Étanchéité à l’air dans le cadre d’une transformation

Le projet consiste en la rénovation et la transformation d’un bâtiment en vue d’y installer les bureaux d’une société spécialisée en expertise énergétique : Homeco. Le projet fut confié aux architectes associés Xavier BACHELART et Elie DELVIGNE.
Alors qu’il est plus facile lorsqu’on veut réaliser un bâtiment énergiquement performant  de créer un nouveau bâtiment, le maître de l’ouvrage n’a pas hésité à utiliser un immeuble ancien existant qui, de par sa situation et ses dimensions, offre une visibilité intéressante de sa société.
En y expérimentant de nouvelles techniques dans un contexte difficile, il souhaite montrer son savoir-faire à travers ce projet exemplaire.
La façade avant est rénovée et traitée de façon à retrouver son aspect d’origine. Afin de conserver son apparence, elle est isolée par l’intérieur.

Isolation par l’intérieur de la façade avant (Source : Homeco).

Par contre la partie arrière est traitée de manière plus contemporaine. Les anciennes annexes en mauvais état sont remplacées par d’autres, plus rationnelles, tout en conservant le principe des extensions en gradins. Les nouvelles annexes sont réalisées en ossature bois isolée.

Nouvelles annexes à l’arrière cohérentes avec l’environnement (Source : Homeco).

Nous allons vérifier si le bâtiment conçu en 2013 et achevé en 2015 répond déjà aux exigences de la réglementation PEB Q-ZEN qui est d’application pour les bâtiments publics à partir du 1er janvier 2019 et à partir du 1er janvier 2021 pour les autres bâtiments.
Nous allons également passer en revue les mesures qui ont été prises pour assurer la meilleure imperméabilité à l’air de l’enveloppe du volume protégé de manière à améliorer les performances énergétiques du bâtiment.

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Le bâtiment d’origine est une maison unifamiliale mitoyenne comptant au-dessus des caves, un rez-de-chaussée et deux étages ainsi qu’un grenier aménagé. Une annexe à toit plat prolongeait le rez-de-chaussée sur toute la façade arrière. A l’entresol, une salle de bain formait une deuxième annexe.
Tous les planchers existants furent enlevés et remplacés par des nouveaux. Les niveaux ont été légèrement modifiés de manière à rendre plus utilisable l’étage sous toiture tout en ne modifiant pas le volume du bâtiment principal.
Les nouveaux planchers ne porteront pas sur la façade avant afin de ne pas interrompre la continuité de l’isolant et la barrière d’étanchéité à l’air placés du côté intérieur de la façade.

Continuité de l’isolant en façade avant (Source : Homeco).

Plans du bâtiment après transformations (Source : Homeco).

Isolation de l’enveloppe

De nombreuses manières d’isoler les parois de l’enveloppe du volume protégé ont été utilisées.

• Les caves ne font pas partie du volume protégé. Le plafond des caves a donc été isolé, et ce de différentes façons et principalement par projection d’une mousse de polyuréthane sur le support en béton et pose d’une chape en ciment sur l’isolant (U = 0.15 ou 0.16 W/m²K suivant les épaisseurs).
  A certains endroits, cette isolation est encore renforcée par des plaques de mousse de polyuréthane (PUR) fixées sous le support en béton (U = 0.10 W/m²K).
  Une petite surface de 7 m² n’est isolée que de 6 cm de mousse de polyuréthane (PUR). À cet endroit U = 0.26 W/m²K et l’exigence de la PEB Umax = 0.24 W/m²K, qui est d’application en 2021, n’est pas respectée. Il suffit néanmoins d’augmenter l’épaisseur de l’isolant de 2 cm pour qu’il n’y ait plus de problème.

Isolation complémentaire au plafond des caves (source : ICEDD).

• Côté rue, la façade existante doit rester visible. Elle est isolée du côté intérieur à l’aide de panneaux en fibre de bois (U = 0.23 W/m²K). L’isolation est prolongée de 50 cm sur les murs mitoyens pour réduire les ponts thermiques.

• Les nouveaux murs orientés vers le jardin, en grande partie vitrés, sont de type à ossature bois remplie de cellulose. Côté extérieur, est appliqué un enduit sur isolant. (U = 0.09 ou 0.10 W/m²K suivant les épaisseurs).

• Les murs mitoyens non bâtis (= qui sont en contact avec l’air extérieur) sont en maçonnerie de briques (existant) ou en blocs de béton cellulaire collés (neuf). Dans les deux cas, ils sont doublés du côté intérieur par une ossature en bois remplie de cellulose. (U = 0.13 ou 0.17 W/m²K suivant que la maçonnerie est en brique ou en béton cellulaire).

Façade avant : isolation par l’intérieur avec retour sur le mitoyen (source : ICEDD).

Façade arrière et murs mitoyens : ossature bois isolée  (source : ICEDD).

Façade arrière : isolation complémentaire extérieure à cimenter (source : ICEDD).

• Les parois intérieures qui séparent le volume protégé des caves sont en maçonnerie de briques légère (U = 0.88 W/m²K) ou constituées d’une cloison légère doublée d’une couche de mousse de polyuréthane (U = 0.25 W/m²K). Ces deux types de parois ne respectent pas les Umax de la réglementation PEB de 2021 dont les exigences ont évolué depuis l’année de la conception du bâtiment. Les superficies concernées sont très réduites et le problème peut facilement être résolu en ajoutant un peu d’isolant.

Mur en maçonnerie légère apparent du côté cave et isolation sous l’escalier par des panneaux de mousse PUR (source : ICEDD).

• Les fenêtres à haute performance thermique ont un U_w déclaré compris entre 0,91 et 0,99 W/m²K suivant leur type et leurs dimensions. Le U_g des triples vitrages est de 0.60 et 0.80 W/m²K.
  L’exutoire de fumée en toiture  se trouve à la limite des valeurs tolérées (U_w = 1.5 W/m²K et U_g = 1.10 W/m²K).
  Il n’y a pas de protection solaire extérieure.

Les vitrages sont clairement identifiés (source : ICEDD).

• La toiture inclinée est constituée d’une structure en bois dont les cavités épaisses de 30 cm sont remplies de cellulose (U = 014 W/m²K).
  Les toitures plates sont également constituées d’une structure en bois dont les cavités épaisses de 24 cm sont remplies de cellulose. Au-dessus de la structure ont été placés 10 cm de mousse de polyuréthane  (U = 010 W/m²K).

La toiture inclinée (source : ICEDD).

• Aucune précaution n’a été prise pour isoler thermiquement la porte d’accès à la cave. (U = 2.40 W/m²K). Son remplacement ne poserait aucun problème.

Choix des installations techniques

Chauffage

Le chauffage est du type chauffage central avec transport de chaleur par eau.
La production de chaleur est assurée par une pompe à chaleur réversible air-eau de 4 kW équipée d’une résistance électrique. Son rendement est de 198 %.
Le système d’émission est constitué de radiateurs ou de convecteurs.

Le chauffage central (source : ICEDD).

Refroidissement

La production de froid est assurée par la pompe à chaleur réversible air-eau qui assure le chauffage. Son rendement en production de froid est de 234 %.

Ventilation

La ventilation est du type double flux avec échangeur de chaleur. Son débit est de 600 m³/h avec mesure continue des débits. Il a un rendement reconnu par la base de données EPBD de 82 %.

Le système de ventilation (source : ICEDD).

Éclairage

La puissance spécifique moyenne de l’éclairage artificiel est inférieure à 2 W/m² par 100 lux.
Il est équipé dans la plupart des locaux par un système de modulation automatique en fonction de l’éclairage naturel.

L’éclairage est également géré automatiquement par l’occupation des locaux. Le système assure l’extinction automatique de l’éclairage en cas d’absence dans ceux-ci.

Luminaires à faible consommation gérés automatiquement(source : ICEDD).

Étanchéité à l’air

Le niveau d’étanchéité à l’air atteint est v50 = 1 m³/hm²

Préparation de la baie pour le test blower door (Source : Homeco).

Énergie renouvelable

Des panneaux solaires photovoltaïques ont été installés sur le versant arrière de la toiture inclinée orientée au Sud – Sud-Est et sur la toiture plate de l’annexe. (4 900 Wc).

Les capteurs solaires photovoltaïques (source : ICEDD).

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L’analyse du bâtiment à l’aide du logiciel PEB montre que celui-ci ne répondait qu’en partie, lors de sa conception, aux exigences Q-ZEN de la réglementation qui devront être respectées en 2021. Sa mise en conformité avec cette réglementation ne pose cependant pas de problème.

Après transformation, le bâtiment a comme fonction bureaux.

Il ne comporte qu’un seul volume protégé, une seule unité PEB et une seule partie fonctionnelle.

Les conditions à respecter pour que le bâtiment respecte les exigences Q-ZEN 2021 en Région wallonne sont les suivantes :

1. Respecter les U_max.
2. Ne pas dépasser le niveau K maximum en tenant compte de l’impact des nœuds constructifs.
3. Ne pas dépasser le niveau E_W maximum spécifique au bâtiment concerné.
4. Respecter les règles de ventilation décrites dans l’annexe C3 de l’AGW du 15/05/2014 telles que modifiées par l’AGW du 15/05/2016.
5. Installer un comptage énergétique pour chaque unité PEB.

Comme il s’agit d’une transformation, même si le bâtiment n’est pas très grand, le nombre de parois différentes est élevé.

Le tableau ci-dessous montre que cette exigence n’a pas été respectée partout.

Nom de la paroi	U (W/m²K) (a.Ueq) (b.Ueq)	Umax (W/m²K)
Fenêtres (les moins bonnes)	0.99	1.50	V
Vitrage fenêtres (les moins bons)	0.80	1.10	V
Fenêtre de toiture	0.91	1.50	V
Vitrage fenêtre de toiture	0.50	1.10	V
Toiture plate	0.10	0.24	V
Toiture à versant	0.14	0.24	V
Mur isolé par l’intérieur	0.23	0.24	V
Mitoyen (les moins bons)	0.17	0.24	V
Mur isolé dans la structure et par l’extérieur	0.10	0.24	V
Cloison vers cave	0.25	0.24	x
Mur vers cave isolé	0.26	0.24	x
Mur vers cave non isolé	0.88	0.24	x
Dalle sur sol	0.14	0.24	V
Dalle sur cave	0.16 et 0.10	0.24	V
Escalier sur cave	0.26	0.24	x
Porte extérieure	0.93	2.00	V
Porte intérieure	3.00	2.00	x

Lors de sa conception, le bâtiment respectait parfaitement les exigences PEB en vigueur. Celles-ci sont cependant plus sévères en 2021 avec pour conséquence que certaines ne répondent plus à celles-ci.
Il est cependant très facile de rendre le bâtiment conforme aux exigences PEB de 2021. Il aurait suffi de prévoir une épaisseur d’isolant légère plus grande pour les parois insuffisamment isolées, d’isoler la paroi non isolée et de remplacer la porte d’accès vers la cave par une porte thermiquement plus performante.

Remarque

Les surfaces concernées sont très réduites et certaines améliorations pourraient ne pas être effectuée à condition de respecter la règle des 2 % de surface de l’enveloppe pour lesquels un dépassement est toléré.

2. Respect du critère K ≤ K35

Le bâtiment répond largement à ce critère malgré les difficultés inhérentes à ce type de travaux (transformation) grâce au haut niveau moyen d’isolation des parois de l’enveloppe du volume protégé et à la bonne compacité du bâtiment (2.24 m). Le niveau K calculé est K22.

3. Respect du critère EW ≤ (90/45)

Le niveau EW calculé est de EW31 < EW45 qui est l’exigence la plus sévère pour les bâtiments non résidentiels. Le critère est donc clairement respecté à cause des bonnes performances de l’enveloppe et des équipements techniques installés. Le bon niveau d’étanchéité à l’air améliore encore les performances.

4. Respect des règles de ventilation

La ventilation du bâtiment est assurée par un système D équipé d’une centrale double flux avec récupération de chaleur. Le choix de cette centrale de traitement d’air s’est fait suite au calcul du débit nécessaire dans ce bâtiment conformément à l’annexe C3 de l’AGW du 15/05/2014 tel que modifié par l’AGW du 15/05/2016. Elle répond donc aux exigences PEB Q-ZEN de 2021.

La centrale double flux, qui se situe dans un local technique intérieur, a un rendement de 82 % et assure un débit de 600 m³/h qui sera distribué dans l’ensemble du bâtiment.

5. Respect de la règle de comptage énergétique

Le bâtiment ne compte qu’une seule unité PEB. Cette règle est donc très facile à respecter puisque la présence des compteurs des sociétés distributrices (gaz et électricité) suffit.

Des compteurs électriques supplémentaires ont néanmoins été placés pour mesurer :

1. 1. • la consommation de la pompe à chaleur ;
      • la consommation du groupe de ventilation hygiénique ;
      • la production de l’installation photovoltaïque ;
      • la consommation de l’éclairage.

Exemple de comptage (source : ICEDD).

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Une étanchéité à l’air performante est difficile à obtenir dans un bâtiment ancien rénové à cause de la variété des types de parois présentes et des éléments conservés qui ne se prêtent pas toujours à des interventions classiques. Suivant les endroits, l’étanchéité à l’air est obtenue de différentes manières.

• Les parois légères à ossature sont munies d’un freine-vapeur qui fait office de couche d’étanchéité à l’air.
• Les parois monolithes (béton coulé, chape, …) sont étanches à l’air par nature.
• Les parois en maçonnerie sont rendues étanches par l’application des enduits (plafonnage, cimentage, …)
• Les menuiseries ont un niveau d’étanchéité à l’air correspondant à la qualité de leur fabrication.
• Les raccords entre les différents éléments sont rendus étanches à l’air à l’aide d’accessoires adaptés.

Le maître de l’ouvrage souhaitait que son bâtiment réponde aux exigences relatives aux bâtiments passifs et notamment en matière d’étanchéité à l’air. Il a donc apporté un soin particulier à la mise en œuvre des dispositifs qui permettent des performances suffisantes.
La tâche ne fut pas facile et de nombreux test blower door ont été effectués en vue de détecter les points faibles et d’améliorer le résultat final.

• Correction au niveau des joints des châssis.
• Remplacement de bandes de pare-vapeur et de rubans adhésifs.
• Resserrage autour des câbles photovoltaïques.
• Remplacement de la porte d’entrée.
• Colmatage de trou dans la membrane d’étanchéité à l’air.

Finalement, le résultat obtenu est très bon : v50 = 1 m³/hm², ce qui, dans ce bâtiment, équivaut à une valeur n50 = 0.6 volume par heure, en conformité avec le standard “passif”.

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Après avoir déterminé le volume à étanchéifier qui comprend les espaces isolés thermiquement et chauffés, le positionnement de la barrière d’étanchéité à l’air a été localisé précisément dans la paroi. Le positionnement de l’écran à l’air au sein de la paroi influence considérablement la réalisation de la continuité au droit des nœuds constructifs.

Localisation de la couche d’étanchéité à l’air (en plan) (Source : Homeco).

• en bleu —  —  — :   membrane souple
• en rouge —  —  — : enduit

Localisation de la couche d’étanchéité à l’air (en coupe) (Source : Homeco).

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Le plan d’étanchéité à l’air étant déterminé, il a fallu s’assurer de la continuité de l’étanchéité à l’air à chaque point singulier, nœud constructif ou percement. Au moment du projet, l’architecte a élaboré des détails techniques de principe montrant comment relier les parois ayant des couches d’étanchéité à l’air de natures et de positions différentes. Le maître de l’ouvrage et le maître d’œuvre souhaitaient obtenir les meilleures performances possible. Régulièrement des tests ont été effectués pour pouvoir alors qu’il est encore temps réaliser les mises au point et réparations nécessaires.

• Les tableaux électriques se trouvent à l’intérieur du volume protégé. De cette manière, les câblages se trouvent tous à l’intérieur du volume protégé. Seul le câble d’alimentation générale doit percer la couche d’étanchéité à l’air de l’enveloppe du volume protégé.
  En limitant le nombre de percements, on limite également le nombre de points faibles  où des fuites peuvent se présenter et les difficultés causées la réalisation correcte des raccords étanches.
  La pénétration des câbles des panneaux solaires photovoltaïques a causé quelques difficultés qui ont pu être résolues.

Les tableaux électriques ont été placés à l’intérieur du volume protégé (Source : Homeco).

• Jadis, la maçonnerie à l’intérieur des gaines n’était pas enduite. Ce n’était pas jugé nécessaire, car l’enduit n’avait qu’une fonction esthétique. Étant donné que c’est l’enduit qui forme la couche d’étanchéité à l’air, il est indispensable, si on veut obtenir un bâtiment performant en la matière, d’enduire toutes les maçonneries de l’enveloppe y compris dans les gaines, les placards et les extrémités des cloisons intérieures légères au contact avec les maçonneries.

Enduit à l’endroit des gaines et cloisons (Source : Homeco).

• Les maçonneries intérieures sont liaisonnées avec les maçonneries formant l’enveloppe du volume protégé. Pour assurer la continuité de la couche d’étanchéité à l’air, il faut que toutes les maçonneries intérieures soient également enduites. Une attention particulière est également nécessaire aux ébrasements des baies intérieures avec ou sans porte.

Couche d’étanchéité à l’air sur les maçonneries intérieures (Source : Homeco).

• Les menuiseries extérieures constituent chacune une paroi distincte de l’enveloppe du volume protégé. Cette paroi a son étanchéité propre qui dépend de la qualité de sa réalisation. (choix des matériaux, qualité de l’assemblage, mise en œuvre, précision de la conception, …). En cas de faiblesse, seuls des réparations ou des réglages peuvent être envisagés.

Vérification de l’étanchéité à l’air d’un châssis (Source : Homeco).

Une attention toute particulière devra cependant être apportée au raccord de la menuiserie avec le gros œuvre afin d’assurer la continuité des performances de la menuiserie et de la barrière d’étanchéité à l’air de la façade.
Les menuiseries sont munies d’une bande raccord qui sera soit noyée dans l’enduit, soit collée à l’aide d’adhésif sur la membrane d’étanchéité à l’air suivant les cas.

Bande de raccords de la fenêtre collée au freine vapeur (source : ICEDD).

Détail du raccord de la fenêtre avec le freine-vapeur (Source : Homeco).

Étanchéité à l’air entre les fenêtres de toiture et le freine-vapeur (source : ICEDD).

• L’étanchéité des portes d’entrée des bâtiments est toujours difficile à assurer. Ce bâtiment ne fit pas exception. La porte d’entrée dut donc être remplacée pour atteindre les performances souhaitées.

La porte d’entrée (Source : Homeco).

• Pour assurer l’étanchéité à l’air aux raccords entre une membrane souple et l’enduit (jonction sec-humide) des bandes spéciales prévues pour cette fonction ont été utilisées. Elles sont constituées d’une bande autocollante d’un côté et d’une bande de treillis synthétique de l’autre. La bande autocollante est appliquée contre la membrane tandis que le treillis est noyé dans l’enduit.

Raccord entre membrane et enduit (source : ICEDD).

• Pour ne pas percer le freine-vapeur avec des conduites, un vide technique a systématiquement été créé par la pose d’une contre-cloison pour intégrer celles-ci. Cette solution évite de devoir rendre étanche à l’air un grand nombre de percements, opération difficile et délicate qui amène souvent de piètres résultats.

L’espace technique pour les conduites (source : ICEDD).

• L’intégration de prises électriques dans les murs maçonnés enduits constitue une source de fuite potentielle, car il y a interruption de la couche d’enduit.
  Les prises et interrupteurs ont été placés de préférence sur les murs intérieurs.
  Les blochets placés sur les murs délimitant le volume protégé ont été noyés dans le plâtre frais.

Les boîtiers noyés dans le plâtre frais (source : ICEDD).

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Cette étude de cas a été développée à l’aide des informations et documents fournis par le maître de l’ouvrage HOMECO et les architectes auteurs du projet, Messieurs Xavier BACHELART et Elie DELVIGNE dans le cadre du concours Bâtiment exemplaire Wallonie 2013.

Nous avons également consulté l’expert nommé par la Région wallonne pour vérifier les travaux : l’Institut de Conseil et d’Etudes en Développement Durable (ICEDD). Notre interlocuteur fut Monsieur Raphaël Capart.