DOSSIER 27ÉTANCHÉITÉ. INFO #43 SEPT. 2014 PERFORMANCES ÉNERGÉTIQUES

I S O l at I O n D E S t O I t u R E S - t E R R a S S E S

Il ne suffit pas d’augmenter les épaisseursLes exigences de performance énergétique poussent les concepteurs à augmenter significativement les épaisseurs d’isolant en toiture, au-delà des contraintes réglementaires. Des dispositions qui n’autorisent pas à s’affranchir des règles de l’art. a D E l I n E D I O n I S I

On le constate dans les appels d’offres, dans les CCTP, sur les chantiers : les épaisseurs d’iso-lant mises en œuvre sur les toitures-terrasses

augmentent au même rythme que les exigences de performance énergétique du bâti imposées par les réglementations thermiques. Avec la RT 2012, des épaisseurs de 240 voire de 300 mm ne sont plus anecdotiques. Pour atteindre les niveaux de résis-tance thermique (R) requis en évitant les charges trop importantes sur la structure, il arrive également que certains concepteurs s’autorisent quelques libertés avec les règles de l’art décrites dans les NF DTU, en isolant également la sous-face de la toiture.

R é f é R E n t I E l S

Ces évolutions posent un certain nombre de ques-tions : ces dispositions constructives répondent-elles toujours de façon optimale aux résultats attendus ? Comment s’effectuent les calculs de performance des toitures ? Que doit-on y intégrer et de quelle manière ? Ne risquent-elles pas d’être à l’origine de désordres ? Pour y répondre et accompagner les maîtres d’ouvrage, les maîtres d’œuvre et l’ensemble des professionnels de l’étanchéité, la Chambre syn-dicale française de l’étanchéité (CSFE) a publié en mai 2012 les Recommandations professionnelles n°4 pour la conception de l’isolation thermique des toitures-terrasses et toitures inclinées avec étan-chéité (téléchargeables gratuitement sur l’application kiosque étanchéité et bardage et sur www.etancheite.com), reprises en partie, pour les éléments porteurs en maçonnerie dans le Cahier des prescriptions techniques n°3741 du CSTB. Leurs objectifs : « définir les bonnes pratiques en matière de pose de l’isolation thermique en toitures avec étanchéité, dans le neuf comme en rénovation sur toutes les natures d’élément porteur ». Ce document a également servi de base de travail pour l’élaboration des Recommandations pro-fessionnelles RAGE 2012 sur l’« Isolation thermique

et étanchéité des points singuliers de toiture avec éléments porteurs en maçonnerie » parues en mars dernier. Quel que soit l’élément porteur, les NF DTU 43.1 (béton), 43.3 (acier), 43.4 (bois) et les Avis Techniques des procédés sont unanimes : l’isola-tion thermique est mise en œuvre sur l’élément

Sur acier et bois, les apports de charges admissibles sont limités afin d’éviter les surdimensionnements de structure.

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l’isolant en sous-faceSelon le NF DTU 43.4, repris dans les Recommandations professionnelles n° 4 de la CSFE, le principe de la toiture froide ventilée est admissible sur élément porteur en bois. Mais les conditions d’application sont strictes : l’ouvrage sera de petites dimensions, à forte pente et avec une géométrie adaptée afin de permettre un tirage assurant une ventilation efficace de la lame d’air. Les locaux concernés doivent être classés à faible et moyenne hygrométrie. L’isolation thermique est mise en œuvre sous une lame d’air ventilée communiquant avec l’extérieur, créée sous l’élément porteur. L’épaisseur de la lame d’air et la section totale de la ventilation sont fonction de la longueur du rampant, de la classe d’hygrométrie du local sous-jacent et de la perméance du plafond. Cette solution est en pratique très peu utilisée, car délicate à gérer sur le plan de la ventilation, et les fortes épaisseurs d’isolant requises actuellement militent encore moins pour cette solution.

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porteur, sous le revêtement d’étanchéité (ou au-dessus selon le principe de l’isolation inversée dans le cas des éléments porteurs béton). Seul le NF DTU 43.4 admet une variante avec pose de l’isolant en sous-face dans un principe de toiture froide ventilée (voir encadré).

R è G l E D E S 2 / 3 - 1 / 3

Une alternative au principe de mise en œuvre de l’isolant sur l’élément porteur existe, bien que non visée dans les NF DTU, mais doit être pratiquée avec prudence. Pour les toitures à éléments porteurs en acier ou en bois, elle consiste, pour des locaux classés à faible ou moyenne hygrométrie, à admettre qu’une partie de l’isolation puisse être disposée en sous-face de l’élément porteur. À condition que le point de rosée calculé en régime permanent reste toujours situé au-dessus du pare-vapeur ou de l’élément porteur acier lorsque le pare-vapeur n’est pas obligatoire. En première approximation, cela conduit à « répartir l’isolation en surface et sous-face de l’élément porteur en respectant un ratio d’environ 2/3 de la résistance thermique totale de la paroi au-dessus du pare-vapeur ou de l’élément porteur et de 1/3 en dessous », souligne Julien Lamoulie, ingénieur construction au sein de l’Ins-titut Technologique Forêt Cellulose Bois-construction Ameublement (FCBA). Cette solution est intégrée dans les Recommandations professionnelles de la CSFE et dans celles de RAGE 2012 sur l’ « isola-tion thermique des sous-faces des toitures chaudes à élément porteur en bois relevant du NF DTU 43.4 » parues cet été. Elle s’avère particulièrement utili-sée avec les éléments porteurs en bois et tend à se développer sur les bâtiments en acier. Le béton est moins concerné, essentiellement pour des raisons pratiques de réalisation des plafonds isolants. La CSFE encourage toutefois à privilégier les concep-tions traditionnelles avec la totalité de l’isolation au-dessus de l’élément porteur. Ces dernières ont en

effet largement fait leur preuve. Elles assurent une meilleure pérennité de l’ouvrage et protègent le bâti des chocs thermiques, tout en éloignant les risques de condensation. Mais sont-elles compatibles, dans les cas des structures légères, avec l’augmentation des épaisseurs d’isolant et les surcharges induites ? « Il faut stopper cette course à l’épaisseur », propose Michel Piquet, directeur technique chez Recticel. Il est en effet aujourd’hui admis que « la consommation énergétique d’un ouvrage diminue signifi cativement sur les premiers centimètres d’isolant puis diminue lentement jusqu’à une asymptote », confi rme Claude Da Silva, responsable développement France chez Rockwool. Le risque : surisoler pour un gain ther-mique parfois limité. Le coût induit, tant en termes de quantité de matériaux que de dimensionnement de la structure, n’est donc pas toujours justifi é. Pourtant, il reste diffi cile aujourd’hui de déterminer à partir de quelle valeur de résistance thermique, le rapport entre gain énergétique et épaisseur se dégrade. D’autant plus que « la réglementation thermique exprime la performance de la toiture en termes de coeffi cient de transmission surfacique (U), exprimé en W/m².K, qui intègre les ponts thermiques de la paroi et non en résistance thermique (R) qui n’est qu’une caractéris-tique intrinsèque du matériau isolant », rappelle Henri Desgouilles, président de la commission nationale technique de la CSFE. Et pourtant, beaucoup d’acteurs raisonnent encore à partir du R de l’isolant, valeur qui aura tendance à mener vers la surisolation. Or, les calculs le montrent, « plus la résistance thermique de l’isolant est importante, plus les ponts thermiques sont impactants », souligne Michel Piquet. Comme l’explique Nicolas Robert, ingénieur au pôle conseil rénovation du bureau d’études Pouget Consultants : « Mieux vaut traiter les ponts thermiques qu’augmenter les épaisseurs d’isolant ». Aujourd’hui, les solutions existent pour la plupart d’entre eux et sont disponibles dans les documents techniques mis à disposition des professionnels. l

les isolants admissibles• Sous membrane d’étanchéité bitumineuse : - tous les isolants dits soudables : laine minérale, perlite expansée, sur partie courante comme en relevé ; - le verre cellulaire sur partie courante comme en relevé ;- les isolants en polyuréthane et polyisocyanurate (en relevé, uniquement lorsqu’ils sont aptes à recevoir un revêtement auto-adhésif) ;- les isolants en polystyrène expansé, en partie courante uniquement.• Sous membrane d’étanchéité synthétique, sur partie courante comme en relevé : laine minérale, perlite expansée, verre cellulaire, polyuréthane, polyisocyanurate et polystyrène expansé. • En isolation inversée, en partie courante comme en relevé : polystyrène extrudé.Les isolants dits biosourcés, par exemple à base de bois ou de chanvre, ne sont actuellement pas admis, n’ayant pas apporté la justifi cation de leur aptitude à l’emploi et de leur durabilité pour cet usage.

Les très fortes épaisseurs d’isolant sont de plus en plus courantes.

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I S O l at I O n

Identifier, calculer et traiter les ponts thermiquesLes performances énergétiques des toitures-terrasses dépendent en grande partie du traitement des ponts thermiques. Les Avis techniques, les Recommandations professionnelles de la CSFE et les nouveaux documents RAGE 2012, proposent aujourd’hui des solutions pour les gérer sans dommage pour l’ouvrage. a D E l I n E D I O n I S I

Les ponts thermiques sont responsables de déper-ditions qui peuvent dépasser, pour certains bâtiments, 40 % des déperditions totales à tra-

vers l’enveloppe. Les identifi er suppose d’abord de raisonner en termes de natures d’élément porteur « car la conception des toitures diffère tout comme les modes de pose », souligne Gérard Persuy, chef de marché national étanchéité chez Knauf. « Sur tôles d’acier nervurées, l’isolant et la membrane d’étanchéité sont le plus souvent fi xés mécaniquement. Sur béton, en revanche, l’isolant est collé dans la très grande majorité des cas car la dalle est généralement plane en partie courante », ajoute Claude Da Silva, responsable développement France chez Rockwool. Le coeffi cient

de transmission surfacique des premières (Up) sera donc largement impacté par les ponts thermiques de fi xations alors que pour les secondes, ce sont les ponts thermiques d’acrotère qui infl ueront le plus sur les performances de la terrasse.

p O n t S t h E R m I q u E S D E f I x at I O n

« Tous les Avis techniques (ATec) d’isolants donnent un exemple de calcul déterminant la manière dont les ponts thermiques de fi xation seront pris en compte », souligne Dominique Royer directeur technique chez Smac. Intitulé « Détermination de la résistance thermique », il y est précisé que « les modalités de calcul de Up ou coeffi cient de déper-

Les attelages à rupteur de pont thermique font tendre le 𝜒fi xation vers 0.

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DOSSIER32 PERFORMANCES ÉNERGÉTIQUES ÉTANCHÉITÉ. INFO #43 SEPT. 2014

dition par transmission à travers la paroi-toi-ture sont données dans les règles Th-Bât/Th-U. Pour le calcul, il faut prendre en compte la valeur Rutile du panneau mentionnée dans le dossier technique de l’ATec ». Dans le cas de la fixation mécanique des panneaux d’isolant ou des revêtements d’étanchéi-té, les ponts thermiques intégrés liés aux fixations seront pris en compte de la manière suivante : Up = Uc + ΔUfixation avec ΔUfixation = Σχfixation/A. « Dans le cas le plus courant des toitures-terrasses en acier, avec les fixations mécaniques classiques avec vis autoperceuses, le pont thermique intégré est d’environ 0,03 W/m².K », ajoute Dominique Royer. L’alternative constituée par les fixations à rupteur de pont thermique permet de faire tendre le χfixation vers 0. « Par exemple, pour un même diamètre, le χfixation d’un attelage métallique sera de 0,006 W/K, qui est la valeur par défaut mentionnée dans les règles Th-Bât. Avec un fût plastique, cette valeur descend jusqu’à 0,0008 W/K », précise Philippe Tol-leret, directeur technique et du co-développement chez Etanco.

p O S E D E S f I x at I O n S

Les attelages métalliques constituent encore près de 90 % du marché. Deux raisons à cela : leur prix, en moyenne 20 % moins élevé que les solutions à rupteur de ponts thermiques, et leur facilité de

mise en œuvre manuelle. « En France, la pose auto-matisée reste rare, contrairement à l’Allemagne par exemple. Or, jusqu’à présent, les fixations à rupteur de ponts thermiques étaient très difficiles voire im-possibles à mettre en œuvre à la main », explique le directeur technique d’Etanco. Les fabricants de fixations ont donc innové en ce sens et proposent aujourd’hui des produits axés sur le confort de pose. « Cet argument ne tient donc plus, pas plus que celui du prix », poursuit Philippe Tolleret.

les typologies de ponts thermiquesLes ponts thermiques peuvent être classés selon trois familles : - Les ponts thermiques linéaires, exprimés en W/(m.K), caractérisent les déperditions à la jonction de deux parois. « La RT 2012 limite, dans le cadre des exigences de moyens, le ratio de transmission thermique linéique moyen global des ponts thermiques du bâtiment RatioΨ à 0,28 W/(m2SHONRT.K) », rappelle Lise Boussert, déléguée technique de la CSFE. - Les ponts thermiques ponctuels, exprimés en W/K, caractérisent les déperditions à la jonction de trois parois, par exemple au droit d’un angle haut entre deux murs de façades et la toiture. - Les ponts thermiques structurels ou intégrés à une paroi donnent lieu à des déperditions thermiques supplémentaires par rapport à la partie courante, qu’il faut intégrer dans le coefficient surfacique intrinsèque Up de la paroi considérée. Cette valeur est la donnée d’entrée de la performance de la paroi au regard de la RT 2012. Les fixations mécaniques des isolants et des revêtements d’étanchéité en toiture ainsi que les lanterneaux sont des éléments intégrés à la paroi, générant ce type de ponts thermiques ponctuels. Source : le courrier de l’étanchéité

Le marché des fixations est tenu à 90 % par les attelages métalliques, les fûts plastiques en représentent 10 %.

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DOSSIER 35ÉTANCHÉITÉ. INFO #43 SEPT. 2014 PERFORMANCES ÉNERGÉTIQUES

En effet, la suppression des ponts thermiques de fixation limite de fait l’augmentation des épais-seurs d’isolant. Pour les fabricants de ces disposi-tifs, cela ne fait pas de doute : le surcoût généré par les fixations plastiques est donc largement ou totalement amorti et les surépaisseurs évitées.

p O n t S t h E R m I q u E S D ’ a c R O t è R E

Sur les éléments porteurs en béton, avec une isola-tion thermique par l’extérieur des façades, les ponts thermiques générés au niveau des acrotères des toitures-terrasses peuvent être traités par isolation de ces reliefs. La CSFE s’est emparée de cette pro-blématique avec la publication en mai 2012 de ses Recommandations professionnelles n°4. Un cha-pitre spécifique y est consacré afin d’accompagner les étancheurs dans les dispositions à prendre pour ces reliefs. Les dispositions présentées reposent sur des calculs réalisés au sein de la Chambre syndi-cale. Le document met en lumière trois principes fondamentaux. Tout d’abord, les acrotères ne sont isolés sur leur face intérieure que si la façade est elle-même isolée par l’extérieur. Ensuite, l’isolant doit toujours être appliqué sur un relief en béton

les valeurs de la paroi

A : surface totale de la paroi, (m2) R : résistance thermique d’un iso-

lant exprimant sa résistance au pas-sage d’un flux de chaleur (m2.K/W)

Rutile : calculée à partir de la résistance du matériau déclarée par l’industriel (Rd) pondérée par un coefficient 1 s’il est certifié Acermi ou minorée de 15 % s’il ne dispose d’aucune certification.

Uc : coefficient de déperdition de la toiture en partie courante, sans ponts thermiques intégrés.

Up : exprimé en W/m2.K, il correspond au coefficient de transmission surfacique de la paroi, c’est-à-dire le flux de chaleur à travers un mètre carré de paroi pour une différence de température d’un degré entre les deux ambiances que sépare cette paroi, avec ponts thermiques intégrés.

χfixation : coefficient ponctuel du pont thermique intégré, exprimé en W/K, fixé en fonction du diamètre des fixations métalliques : Ø 4,8 mm → χfixation = 0,006 W/K et Ø 6,3 mm → χfixation = 0,008 W/K

ΔUfixation : coefficient majorateur de déperdition de la toiture dû aux ponts thermiques de fixations.

Ψ : coefficient de transmission linéique correspondant au flux de chaleur à travers une liaison ou une ossature pour une différence de température d’un degré entre les deux ambiances que sépare la paroi correspondante, ramené à un mètre de longueur de cette liaison ou cette ossature.

λ : coefficient de conductivité thermique (lambda, exprimé en W/(m.K)) caractérisant un matériau. Il correspond au flux de chaleur traversant un mètre d’épaisseur de ce matériau pour une différence de 1 °C entre les deux faces du matériau.

conforme au NF DTU 20.12. Enfin, l’isolation sur la face intérieure de l’acrotère n’est justifiée ther-miquement que sur une hauteur de 0,60 m maxi-mum au-dessus du plan de l’isolant de la partie courante de la toiture. Au-delà, l’incidence sur le calcul du coefficient de transmission linéique Ψ est faible. Si l’acrotère fait moins de 0,60 m de hauteur, il sera isolé en totalité, y compris sur sa face supérieure. « L’attribution des prestations est ici déterminante, souligne Gérard Persuy. À qui re-vient l’isolation de cette face supérieure ? Qui met en œuvre la couvertine ? La coordination avec le faça-dier doit être strictement définie. »L’isolant d’acrotère sera systématiquement posé en une seule couche, généralement directement sur l’élément porteur. Son R n’excédera pas 2 m².K/W. Il a été démontré qu’au-delà, son incidence sur le pont thermique est négligeable. « De plus, cette épaisseur réduite garantit la bonne tenue du rele-vé », précise Lise Boussert, déléguée technique de la CSFE. Un compartimentage de l’isolant de partie courante sera réalisé, soit par remontée du pare-vapeur sur isolant avec équerre, selon les dispositions du paragraphe 6.3 du CCT du NF

Exemple de mise en œuvre de l’isolation thermique des acrotères en béton

Source : Recommandations professionnelles n°4 de la CSFE

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OUVRAGES D’ÉTANCHÉITÉ 1 Pare-vapeur2 Panneau isolant vertical d’acrotère3 Fixations de l’isolant 4 Équerre de compartimentage avec talon de 0,06 m minimum soudé5 Panneau isolant de surface courante6 1ère couche du revêtement d’étanchéité – cas du bicouche7 Équerre de renfort (ou 1ère couche du relevé d’étanchéité dans le cas de toiture végétalisée ou destinée à la retenue temporaire des eaux pluviales)8 2e couche du revêtement d’étanchéité9 Relevé d’étanchéité avec retour sur le dessus de l’acrotère de 0,15 m minimum, soudé sur 0,05 m minimum sur EIF

AUTRES OUVRAGES a Isolation thermique par l’extérieur (ITE)B Isolant rapporté sur étanchéité en tête d’acrotèrec Couvertine D Sabot pour garde-corps

Relevé d’étanchéité sur isolant apte à recevoir un revêtement bitumineux soudé (laine minérale et perlite) apparent

DOSSIER 37ÉTANCHÉITÉ. INFO #43 SEPT. 2014 PERFORMANCES ÉNERGÉTIQUES

les ponts thermiques de fixation sur élément porteur en boisAucune méthode de calcul n’a été actée à ce jour pour les toitures avec élément porteur en bois et dérivés du bois avec attelages de fixations traditionnels (de même que pour le béton). Il n’était pas usuel jusqu’alors de les prendre en compte. Des études spécifiques peuvent être faites au cas par cas. Elles concernent plutôt des solutions avec attelages à rupture thermique.

DTU 43.1 lorsque l’isolant vertical est posé di-rectement sur l’élément porteur, soit par la mise en œuvre de deux équerres, lorsque l’isolant vertical est posé sur l’isolant en partie courante.Pour illustrer ces dispositions, l’ensemble des recommandations est accompagné de nombreux schémas et exemples de mise en œuvre selon dif-férentes configurations (voir exemple de coupe). À noter également que la CSFE travaille actuelle-ment à l’élaboration d’une extension de ces recom-mandations au cas des terrasses accessibles et d’un document spécifique se rapportant aux toitures avec élément porteur en tôles d’acier nervurées.

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Complétant ces préconisations, dans le cadre du programme RAGE 2012, ont été publiées en mars 2014 des Recommandations professionnelles intitulées « Isolation thermique et étanchéité des points singuliers de toiture avec éléments porteurs en maçonnerie » (voir Etanchéité.Info n°41). Le document complète les règles de l’art existantes en précisant pour la première fois certaines disposi-tions constructives jusque-là absentes de la litté-rature technique. C’est le cas notamment du rac-cordement du relevé d’étanchéité isolé en pied de façade isolée par l’extérieur. Joints de gros œuvre, ressauts, gradins et escaliers font l’objet de dis-positions spécifiques, tout comme « l’isolation des émergences hautes de toitures (locaux techniques) et les fixations de garde-corps », précise Lise Boussert. Ces derniers seront fixés sur la face supérieure de l’acrotère avec sabot déporté ou par fixation en applique sur l’intérieur de l’acrotère, au-dessus du relevé d’étanchéité. Le cas de l’isolation des caniveaux et chéneaux est également abordé. Il est rappelé qu’ils ne doivent comporter ni joint plat ni joint surélevé. Les ouvrages seront dimen-sionnés en tenant compte des épaisseurs d’isolant thermique en partie courante et dans le chéneau. Quant aux couvertines, le document insiste sur le fait que ces systèmes sont à la jonction de deux ouvrages, la toiture et la façade. Par conséquent, « il est impératif que les DPM indiquent la réparti-tion des travaux, la responsabilité des entreprises et la coordination entre les corps d’état ». Aujourd’hui, il est possible d’affirmer que, sur élé-ment porteur en béton, le traitement de la quasi-totalité des ponts thermiques est connu, au moins sur le papier. Sur le terrain, Nicolas Bretault, chef de produit étanchéité et bardage métallique chez Isover, rappelle qu’ « une grande précision doit être portée à la découpe et à la mise en œuvre des pan-neaux ». l

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La précision est de mise pour la découpe et la pose des panneaux d’isolant.

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L’isolation de la face intérieure des acrotères n’est nécessaire qu’en cas d’isolation thermique par l’extérieur de la façade.

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