niveau 03 la diffgrence de pression est nulle. Le plan qui contient les p o i n t s du p&rinG!tre du biitiment 03 la diffdrence de pressfon est nulle s'appelle le plan de p r e s s i o n nulle. S ' i l y a des ouvertures de m?me

dimension au sorsmet et

3

a

ouvertures sont semblables. Pour la continuit& de l'icoulement d'air, les pressions au somet et 3 fa base doiveat &re &gales mais de signes o p p o s h ,

Le plan d e pression nulle doit donc se trouver

a

En rgallts les ouvertures dans l'enveloppe du b a t t e n t sont rarement distribuGes uniformhent de la base au sommet, mais dans taus les cas 5 1 d o l t y avoir gquilibre entre l'air qui entre et l ' a i r qui sort. Sf par

exemple les ouvertures 3 la base sont plus grsndes que celles au s o m e t , une plus f a i b l e bafsse de pression est d c e s s a i r e au sommet pour obtenir le mSme i5coulement.

TR

a

Installations de ventilation

Une installation de v e n t i l a t i o n d o i t cder des d i f f e r e n c e s de pression, 3 certains endroits, entre I'intErieur et ltext&rieur dvun b$tfmeat. Ltair

qua s'infiltre doit &re gvacd en quantitg &gale ailleurs. Avec une installation de ventilation naturelle, les forces produites par l a

tem$rature e t le vent (effet de chemide) sont u t i l i d e s pour c&er

l'~coulement d'air ngceseaire tandis qu'avec une ventilation mkanique il

faut des ventflateurs. Selon la conception de l'fnstallation et son foactionnement, une installation de ventilation mgcanigue peut c r h r soit rine pression p o s i t i v e , soit une pression d g a t i v e , S'il y a davantage

d'extractfon d'afr que dtalimntation,

l'air

st&lSvera. Cela emptchera l t a i r humide de s'infiltrer dans l'enveloppe et accraltra la durabilitfi du bdtiment, Par contre, comme an l T a d6j8

mention&, un refoulement des cheminhs peut se produire et cr&r des infiltracioss d'air frdid 3 des endraits non 4tanches. 'Pour d v i t e r ces fnfiltrations, llinstallation doit Stre cowue pour assurer un surplus

d'alfmentatlon en air. Toutefois, cela forcera

Itair

a

condensations et l a dgtsrioration du batiment. Cornme la d€Grioration

rapide doit Gtre B tout prix hit&, cette solution nlest pas souhaitable- cause des problsmea aasociOs aux pressions positives e t r&gatlves il l'intsrieur du batiment, il e s t souhaitable de concevoir unc installation de

ventilation p u t

assure

d'air. Cet i5quilibre e a t dzfficle

a

Itinstallation peut varier consid6rablement avec

les

l a tempgrature Bur lcs priseo d t a i t e t les conduits drextraction. En plus, l e s effets des ventflateurs s g c i a u x conme ceux des s4cheuses B l i n g e et ceux du tirage ties chemin8es compliquent 116quilibre global d e

l'installatioa de veritilation. L'intervention des occupants par l'ouverture d e s portes, dea f e n s t r e s on l a d s e

en

ventilation, e t par

les

3

l'effet de chemide, l'installation de ventilation ne peut gquilibrer les

pressions dc part et d'autre de l'enveloppe qu13 un seul niveau.

En considgrant t o u s ces facteurs, il e s t difficile de Gterminer 3 l'avance les diffsrences de pression qui s'exercent sur l'enveloppe du bttiment ou d16tablir avec certitude leur direction. En g&&ral, p a r temps f r o i d , lorsque la condensation peut staccumuler dans llenveloppe du

bltirnent, il y aura probablement un aouvement de l'air vers l1int&risur 3 la

base du batiment et un mouvement vers ltext6rieut au sommet.

Comme i l est plus ou moins i d v i t a b l e qut8 la longue la pression tree

des fuites d'afr 3 certains endroits e t comme cet a i r contiendra

probablement davantage de vapeur d'eau que ne peut en contenir Itair

3

tempgrature extgrieure, la seule f q o n d'cnrayer la condensation B

l'fntgrieur de l'enveloppe est d l B l i d n e r t o u s l e s passages travers lesquels l'air peut stinfiltrer dans I1enveloppe. Autrement dit, pour que I'enveloppe s o l t durable il faut qu'elfe soit etanche 3 l ' d r , ce quf n r e s t pas f a c i l e 3 r h l i s e r .

I1 ne s'agit pas seulement des &commies d'Bnergie ou du confort des occupants, mais aussi de l a durabilltS du batiment. Heureusement, l e s ikonomies d'bnergie et le confort s o n t des avantages qui dgcoulent d'un batiment Qtanche

1

FIGURE 7

~COULEMEWS D'AIR ET PRESSIONS AUTOUR DUN BAT~MENT

FIGURE 3

~ C O U ~ E M ENTS D'AI R ET PRESSIONS AUTOUR D'UN B~TIMENT

structure, ou aux autres composantes du pare-air. Par exemple, une f e u i l l e d c polyEthylSne peut atre suffisamment r h i s t a n t e pour supporter les

pressions de l'air si elle est fixtie. aux poteaux de bois espacss de 600 mm entre axes, mais elle peut se dstacher de la sablisre et de la lisse basse ou au nfveau des j o i n t s verticaux si e l l e est simplement agrafge. E l l e peut ligalement arracher les agrafes si la direction du vent change et cherche

3

6loigner le polygthylkne des poteaux. 11 faut se rappeler que des succions

importantes agfssent snr un batiment ainsi que des pressions positives.

Les

j o i n t s entre Elgments doivent &re aussi resistants que les 616ments cux-mSmes pour t o u t e la d u r b de service du batiment. 11 faut parfois un support ou des pinces fix€ea 3 des &lEiuents rigfdes pour seeller l e s j o i n t s . Un ruban s d h h i f risque de perdre de a m efficscits il long term-

Caract6ristiques exigges d'un pare-air

Quelles doivent-Btre les principales caractEristiques d'un pare-air?

La caract'eristique la p l u s Qvfdante, mats en mame temps 3a plus d i f f i c i l e

B

obtenir, c ' e s t la continuit&. I1 faut que tous les & l h n t s et matgriaux qui foment le pare-air et tons l e s j o i n t s erapEchent l e passage de l'air.

GGn6ralement le pare-air se trouve B l'intgrieur de l'enveloppe du batirnent et par consgquent fl e s t impassible de vErifier son i t a t aprSs la

construction. Pour c e t t e rafson, on suggsre parfois gue la finftion

intgrieure j o u e le r81e de p a r e a i r . Tout domage visible pourrait, dans ce cas, &tre facilement repar&. Ce f a i s a n t , on suppose que les occupants du batfment savent que la f i n i t i o n intsrieure joue le r81e dt&tanchSitS

a

et se rendent compte de son importance. Malheureusement, les occupants ont rarement ce type de prEoccupation et la surface de la finition IntErieure,

bien que f a c i l e 3 &parer, s'endommage aussi

trSs

La seconde caract6ristique essentielle est la rgsistance aux pressions

maxfmales de llalr dues aux e f f e t s combings du vent, du tirage et de la ventilation. La f o n t t i o n principale d'un bgtiment est de protgger les

occupants du vent et c'est le p a r e a i r de l'enveloppe qui remplit cette

fonction, Cette StanchbitE est assurge par diffgrents 6li5meuts : vftrage

des fenstres, f e u i l l e s de plastique, ruban recouvrant les j o i n t s ou produit de calfeutrage.

La rssiatance exigge pour le pare-air est reliea

a

caractsristique : 11 faut qu'il a o i t durable. En ghgral, on s'attend 3 ce que la structure d'un batiment dure aussl longtempe pue le b t t i m n t , sans

rgparation majeure.

Ke

pour supporter les charges qui lui sont applfquGes.

'La quatribe caract&ristique e s t que le pare-air doit Stre ~ u f f i 8 ~ n t rigide, caract6ristique qui depend da t r o i s facteurs. IQ

premler

durabilitg : un pare-air const-ent s o l l i c i t 6 en flexion devient fraggle et se dgchire ou se d s t a c h e . Deuxi31mement, un p a r e a i r flexible peut dsplacer l'isolant qui e s t 3 son contact et crger ainsi des poches permettant 3 I'air

intgrieur ou extsrfeur de circuler. La compression des i s o l a n t s en l a i n e d d r a l e rgduit, au moins temporairement, la rgsistance thermique.

TroisiGmement, lqQgalisatfon des pressions d o l t se faire d e r r i k e le

de la p l u i e . L*iEgalfsation des pressions se prbduit lorsque l e s surcharges dues au vent sont continues, &me si le pareair est tr&s flexible. Lorsque les pressions du vent fluctuent, ltair est constamnent gvacd

B

ou

aspfr6

mats il est certain qulune membrane flexible sans appui ne convient pas.

POSITION DU PARE-AIR

I1 ne s u f f i t pas de dire que llenreloppe d o i t emflcher tout passage de

l ' a i r entre ltextQrieur et lVint&rieur du batiment. tlair e x t k i e u r ou

l'air intgrieur qui @n&tre dans l'enveloppe sans la traverser prEsente ggaletnent des i n c o n v h i e n t s .

Les diffbrences d e tem*reture entre l'intbrieur et ltextErieur des

murs

a

on

nc

De la &me fa~on, l8air f r o i d extgrieur peut gni5trer par les parties basses du mur, se rgchauffer au contact de zones chaudes et retourner 3 lUext6ri.eur 3 un niveau plus eliZv& ( ~ i g u r e 9b). Dans ce cas, il ne peut y

avoir de condensation car il y a rschauffement du courant dtair. Cependant,

en se rf5chauffant llair refroidit les panneawe extgriwrs et sf la tempErature du point de r o s k de llair intsrieur est atteinte, de la condensation peut se produire du cat6 intgrieur, sur le rev&tement d e

finition. Les forces responsables de ces d&placements dtair par convection de l'ext4rieur sont identiques 3 celles produisant les d6plaeements dlair par convection de

llint€rieur,

diffsrence de temfirature. Par contre, des dEplacements d'air beaucoup p l u s importants peuvent se produire dans les

c a v i t k

11effic8citE de l'isolant therdque. L1 n'est donc p a s suffisant drm@cher

les fuites

ou

l a

biltiments. I1 faut aussi emp€cher leo dsplacemente par convection B travers

e t autour de l'isolant. Ces m€canismes quivfenaent s'ajouter

B

pare-air 3 llintSrieur de l'enveloppe du batfaent.

Tandis que la condensation causge par ~'exfiltrstion d t a i r d o l t &re

6vit6e en enrayant la f u l t e d'air, celle rgsultant des d€placenhents par convection doit ttre h i t & en emflchant feur formation. Wux myens sont employ& : les ouvertures s i t u k s du eat€ chaud de fVisolant par lesquelles p6nStre l'air intgrieur peuvent Btre boucMes par une barrisre contre les dsplacements par convectlbn (Figure 9a); ou bien les espaces de llenveloppe

du c8tE froid de llisolant qui permettent le paesage de l'air par convection doivent Stre Bliminh. (In peut, par exemple, installer un isolant

impermsable

a

pas simplement. de fermer ou dt&tancher les j o i n t s entre les paaneaux

d'isolant; cela gquivaudrait 3 essayer de faire jouer 3 l'isolant le r61e de

barrisre contre les d8placements par convection.

Pour empgcher les d&placements d ' a i r crS6s par le vent autour de l'isalant ou travers c e l u i - c f , il faut placer une couche i m p e d b l e

l'air sur le c8tS extgrfeur de l'isolant

,

ne comporte pas d'ouverture par faquelle l'air p u i s s e

s16chapper,

predsre solution paraTt Gvidente et cmme le but du revgtement e s t

dVarr8ter le vent, on paut llappeler "6tanchWtS au vent" ou encore

"protection contre les intemp€riesU puisque le revete~ent exarieur d o l t emperher l a pluie et l a neige de phi5trer dans I'enveloppe.

La

l'exception dfuae ouverture du cbtd expose au vent. Comme 11 n'p a pas

d'ouverture par laquelle le vent puisse quitter la bofte du c a t € sous le vent, il ne phstrera pas du c8tS au vent. Seule une petite quantite d'air p&n&rera dans la borte et la mettra en pression, mais il nty aura pas de diiplarement d'air par la s u i t e .

A i n s i pour empecher la circulation de l t a i r

a

-

les

-

-

Pour empecher la condessatlon produite par les dgplacements par convection, l e s barrisres doivent atre p l a c h s lb 6: la tempkature e s t sup*ieure au

point de rosge de ltair .de la pisce, c'est-&dire du c8t6 chaud de

l'isolant. Pour que le vent ne p h S t r e pas dans l'isolant, le p a r e v e n t d o i t etre placs du c8te extgrieur de l'isolant, Pour emgcher les fuites entre 1 'intsrieur et l'extsrieur, lv&t anch'efts 3 llair peut &re p l a c k nvimporte oil dans ll&paisseur d e l'enveloppe. On peut donc combiner

lq&tanchSit5 3 l'air avec la barriere cont.re les dsplacements par convection ou &vec le pare-vent et coaame la fonction essentielle d'une enveloppe de batiment est d'emplcher l e passage de l ' a i r entre lqext8rieur e t IqiatGrieur

du bgtiment, ces deux barrisres peuvent

&re

chantier,

Lorsqulil c h o i s i t l'eaplacement du pare-air, le ccmcepteur d o l t

considsrer l e s faeteurs interdspendants suivants t

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