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Digeste de la construction au Canada, 1985-06-01
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Membranes d'étanchéité monocouches
Laaly, H. O.; Dutt, O.
Digeste de la Construction au Canada
Division des recherches en construction. Conseil national de
recherches Canada
CBD-235-F
Membranes d'étanchéité monocouches
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.
Publié à l'origine en juin 1985. H.O. Laaly et O. Dutt
Résumé
Le présent Digest traite des propriétés, des avantages et des inconvénients des nouveaux matériaux de couverture synthétiques, y compris les membranes préfabriquées appliquées en feuilles et les membranes appliquées sous forme liquide.
Introduction
Les matériaux de couverture et d'étanchéité synthétiques appliqués en feuilles monocouches, ont fait leur apparition au Canada au début des années soixante comme solution de rechange au procédé classique de revêtement multicouche. L'augmentation du coût de la main-d'oeuvre et des produits dérivés du pétrole, l'amélioration des matériaux polymériques, ainsi que la demande de matériaux souples et faciles à poser font que ce procédé est désormais appelé à durer.
Les matériaux de couverture synthétiques possèdent les propriétés recherchées, y compris la durabilité. La plupart sont fabriqués en feuilles; quelques-uns sont conçus pour être appliqués sous forme liquide. Ils sont constitués par divers mélanges de bitumes, de polymères, de charges, de plastifiants, de stabilisants, et autres additifs, et sont généralement armés de fibres de verre ou de polyester.
Le procédé et l'équipement de mise en oeuvre des membranes d'étanchéité sont généralement simples. La méthode de pose courante consiste essentiellement à étendre la membrane sur l'isolant et à la recouvrir d'une protection lourde pour l'empêcher d'être soulevée par le vent. L'isolant peut également être désolidarisé du support. En système semi-indépendant, la membrane et l'isolant sont assujettis au support au moyen de fixations mécaniques ou par collage à intervalles. En système adhérent, l'isolant est collé au support et la membrane à l'isolant sur la totalité de la surface. Dans le cas des toitures à membrane protégée, l'isolant est posé par-dessus cette dernière sans y être collé, puis recouvert d'une protection lourde. Tous les systèmes indépendants exigent, évidemment, que la structure puisse supporter le poids de la protection lourde.
Les opérations de chantier comme l'exécution des joints de recouvrement entre les feuilles et les raccordements aux solins et aux pénétrations exigent le plus grand soin. Il faut également bien assujettir le pourtour du revêtement, qui est plus particulièrement exposé à l'arrachement sous l'action du vent. La plupart des membranes d'étanchéité supportent des températures de mise en oeuvre assez variées et exigent moins de travail que les revêtements multicouches.
Au cours des six dernières années, des centaines de matériaux d'étanchéité et de couverture synthétiques ont été mis sur le marché. Leur classification est variée; dans le présent Digest, ils sont regroupés selon les catégories utilisées dans les normes relatives aux matériaux et à leur mise en oeuvre.
Bitume-caoutchouc d'application à chaud
Le bitume-caoutchouc est essentiellement un mélange de caoutchouc vierge ou régénéré dispersé dans du bitume. Le caoutchouc augmente la souplesse du matériau à de basses températures et limite le fluage à des températures élevées. On y ajoute de l'huile comme plastifiant, de l'argile ou de la chaux en poudre comme charge et un stabilisant pour empêcher la détérioration du caoutchouc. Parfois, on ajoute également une petite quantité de caoutchouc synthétique SBS (styrène-butadiène-styrène) pour optimiser les propriétés mécaniques du mélange.
Le bitume-caoutchouc se présente sous forme de pains enveloppés dans du polyéthylène à basse densité pouvant supporter une longue période d'entreposage. Sur le chantier, les pains et leurs enveloppes sont mis à fondre dans une chaudière, le polyéthylène servant à améliorer les propriétés physiques du bitume-caoutchouc. En règle générale, on recommande une température limite de 230°C (450°F) et une durée maximale de chauffe de six heures. La température de mise en oeuvre ne devrait pas être inférieure à 177°C (350°F).
On applique le bitume-caoutchouc à chaud sur le support au moyen d'un racloir, de manière à réaliser un revêtement sans joint d'une épaisseur moyenne de 4,5 mm. Le subjectile doit être sec et exempt de poussières, de graisse et d'huile. Ce procédé convient aux supports de béton ainsi qu'aux supports d'acier recouverts de contreplaqué ou de plaques de plâtre. Dans le cas d'un support de béton, la surface doit être apprêtée avec une solution bitumineuse appropriée. S'il s'agit d'un support de contreplaqué, on couvre d'abord les joints entre les panneaux de mélange chaud, puis d'une bande de tissu de renforcement qui doit être bien imprégnée du mélange chaud avant la pose de la membrane. S'il s'agit d'un support en plaques de plâtre, on calfeutre d'abord les joints avec du ruban qu'on recouvre de mélange chaud, d'une bande de tissu de renforcement et d'une deuxième couche de mélange chaud. Ce type de membrane n'est recommandé que pour les systèmes à étanchéité protégée dans lesquels une couche de feutres bitumés imprégnés ou une pellicule de polyéthylène est posée sur la membrane, puis recouverte d'isolant et de dalles, ou même de terre végétale en certains cas. Au besoin, des panneaux peuvent être placés sur la membrane en guise de protection.
Enduits d'application à froid
Les enduits d'application à froid sont des composés polymères à base de bitume modifié ou de brai de goudron de houille dans la constitution desquels peuvent entrer divers élastomères ou résines comme le polyuréthanne, le dibromobutadiène, des silicones ou des acryliques. Ils se présentent sous forme de solutions ou d'émulsions auxquelles on incorpore parfois des pigments blancs ou des paillettes d'aluminium servant à réfléchir les rayons solaires. Des granulés minéraux ou du sable ajoutés avant la prise peuvent aussi servir de protection contre les rayons solaires ou permettre d'obtenir un effet antidérapant dans les zones de circulation légère. Dans les cas où la membrane est posée sous l'isolant, c'est l'isolant et le lest qui le recouvre qui servent de protection.
L'application à froid a l'avantage de se faire sans chaudière; les produits sont alors appliqués au moyen d'un pistolet, d'une truelle ou d'un rouleau. Leur prise et leur séchage exigent du temps mais par contre, leur souplesse d'emploi est un atout pour les travaux de réparation ou de réfection. L'étanchéité est généralement réalisée en une ou deux couches d'une épaisseur totale de 1,5 mm. La membrane peut également être armée avec des fibres de verre, du tissu ou des matériaux synthétiques semblables. La mise en oeuvre exige moins de travail que la pose d'une membrane préfabriquée, notamment dans les cas où le toit est fortement incliné ou présente une forme irrégulière.
Étant donné la faible épaisseur de ces membranes, l'adhérence au support est de la plus grande importance. La mise en oeuvre doit donc se faire dans des conditions atmosphériques favorables. Dans le cas d'un support en béton, il est nécessaire d'apprêter la surface afin de favoriser une bonne adhérence et empêcher que la membrane soit soulevée par le vent ou se déchire prématurément sous l'effet de la circulation. Elle doit être protégée contre les chocs durant la période de prise.
Membranes d'élastomères préfabriquées
Les membranes d'élastomères préfabriquées, généralement désignées sous le nom de
caoutchoucs synthétiques, sont obtenues à partir de la vulcanisation ou la réticulation de divers matériaux plastiques ou polymères. Les principaux élastomères utilisés sont le copolymère d'éthylène-propylène diène (EPDM) et le polyisobutylène (PIB). On utilise également des polyéthylènes chlorés (CPE), des polyéthylènes chlorosulfonés (CSPE, appellation commerciale: Hypalon) et des polychloroprènes (Néoprène). Ces membranes sont fabriquées en feuilles d'une épaisseur nominale de 1 à 2 mm, pouvant comporter une armature de fibres ou de tissu. Elles présentent parfois une sous-face en fibres non tissées destinée à absorber les aspérités du support et à empêcher ainsi la perforation de la membrane. La résistance et l'allongement de ces membranes sont déterminés par le type et la quantité de matériau de renforcement. Les armatures en tissu de polyester, par exemple, sont très élastiques et, en système semi-indépendant, améliorent la résistance de la membrane aux effets du vent.
En général, les membranes d'élastomères contenant du noir de carbone ou revêtues de peintures anti-UV résistent assez bien à l'exposition aux rayons solaires. Par contre, elles sont susceptibles d'être altérées par les huiles ou autres substances chimiques que l'on retrouve parfois sur les toits. Certaines se détériorent au contact de l'ozone. Il existe des feuilles de caoutchouc de composition spéciale, cuit ou semicuit, qui servent principalement au revêtement des solins.
Les joints sont exécutés par recouvrement et collés avec un enduit à base de caoutchouc ou du ruban adhésif double-face. Les élastomères utilisés étant des produits chimiquement stables, il est difficile d'obtenir une bonne adhérence des recouvrements. Or, la tenue des joints est essentielle à la bonne performance du revêtement. La mise en état des surfaces de recouvrement (en général, de 75 à 125 mm de largeur) est donc très importante. Divers procédés d'exécution des joints sont recommandés par les fabricants, en fonction des conditions de réalisation. La poudre de talc ou de mica dont la feuille est enduite à la fabrication pour éviter le collage entre les spires du rouleau doit être enlevée à l'aide d'un solvant. On recommande parfois l'utilisation de produits favorisant l'adhérence (apprêts
spéciaux). Mentionnons enfin qu'une quantité excessive de colle peut provoquer un gonflement et par conséquent affaiblir le joint.
Les membranes d'élastomères peuvent se poser en système adhérent, semi-indépendant ou indépendant, être lestées par une protection lourde et posées dans l'ordre classique ou inversé (étanchéité sous isolant).
Membranes souples en polychlorure de vinyle (PVC)
Le polychlorure de vinyle est l'un des polymères qui connaît le plus grand nombre d'applications industrielles et commerciales. C'est un matériau semirigide dont on peut augmenter la
souplesse et la stabilité par l'addition de plastifiants, de stabilisants et autres agents. Le PVC a fait son apparition en Amérique du Nord au début des années soixante-dix. Les problèmes de retrait et de fragilité par perte des plastifiants au début de son utilisation ont été en grande partie résolus par l'emploi de plastifiants plus stables et l'incorporation d'une armature en fibres de verre ou de polyester. La tenue des joints a également été améliorée grâce au soudage par la chaleur (au moyen d'un pistolet à air chaud électrique) qui a remplacé dans bien des cas le collage par solvant.
Les membranes souples de PVC, comme toutes les autres membranes monocouches, peuvent être posées en système adhérent, semi-indépendant ou indépendant. Comme elles renferment
des pigments et des absorbeurs UV, elles peuvent être exposées au rayonnement solaire sans subir de détérioration. Grâce à l'aptitude du PVC au soudage par la chaleur, les solins et autres détails peuvent être réalisés avec des feuilles de métal revêtues de PVC. Les propriétés du PVC rendent ce procédé apte à être utilisé sur des toits de formes les plus diverses. Les membranes souples de PVC sont également fabriquées avec une sous-face en mousse ou en fibres de polyester non tissées servant à absorber les aspérités du support.
Dans les cas d'application sur un ancien revêtement multicouche, la membrane de PVC ne doit pas entrer en contact avec du bitume ou du goudron. Le plastifiant contenu dans le PVC serait alors absorbé par ces derniers, ce qui provoquerait l'effritement et la détérioration prématurée du PVC. Il existe plusieurs types de feuilles et d'enduits permettant d'éviter ce problème. Membranes en bitume modifié, préfabriquées et renforcées
Bien qu'on utilise le plus souvent le terme générique bitume, qui englobe à la fois l'asphalte et le brai de goudron, la plupart des matériaux de couverture bitumineux sont, plus précisément, à base d'asphalte. Le bitume est une matière thermoplastique qui ne demeure viscoélastique qu'entre certaines limites de température. On peut étendre considérablement cette plage de températures en incorporant au bitume certains polymères.
Parmi les polymères qui permettent d'obtenir les caractéristiques recherchées, y compris la résistance aux intempéries, les plus couramment utilisés sont le styrène-butadiène-styrène (SBS) et le polypropylène atactique (APP). Des fibres tissées ou non tissées de nylon, de verre, de polyester ou naturelles, d'un seul type ou mélangées, sont ajoutées comme armature. De par sa composition et son mode de mise en oeuvre, la membrane en bitume modifié, préfabriquée et renforcée est semblable aux membranes d'étanchéité multicouches. Toutefois, elle est plus mince, soit de 2 à 4 mm au lieu de 6 à 10 mm. Cette différence d'épaisseur ainsi que l'absence de gravier diminuent la charge permanente exercée sur le support. La membrane en bitume modifié est collée au support ou à l'isolant avec un enduit bitumineux ou en
chauffant la sous-face de la membrane au fur et à mesure de son déroulement, à l'aide d'un chalumeau au propane à buses multiples. Certaines membranes ont une sous-face
autocollante. La membrane de bitume modifié peut se poser seule ou en deuxième couche dans un système double épaisseur, la couche sous-jacente étant alors une feuille sans surfaçage, appliquée à la vadrouille, souvent plus mince et plus légère que la membrane de finition. Les lisières des recouvrements sont lissées à la torche et à la truelle ou recouvertes d'enduit de façon à assurer l'adhérence et l'étanchéité.
La membrane de bitume modifié résiste aussi bien aux intempéries qu'une étanchéité multicouche. L'application d'un recouvrement de paillettes ou de granulés minéraux, d'un enduit spécial ou d'un revêtement réfléchissant, comme une feuille d'aluminium, de cuivre ou d'acier inoxydable gaufrée, sert de protection contre les rayons ultraviolets. Dans le cadre d'un programme d'entretien régulier, les granulés disparus sous l'effet de l'érosion et des cycles de gel-dégel doivent être remplacés à l'aide d'une torche.
L 'emploi d'une colle asphaltique incompatible avec le matériau constitutif de la membrane ou d'une source de chaleur trop intense pour l'exécution des joints peut provoquer l'effritement des matériaux et, par la suite, le décollement des joints. De même, les joints de recouvrement peuvent se déplacer si la colle est trop molle ou appliquée en excès.
Normes et spécifications techniques
La performance des membranes de couverture est fonction de leur conception, des propriétés des matériaux constituants, de la qualité d'exécution et des conditions d'exposition. Les normes relatives à la qualité des produits doivent être obligatoirement respectées; elles définissent les propriétés physiques nécessaires pour assurer la bonne tenue en service et la durabilité des matériaux. Les normes s'appliquant aux conditions d'exécution visent une mise en oeuvre des matériaux conforme aux instructions des fabricants. Les spécifications décrivent le produit fini et les objectifs de performance afin de faciliter le choix des matériaux.
Il existe un rapport direct entre les modifications d'ordre chimique, physique et mécanique que subissent les matériaux et les facteurs d'ambiance auxquels ils sont exposés. L'observation du comportement en service des matériaux ainsi que les résultats d'essais effectués en laboratoire permettent de mieux définir les normes de fabrication et les critères de performance.
À cet égard, un grand nombre d'essais ont été mis au point pour déterminer la nature et l'importance des contraintes auxquelles sont soumis les matériaux de couverture en cours de fabrication, de mise en oeuvre et de service. Ils permettent de mesurer l'allongement et la flexibilité, la perméabilité à la vapeur d'eau et la résistance à la perforation, au déchirement et à l'érosion. Des essais spéciaux sont conçus pour déterminer les effets de conditions
particulières en service. Tous ces essais ont pour fin ultime la réalisation d'un ouvrage efficace et durable et les matériaux utilisés doivent avoir été éprouvés pour établir qu'ils satisfont aux exigences.
Bien qu'un bon nombre des nouveaux matériaux de couverture et d'étanchéité aient déjà fait l'objet de normes en Europe, celles-ci ne sont pas applicables telles quelles au Canada, à cause des différences de climat. Plusieurs normes relatives à la fabrication et à la mise en oeuvre de matériaux de couverture et d'étanchéité synthétiques ont déjà été publiées au Canada et d'autres sont en préparation. Toute demande de renseignements au sujet des normes en vigueur peut être adressée à l'Office des normes générales du Canada, ministère des Approvisionnements et Services, Ottawa (Ontario) K1A 1G6.
Conclusion
Les membranes de couverture synthétiques possèdent des propriétés recherchées qui ne sont cependant pas illimitées. Toutefois, les progrès constants dans la mise au point des matériaux et des méthodes d'exécution permettent de croire que leur usage est appelé à se répandre. Qu'il s'agisse d'un nouvel ouvrage ou d'une réfection, la gamme de matériaux disponibles offre un choix de systèmes appropriées au climat comme aux multiples conceptions architecturales. Dans le cas d'une réfection, il faut vérifier l'état de siccité de l'étanchéité en place et sa
compatibilité avec les nouveaux matériaux. Un revêtement d'étanchéité efficace et durable ne s'obtient qu'à certaines conditions : un choix judicieux des matériaux et du procédé de mise en oeuvre et une bonne qualité d'exécution.
Références
1. NRCA Roofing Materials Guide, National Roofing Contractors Association, Chicago, Illinois, 60631. 2. Laaly, H.O. Methods of Evaluating Single-Ply Roofing Membranes, NRCC 21088, Division of
