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Qu’est-ce que l’enveloppe du bâtiment?

mercredi, novembre 21 2018

Understanding the Building Envelope

Le présent article vise à fournir un aperçu de l’enveloppe du bâtiment ainsi que des détails sur ses composants et produits.

L’enveloppe du bâtiment est constituée des parties du bâtiment qui isolent contre les intempéries et gardent l’air frais à l’intérieur. Elle est composée de trois principaux systèmes : le toit, le mur (y compris les portes et les fenêtres) et les éléments imperméabilisants au-dessous du niveau du sol. Bien que ceci s’applique à presque tous les bâtiments, nous portons notre attention dans le présent article sur les bâtiments commerciaux et industriels.

what makes up a building's envelope

Fig. 1 – Enveloppe du bâtiment simple

L’évaluation, l’analyse, la conception et la gestion de l’enveloppe du bâtiment par des professionnels peuvent faire réaliser des économies, diminuer la consommation énergétique, allonger la durée de vie des matériaux de construction et améliorer l’environnement intérieur du bâtiment.

En 2016, le U.S. National Institute of Building Sciences a élaboré un guide détaillé sur la conception et la construction de l’enveloppe extérieure, faisant partie de leur « Whole Building Design Guide », pour les immeubles de bureaux et les bâtiments institutionnels, sous la direction de l’ancien Federal Envelope Advisory Committee. Ce rapport présente de façon exhaustive tous les composants de l’enveloppe du bâtiment et offre une liste détaillée des ressources concernant les pare-air, la qualité de l’air et la prévention des moisissures, ainsi que la durabilité écologique et la protection contre le vent, pour ne citer que quelques catégories.

L’examen d’une structure dans son ensemble soulève un certain nombre de préoccupations communes à l’enveloppe du bâtiment, notamment :

  • Coûts énergétiques élevés
  • Variations de température et courants d’air
  • Humidité, moisissures, condensation
  • Détérioration éventuelle des matériaux de construction

Nous allons fractionner l’enveloppe du bâtiment en parties qui la composent. Commençons par le TOIT. Le toit d’un bâtiment est comme le cachet d’une enveloppe. Il doit sceller l’enveloppe de façon sécuritaire et conserver le contenu à l’abri des intempéries. La plupart des toits commerciaux, industriels et d’établissements d’enseignement sont plats ou à pente faible. Le toit est d’importance cruciale pour un bâtiment.

large building showing building's envelope and roof

Comme illustré dans l’image ci-dessus, les toits commerciaux se déclinent en une variété de types de systèmes, notamment à base d’asphalte, monopli, caoutchouté et métallique. Le choix d’un type de système est fonction des spécifications, du budget, du climat et des considérations environnementales. Pour en connaître davantage sur les toits plats, consultez l’étude complète des toitures pour toits à faible pente dans le guide Toiture pour toit plat – Options.

L’installation conforme des nombreux composants qui joignent la membrane de toiture commerciale à son point de raccordement est cruciale. De plus, les pénétrations de toit pour l’équipement de CVCA doivent être vérifiées lors de l’inspection. Compte tenu de ces détails importants, un accessoire essentiel d’un système de toiture est le matériau d’étanchéité. La résistance à l’usure des matériaux d’étanchéité et de calfeutrage est un élément d’entretien qui doit être vérifié chaque année; ce matériau doit être remplacé ou réparé périodiquement et après plusieurs années de service.

Une fois installée, la toiture commerciale doit être inspectée chaque année au moins (et immédiatement après tout événement météorologique majeur) par un couvreur agréé qui détermine si elle requiert des réparations ou si elle doit être remplacée. Le couvreur inspecte la toiture et s’entretient avec le propriétaire du bâtiment concernant l’âge de la toiture, l’utilisation du bâtiment, les préoccupations liées au climat, les attentes financières du propriétaire du bâtiment, le budget, le code du bâtiment, les besoins énergétiques, et les besoins éventuels de remplacement.

S’il faut remplacer la toiture, le couvreur doit discuter des différentes options qui s’offrent au propriétaire du bâtiment : doit-on arracher la vieille toiture ou installer une nouvelle toiture par-dessus l’ancienne ? Si le platelage a subi d’importants dommages, on pourrait alors être contraint de le remplacer. Dans ce cas, on pourrait ajouter de nouveaux composants sur le platelage, tels un pare-vapeur, un isolant de polyisocyanurate rigide, un panneau de protection, un apprêt et un enduit, avant la pose de la membrane de toiture. Ces éléments additionnels offrent une meilleure protection contre les intempéries et une meilleure imperméabilisation, en plus de contribuer à des économies d’énergie en chauffage et en climatisation.

The Components of the Building Envelope

Fig. 2 – Composants de l’enveloppe du bâtiment (courtoisie de Moisture Management LLC)

Les MURS constituent le deuxième composant de l’enveloppe du bâtiment. Ils peuvent être comparés aux côtés d’une boîte – chaque côté se rejoint formant un angle. Quant aux murs, il y a encore plus d’éléments à considérer et à tenir au sec que le toit. Les principaux éléments d’une enveloppe de bâtiment à murs de maçonnerie type sont illustrés dans le diagramme ci-haut et décrits ci-après :

vapour barrier and inulation being applied as part of a building's exterior wall construction

Mur extérieur

Masonry wall being builit up

Mur de maçonnerie

Les murs de maçonnerie sont des murs extérieurs souvent faits de brique, de pierre ou de béton. Des défectuosités dans les murs maçonnés, comme des fissures dans les joints de mortier ou de l’efflorescence (dépôt cristallin de sels apparaissant sous forme de mousse poudreuse blanchâtre sur la surface) sont la preuve d’infiltration d’humidité dans le mur.

Système de solin couvrant la largeur du mur

Un solin couvrant la largeur du mur est utilisé pour détourner l’humidité ayant pénétré dans le mur par l’extérieur avant qu’elle ne cause des dommages. Ce type de solin est généralement fabriqué à partir de membranes telle l’AquaBarrier TWFMC de manière à fournir une force d’adhérence dans les joints de mortier.

Concrete block wall with through-wall flashing.

Fig. 3 – Mur de blocs de béton recouvert de solin couvrant la largeur du mur

D’autres solins à base d’asphalte couvrant la largeur du mur (comme indiqué dans le schéma ci-dessus) sont considérés comme étant efficaces pour détourner l’humidité vers l’extérieur du système de mur.

Joints à baïonnette pour chaperon

L’application d’un produit d’étanchéité sur la surface d’un mur est une considération de conception importante des dessins d’exécution de bâtiments en maçonnerie. Si l’eau pénètre à la surface des murs extérieurs, tout le système de murs risque d’être compromis à cause de la formation d’efflorescences et de la détérioration qui s’ensuivent. Bon nombre de types de murs de maçonnerie requièrent un chaperon pour prolonger la durée de vie du mur, réduire l’entretien au minimum et contribuer à la durabilité.

Masonry Wall Coping Cap

Fig. 4 Capuchon de mur de maçonnerie (courtoisie de l’International Masonry Institute).

 

Joints de contrôle pour maçonnerie

Les joints de contrôle pour maçonnerie, nécessaires pour permettre le mouvement du bâtiment, doivent être recalfatés périodiquement afin de conserver leur étanchéité. Dans la plupart des cas, le mouvement du bâtiment est inévitable et les joints de contrôle tirés sur les murs de maçonnerie en béton constituent l’une des méthodes pour contrôler les fissures. Ils sont tirés là où la fissuration est susceptible de se produire à cause d’une contrainte de traction excessive. Généralement, les joints de contrôle sont tirés :

  • aux ouvertures dans les murs;
  • aux endroits où la hauteur ou l’épaisseur du mur change;
  • aux joints de construction dans les fondations, les toits et les planchers;
  • aux intersections de mur;
  • sur un espace déterminé pour la longueur du mur.

Joints de dilatation

Les joints de dilatation favorisent un mouvement indépendant entre les éléments de structure adjacents, réduisant ainsi le risque de fissuration au minimum lorsque le mouvement est restreint, et permettant l’expansion et la contraction thermiques sans introduire de stress dans le système. Dans la construction de bâtiment, un joint de dilatation sépare une structure en deux afin de diminuer le stress causé par le mouvement du bâtiment sur les matériaux de construction. Un mouvement structurel peut être attribué à l’expansion et la contraction thermiques causées par des changements de température ou à l’oscillation du bâtiment causée par le vent. Les joints de dilatation sont particulièrement importants pour les bâtiments de grande dimension horizontale.

Expansion Joints on masonry walls

Fig. 5 Illustration du mouvement montrant, et le joint de contrôle et le joint de dilatation (courtoisie de l’International Masonry Institute).

L’International Masonry Institute offre de l’information utile concernant les différences entre les joints de contrôles et les joints de dilatation, comme l’indique le schéma ci-dessus.

Systèmes d’isolation par l’extérieur avec enduit mince (EIFS)

L’International Building Code et ASTM International nous donnent des définitions de l’EIFS. C’est un système de revêtement mural extérieur non porteur constitué d’un panneau isolant fixé au substrat à l’aide d’adhésif ou d’attaches mécaniques (ou les deux), d’une couche de fond intégralement renforcée et d’une couche protectrice de finition texturée. Un autre système appelé EIFS avec drainage est celui qui est le plus répandu aujourd’hui. Comme son nom l’indique, ce système favorise l’élimination de l’humidité avant qu’elle ne puisse pénétrer dans l’espace vide du mur.

Illustration of Exterior Insulation and Finishing Systems (EIFS)

Fig. 6. Illustration d’un système EIFS

Systèmes de fenestrage

Par systèmes de fenestrage, on entend la conception, la construction ou la présence d’ouvertures dans un bâtiment, y compris les fenêtres, les pare-soleil, les écrans de lumière et les portes extérieures. Étant donné que ces ouvertures pénètrent la surface extérieure de l’enveloppe du bâtiment, elles doivent être installées et entretenues correctement pour ainsi éviter les futures fuites.

An office building with multiple fenestrations

Fig. 7. Bâtiment avec fenestrage multiple

Si des puits de lumière sont installés sur un bâtiment, le point d’attache avec la membrane de toiture peut constituer un point d’entrée pour l’humidité s’ils ne sont pas installés et entretenus correctement. Des produits d’étanchéité doivent être appliqués de nouveau avec le temps. Le « Building Envelope Design Guide » du National Institute of Building Sciences offre de l’information détaillée sur les systèmes de fenestrage.

A office building employing hundreds of skylights.

Fig. 8. Conception de bâtiment comportant des centaines de puits de lumière

La dernière partie de l’enveloppe du bâtiment est l’IMPERMÉABILISATION AU-DESSOUS DU NIVEAU DU SOL, pratique essentielle pour obtenir une fondation solide et une enveloppe du bâtiment intègre dans sa totalité. L’installation adéquate d’un système au-dessous du niveau du sol est primordiale afin d’empêcher les fuites dans la fondation. Le mur de fondation d’un bâtiment peut être un mur de soutènement en béton ou un mur de sous-sol, ou encore une paroi structurelle avec des pilastres porteurs.

Below grade foundation wall detail

Fig. 9. Mur de fondation au-dessous du niveau du sol

Données particulières sur les matériaux qui constituent l’enveloppe du bâtiment

En commençant par le toit, quels sont les matériaux généralement utilisés sur les bâtiments commerciaux et industriels courants?

Le SYSTÈME DE TOITURE à service intensif montré ci-après est utilisé couramment sur des écoles, des universités, des bibliothèques ou des hôpitaux. À partir du platelage en acier, des couches importantes sont ajoutées, à savoir, un protecteur contre la vapeur, un isolant de polyisocyanurate, un panneau de protection, une membrane de sous-couche composite, une membrane solin de sous-couche, une membrane de finition composite fabriquée à partir d’une armature de canevas de fibre de verre robuste, de bitume modifié au styrène-butadiène séquencé (SBS) et d’une surface de granules, et enfin une membrane solin de finition.

illustartion of a typical commercial roofing system

En se déplaçant vers le bas à partir du toit, on retrouve de nombreux matériaux pour système de murs dans les murs mêmes et fixés au fenestrage (portes et fenêtres). Les catégories de matériaux pour système de murs comprennent l’isolant thermique, les systèmes de membrane pare-air/vapeur/intempéries, les solins couvrant la largeur du mur et les accessoires servant à l’installation des matériaux. Pour mieux comprendre ces systèmes, il convient de consulter notre article intitulé “An Introduction to Vapour Barriers and Vapour Retarders.”

wall system detail showing IKO's products

Un grand nombre d’entrepreneurs utilisent des produits spécifiques, comme des membranes de mur autocollantes ou posées au chalumeau, des barrières résistant aux intempéries, des systèmes de pare-air/vapeur perméables et de pare-air/vapeur non perméables, afin d’obtenir une installation et une imperméabilisation efficaces des systèmes de mur.

vapor permeable insulation board applied to office building

Le système de revêtement isolant de mousse de polyisocyanurate rigide pour murs Ener-AirMC de IKO est un matériau pare-air, pare-vapeur et isolant de mur tout-en-un que l’on pose sur l’extérieur du bâtiment à l’aide des Rubans AquaBarrierMC de IKO. En plus des murs extérieurs, ces rubans sont utilisés dans des zones de détails spécialisées, comme les fenêtres, les portes, les puits de lumière, les systèmes de revêtement métallique et sous les parements aux angles rentrants et saillants.

building envelope accessory products

D’autres accessoires d’enveloppe du bâtiment sont également importants, comme les adhésifs, les mastics et les matériaux d’étanchéité, ainsi que les apprêts et les enduits. Voici certains de ces produits accessoires supérieurs :

  • MS Detail de IKO, membrane liquide, excellente option imperméabilisante pour les zones de solin difficiles d’accès.
  • Mastic AquaBarrier, matériau d’étanchéité unique de bitume modifié, formulé avec des caoutchoucs synthétiques pour une durée de vie accrue, et de fibres de verre pour plus de résistance. Le Mastic AquaBarrier est totalement compatible avec les produits imperméabilisants, les pare-air et pare-vapeur et les systèmes de toiture de IKO. Il peut être appliqué sur des surfaces humides ou sèches et ne s’affaissera ni ne se détachera du substrat.
  • Adhésif S.A.M.MC de IKO, adhésif à base de solvant et à séchage rapide utilisé avec les membranes de toiture autocollantes de IKO ou avec les membranes de mur autocollantes AquaBarrierMC de IKO.
  • Adhésif S.A.M. LVC de IKO, apprêt à base de solvant, à faible teneur en COV, utilisé avec les membranes de toiture autocollantes de IKO ou avec les membranes de mur autocollantes AquaBarrier de IKO.
  • Adhésif à base d’eau de IKO, apprêt exempt de solvant, pouvant être appliqué au pinceau ou au rouleau, ou par pulvérisation mécanique.

Au nombre des systèmes de mur populaires, il convient de mentionner les systèmes de façade extérieure de parement métallique, comme les panneaux de mur architecturaux et en aluminium, les panneaux de mur métalliques isolés, les panneaux de matériaux composites en aluminium, les panneaux de revêtement de mur isolés, les panneaux de fibre de verre translucide, les couvre-colonnes métalliques et les systèmes de murs-rideaux.

Comme mentionné plus haut, par systèmes de fenestrage dans les murs, on entend la conception, la construction ou la présence d’ouvertures dans un bâtiment, y compris les fenêtres, les pare-soleil, les écrans pare-pluie, les écrans de lumière et les portes extérieures. Pour plus d’information sur les systèmes de fenestrage et la meilleure décision à prendre en matière d’efficacité énergétique, de durabilité, d’esthétique et d’efficacité en fonction du coût, il convient de consulter la section Commercial Fenestration de Building Codes Assistance Project.

sun shades as part of fenestration system of an office building

Pare-soleil

Rain screens as part of fenestration system of an office building

Écrans pare-pluie

Light screens as part of fenestration system of a building

Écrans de lumière

De nos jours, un grand nombre de bâtiments construits s’étendent sur un étage ou plus au-dessous du niveau du sol servant d’espace pour de l’entreposage, des locaux à bureaux, des salles mécaniques ou électriques, du stationnement, des tunnels ou des vides sanitaires. Ces espaces au-dessous du niveau du sol assurent des fonctions importantes pour les bâtiments.

Selon un article récent, CEU: Below-Grade Waterproofing Systems and Design, si l’on ignore la conception, l’installation et l’inspection des fondations/sous-sol, ou si l’imperméabilisation en sous-œuvre n’est pas effectuée adéquatement, on peut s’attendre à de sévères répercussions négatives en ce qui concerne la durée de vie et la performance du bâtiment.

En plus des matériaux formant les systèmes de mur, IKO fabrique des matériaux d’imperméabilisation exceptionnels pour les fondations au-dessous du niveau du sol, à savoir :

La Membrane de protection pour fondations AquaBarrierMC FP est une membrane composite autocollante de bitume modifié au SBS, s’appliquant à froid, destinée à servir d’imperméabilisation primaire et de protection pour empêcher les effets dommageables de l’eau. La membrane AquaBarrier FP peut être posée sur tous les substrats de construction courants, comme le béton, le gypse, les éléments de maçonnerie en béton et les panneaux OSB.

IKO's foundation waterproofing membrane - AquaBarrier FP

AquaBarrier FP

ProtectoboardMC de IKO est un panneau de support asphaltique polyvalent, constitué d’un noyau d’asphalte renforcé de minéraux entre deux mats extra résistants de fibre de verre. Non seulement a-t-il été conçu comme panneau de revêtement pour tout système de toiture conventionnel, mais il sert aussi de panneau de protection pour les murs verticaux ou pour une membrane imperméabilisante pour les fondations au-dessous du niveau du sol.

Importantes considérations techniques et celles concernant le code

Le nouveau code de l’énergie

Le New Energy Code for Commercial Buildings, Standard 90.1-2016, a été publié vers la fin de 2016 et élaboré conjointement par le International Code Council (ICC) (bâtiments résidentiels et commerciaux) et l’American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) (bâtiments commerciaux). Bien que le public puisse participer à l’un ou l’autre de ces processus, la loi impose que le U.S. Department of Energy (DOE) participe aux deux processus. L’ANSI/ASHRAE/IES Standard 90.1 est une norme type, connue aussi comme Energy Standard for Buildings Except Low-Rise Residential Buildings. Une mise à jour est publiée chaque trois ans et sert de fondement pour les codes de l’énergie adoptés par les États-Unis. L’édition de 2016 contient des modifications importantes visant à réduire la consommation d’énergie, modifications qui préparent la voie en vue d’exigences futures en matière d’efficacité énergétique pour les bâtiments commerciaux.

 « Le nouveau code de l’énergie contient de nouvelles méthodologies concernant la construction de bâtiments commerciaux », déclare Russell Mink, vice-président de Moisture Management, LLC, groupe de consultants sur l’enveloppe du bâtiment, la toiture et l’imperméabilisation à Indianapolis. Récemment, il nous a fait part de ses réflexions sur les défis que pose le nouveau code : « L’industrie de la construction accuse un certain retard par rapport aux exigences du nouveau code. Les inspections sont beaucoup plus importantes maintenant que l’isolant est posé sur le mur extérieur. Les détails du solin couvrant la largeur du mur ont été modifiés; maintenant, le solin part de la brique jusqu’au mur de fond, au pare-air jusqu’à la cloison sèche. »

Le personnel de Moisture Management LLC s’affaire à répondre aux exigences de l’industrie et prévoit obtenir la certification d’agent de mise en service de l’enveloppe du bâtiment. « L’enveloppe du bâtiment est complexe à cause des assemblages fenêtre-mur, de ses écrans pare-soleil et des autres éléments du système de mur. Les spécialistes de l’enveloppe du bâtiment ont encore beaucoup à apprendre, » selon Russell Mink.

Qu’entend-on par « mise en service de l’enveloppe du bâtiment » et quelle en est l’importance?

L’American National Standards Institute (ANSI) a publié un guide intitulé « Standard Guide for Building Enclosure Commissioning (ASTM E2947-16a) ». L’objectif de ce guide est d’offrir des procédures, des méthodes et des techniques de documentation pouvant être utilisées dans le processus de mise en service de l’enveloppe du bâtiment. Ce guide décrit le processus pour chaque phase de construction du bâtiment, de la préconception jusqu’au stade d’occupation et d’exploitation par le propriétaire. L’objectif principal de ce processus est la nouvelle construction d’une enveloppe du bâtiment, la rénovation substantielle ou l’altération d’une enveloppe du bâtiment existante et la mise en service continue des systèmes d’enveloppe du bâtiment.

De plus, l’American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) offre un atelier concernant l’introduction du processus d’enveloppe du bâtiment en soulignant les étapes de qualité qu’il faut franchir pour obtenir une enveloppe du bâtiment efficace. Cet atelier porte sur les activités de conception et de construction de l’enveloppe du bâtiment.

Applications pratiques des connaissances en matière d’enveloppe du bâtiment

Le présent article contient beaucoup d’information concernant un projet de bâtiment commercial. Que vous soyez le propriétaire d’un bâtiment, un nouvel entrepreneur en bâtiment ou un professionnel de la toiture chevronné en quête de plus de connaissances sur le bâtiment, nous espérons que vous y avez trouvé l’information et la motivation désirées sur l’enveloppe du bâtiment.