les technologies À structure en bois

LES TECHNOLOGIES À STRUCTURE EN BOIS

L’isolation thermique des façades à structure bois - Guide pratique pour les architectes 9

Matériau naturel renouvelable et très largement répandudans nos régions, le bois est resté jusqu’à l’aube du18ème siècle le seul matériau de construction capable derésister à des contraintes de flexion.Cette propriété, vite découverte par les hommes, en a faitun des matériaux essentiels de l’édification de l’habitathumain.

Depuis toujours, le bois a été utilisé comme matériau deconstruction influençant au passage d’autres modes cons-tructifs qui conservent souvent une esthétique "bois”.

L’habitat celtique a laissé dans nos régions (Aubechies,Samara (Amiens), Eindhoven, Heuneburg) des traces telles que l’on a pu reconstituer quelques exemples defermes. La technique utilisée consiste en un squelette enpoteaux- poutres en bois, sommairement équarris ou non,complétés par des tressages de branchages servant desupport à un torchis ou à un bardage de chaume ou devégétaux divers. Un socle en pierres séparait les paroisextérieures du contact du sol humide.

Par ailleurs, dans les régions forestières à forts peuple-ments résineux et de climat froid (le Centre et l’Est euro-péens et la Scandinavie), une des techniques les plusanciennes est l'habitation en rondins empilés horizontale-ment ou juxtaposés verticalement ; les parois remplissentalors les trois fonctions suivantes : portante, protectrice etisolante.Ces constructions, généralement à caractère rural et deplan rectangulaire, ne favorisaient guère l'élévation surplusieurs niveaux (sauf quelques exceptions en Suisse).

LES TECHNOLOGIESLES TECHNOLOGIESÀ STRUCTURE EN BOISÀ STRUCTURE EN BOIS

HISTORIQUE

HISTORIQUE

LES TECHNOLOGIES CONTEMPORAINES SPÉCIFIQUES

Le bois massifLes poteaux-poutresLes constructions à parois ossaturées

L'étanchéité entre les rondins ou madriers était assuréepar de la bouse, de la filasse, du torchis, du mortier, de lachaux, etc.

Selon les régions, l'intérieur et/ou l'extérieur pouvait êtrerecouvert d'enduit, de bardage ou de lambris.Ce type de construction est resté très limité en Europeoccidentale sauf en pays montagneux.

Dans nos régions, bien avant l’Empire Romain et au coursdu Moyen-Age, les techniques d’équarrissage et d’assem-blage bois/métal évoluant, sont apparues les maisons à pans de bois ou colombages, systèmes de colonnesporteuses en éléments de bois assemblés par tenons etmortaises et chevillés.Les vides étaient remplis de torchis, briques ou terre pourune meilleure isolation thermique.La méthode la plus ancienne, dite des bois longs ou mai-sons à poteaux, utilise des poteaux corniers continus surtoute la hauteur du bâtiment.Ensuite, la méthode dite des bois courts où les poteaux decoin sont limités à un étage de hauteur, est apparue.

La révolution industrielle, avec le développement du scia-ge et du clouage a vu l’apparition de constructions à ossa-ture à section mince dont les principes constructifs sontdérivés des deux techniques de colombage.De même, les systèmes à "gros" bois ont continué leurévolution pour mener aux constructions à poteaux poutresactuelles.

De nos jours, on voit se développer différentes techniquesdérivées de celles-là mais à base de multiples compo-sants en bois reconstitué : panneaux multiplis ou à lamesde bois orientées, composants lamellés-collés ou enlamelles de bois collé.


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LES TECHNOLOGIES CONTEMPORAINES SPÉCIFIQUES

L'assemblage des madriers, par empilement horizontal oupar panneautage vertical, délimite et sépare les espaces,selon les longueurs des madriers, tout en assurant la sta-bilité et le confort tant thermique qu'acoustique du bâti-ment.

Une paroi très épaisse en bois massif, en contact avecl’intérieur, contribue mieux au confort thermique d'étéqu’une paroi légère à ossature.Selon l'épaisseur des bois utilisés, une isolation thermiquecomplémentaire peut s'avérer indispensable, soit côtéextérieur avec protection par un enduit, un bardage ouune maçonnerie, soit côté intérieur derrière un lambris ouun panneau.Dans ce dernier cas, les équipements pourront être inté-grés à ce doublage.

LE BOIS MASSIF

DÉTAILS DE COLOMBAGESCOLOMBAGE À BOIS LONGS COLOMBAGE À BOIS COURTS

MAISON À STRUCTURE ÀPOTEAUX SUR PLUSIEURSNIVEAUX DITE “BALLOONFRAME” OU “OSSATURECROISÉE”.

MAISON À STRUCTUREÀ POTEAUX SUR DEUX NIVEAUXDITE “PLATEFORM FRAME” OU“À PANNEAUX”.

Evolution

PAROIS À BOIS EMPILÉS

REMARQUE

Le terme “plateform frame” provient du fait que le premier plan-cher posé sur les parois devient “plate-form” pour ma pose desétages suivants.

La pose et les qualités d'un pare-vapeur éventuel devrontêtre soigneusement vérifiées afin d'éviter toute dégrada-tion prématurée.

La technique par empilement horizontal pose toujours unproblème important de tassement des madriers, ce quiinduit des détails de mise en œuvre particuliers pour lesouvertures, le doublage, le parement, les cloisons, lesossatures à poteau combinées entre elles.

L'évolution des techniques de découpe et de profilage desbois a permis un développement assez large des métho-des de bois empilés en améliorant la qualité de l'étan-chéité au vent et à la pluie.

De même, les progrès du collage permettent la réalisationde madriers contrecollés plus stables et de madriers com-posites avec une âme en matériau isolant.

Une autre évolution importante consiste en la préfabrica-tion de panneaux épais en planches contrecollées dansdifférentes orientations, pouvant être utilisés en plancherscomme parois verticales.

Ces panneaux sont assemblés mécaniquement aux fon-dations et aux planchers, en bois massif ou non.Généralement porteurs, ils sont complétés ou non par uneisolation thermique, par un revêtement extérieur et éven-tuellement intérieur.



LES TRAVERSESACCROCHÉES AUX POTEAUX

LES POUTRESREPOSANT SUR POTEAUX

EMPILEMENT HORIZONTALDÉTAIL DE MISE EN OEUVRE AU DROIT D’UNE BAIE DE FENÊTRE

PAROI EXTÉRIEURE MASSIVE EN PLANCHES CONTRECOLLÉESEXEMPLE DE DÉTAIL

LES SYSTÈMES MOISÉSÀ POUTRES DOUBLES

LES SYSTÈMES MOISÉSÀ POTEAUX DOUBLES

LES POTEAUX-POUTRES

La structure primaire des planchers et de la toiture,consi-tuée de poutres dans ce système, est supportée par despoteaux.

Ce système modulaire tridimensionnel se développe,selon les cas, aussi bien horizontalement que verticale-ment. Le squelette peut être laissé apparent et générerainsi une structure visible à l'intérieur.

L’enveloppe extérieure est réalisée par une structuresecondaire auto-stable. Les caractéristiques du point devue isolation sont identiques aux autres technologiesconstructives.

Toutefois, si le remplissage est réalisé entre les poutres etpoteaux, une attention particulière devra être apportéeaux jonctions surtout du point de vue des étanchéités.

Plusieurs modes de construction sont possibles. Parmieux, on trouve entre autres : • les systèmes moisés à poutres ou à poteaux doubles ;• les poutres reposant sur les poteaux ;• les traverses accrochées aux poteaux.

Chacun de ces modes induira une étude des raccordsspécifiques, en particulier au niveau des espaces entrepièces moisées.



LES CONSTRUCTIONS À PAROI OSSATURÉE

Parmi les constructions à paroi ossaturée, il se distinguedifférentes techniques appelées "balloon frame" (ou"ossature croisée") et "platform frame" (ou “à panneaux”).

LA TECHNIQUE "BALLOON FRAME"OU "À OSSATURE CROISÉE"

Première méthode d'ossature développée, cette tech-nique est dérivée de la technique moyenâgeuse des boislongs. Elle est caractérisée par une répétition de cadrescomplets en bois de faible section peu écartés et despotelets continus sur toute la hauteur du mur (sur tous lesniveaux).

LA TECHNIQUE “PLATEFORM FRAME”OU “À PANNEAUX”

Il s’agit d’une technique dont l'ossature des parois vertica-les portant les planchers est constituée de cadres dont les potelets sont compris entre une lisse basse et unesablière. La pose des gîtages des planchers sur les paroisverticales permet la réalisation de bâtiments plus élevés.

Du côté extérieur de ces structures, une étanchéité à l'eauet au vent doit être assurée. L'isolation est habituellementintégrée dans l'épaisseur de l'ossature ; un complémentpouvant être ajouté sur l'une des deux faces.

Côté intérieur, une très bonne étanchéité continue à l’airest indispensable. Suivant le type de climat intérieur, unpare-vapeur peut être indispensable, exigeant une miseen œuvre et une conception très soignée. Il sert aussi d’étanchéité à l’air de la paroi.

Du point de vue structural, un contreventement est indis-pensable et est souvent assuré par un panneau, souventen bois, pouvant participer à l'une des autres fonctions,dont celle de pare-vent.

TECHNIQUES DE MISE EN OEUVRE

Quatre grands types de mise en œuvre des ossaturessont possibles :• par assemblage d’éléments linéaires (sur site) ;• par petits panneaux préfabriqués manipulés manuelle-

ment ;• par grands panneaux ;• par modules tridimensionnels.

En préfabrication, on distingue deux types de panneaux :• les panneaux dits “ouverts”, constitués de l'ossature,

d'un voile de contreventement et parfois du parement ;• les panneaux dits “fermés”, intégrent en plus l'isolant et

les parements, voire l’équipement. Dans ce cas, uneattention particulière doit être apportée aux raccordsentre les panneaux.

TECHNIQUE “PLATEFORM FRAME” OU “À PANNEAUX”

COUPE AXONOMÉTRIQUE D’UNE PAROI ISOLÉE

TECHNIQUE “BALLOON FRAME” OU “OSSATURE CROISÉE”

REMARQUE

Les ossatures peuvent aussi servir à préfabriquer des volumesconstituant des “tranches” tridimensionnelles d’étage de bâtiment.

ascensionnelle

LA MAÎTRISE DU CLIMAT


LA MAÎTRISE DU CLIMAT EXTÉRIEUR

L’eau et le ventLa neige

LA MAÎTRISE DU CLIMAT INTÉRIEUR

La vapeur d’eau et l’air intérieurL’humidité relativeLa gestion de la chaleur et des apports solairesLe type d’isolantLe type de pare-vapeur en fonction du climat intérieur

Le climat local peut influencer l’implantation du bâtiment etson architecture.Réciproquement, son enveloppe doit enclore un espacequ’elle protège des variations du climat extérieur.

LALA MAÎTRISE DU CLIMAMAÎTRISE DU CLIMAT T

LA MAÎTRISE DU CLIMAT EXTÉRIEURNous ne donnerons ici que les particularités liées aux construc-tions en bois, étant donné que le comportement de l’enveloppeface aux éléments climatiques doit au moins être comparable àtoute autre enveloppe.Nous invitons le lecteur à consulter les guides pratiques pour lesarchitectes suivants :• l’isolation thermique des murs creux [32] ;• l’isolation thermique de la toiture inclinée [33].



L’EAU ET LE VENT

Dans une construction en bois, une barrière à l’eau et unebarrière au vent sont à réaliser avec le plus grand soincôté extérieur. Les vêtures et/ou les joints des parementsdoivent être conçus pour rejeter l’eau de pluie vers l’exté-rieur.

Les joints des structures massives doivent être réalisésavec des chambres de décompression et tenir compte duretrait transversal et radial des bois dans le temps.

Si c’est possible, un voile pare-vent perméable à la vapeur(respirant) doit être associé à ce système.

Dans le cas des structures à ossature bois, il est néces-saire de constituer une zone ventilée devant un pare-pluierespirant.

L’étanchéité de la paroi au vent peut être obtenue par unpare-pluie en panneaux à joints étanches.

LA NEIGE

Une neige fondante accumulée en pied de paroi peuthumidifier celle-ci.Poudreuse, elle peut s’infiltrer dans la zone de couverturemais aussi dans les bardages.

LA MAÎTRISE DU CLIMAT INTÉRIEUR

LA VAPEUR D’EAU ET L’AIR INTÉRIEUR

En période de chauffe, l’air intérieur étant plus chaud quel’air extérieur, la pression de vapeur intérieure est, engénéral, plus élevée à l’intérieur.La vapeur d’eau a donc tendance à traverser la paroi exté-rieure.

De la même façon, en cas de surpression intérieure, l’airintérieur poursuit aussi la même tendance.

Ces deux phénomènes peuvent induire des condensa-tions en cas de rencontre avec des parties froides dans laparoi. Une barrière étanche à l’air et une barrière étancheà la vapeur sont donc nécessaires.

L’étanchéité de la paroi à l’air peut-être réalisée par les dif-férentes couches mais la présence d’une couche d’étan-chéité à l’air continue côté intérieur est préférable. Ellepeut se confondre avec le pare-vapeur éventuel.

Il faut aussi éviter toute convection d’air autour des iso-lants ; d’où l’intérêt d’utiliser des isolants semi-rigides ouinsufflés remplissant les caissons de l’ossature.

MÉTHODE DE GLASER

La modélisation du phénomène de diffusion de vapeur d’eau autravers des parois peut se réaliser au moyen de la méthode ditede Glaser (voir annexe 3).

Le lecteur est invité à consulter l’annexe 3 de ce guide ainsi queles autres guides de cette même collection, tout particulièrementle guide “conception de l’enveloppe et l’énergie”.



DIAGRAMME DE MOLLIER OU DIAGRAMME DE L’AIR HUMIDE

La zone grisée représente la zone de confort correspondant à untaux d’humidité relative de l’air ambiant compris entre 30 et 70%pour des températures d’air entre 15 et 25°C et cela suivant le cli-mat intérieur et la destination du local.

REMARQUE / RAPPEL

• Un matériau est considéré comme isolant lorsque la valeur λest inférieure ou égale à 0,065 W/mK.

• Les isolants sont présentés sur le marché soit en vrac, soit enrouleaux ou en panneaux semi-rigides, soit en panneaux rigi-des et sous forme de composites.

L’HUMIDITÉ RELATIVE

Le taux courant d’humidité relative de l’air ambiant, pourdes températures d’air entre 15° et 25°, est compris entre30 et 70 % mais les extrêmes ne peuvent être que decourte durée (voir diagramme de Mollier ci-contre).

Dans le cas d’un local humide et chaud (salle de bain, cui-sine,...), la température élevée de l’air le rend capable decontenir potentiellement plus de vapeur d’eau. En cas deparoi froide ou de pont thermique, des condensationsimportantes sont à craindre.En ce qui concerne l’humidité relative, il faut surtout veillerà évacuer l’humidité produite ; la production de vapeurd’eau doit rester un pic et la ventilation doit permettre unretour rapide à la normale.

Sa nature permet au bois d’absorber et puis de restituerl’humidité. S’il est bien ventilé en parement intérieur, cettepropriété ne pose pas de problème. Par contre, si lavapeur pénè-tre dans la cloison et y trouve les conditionsde condensation d’une façon trop intense et permanente,des champignons peuvent se développer et attaquer lesbois.

LA GESTION DE LA CHALEURET DES APPORTS SOLAIRES

Pour une bonne gestion de l’énergie, une enveloppe exté-rieure bien conçue doit :• limiter les pertes de chaleur en hiver ;• permettre de tirer parti de l’énergie solaire passive en

périodes de chauffe ;• protéger de la radiation solaire en été.L’ensemble de ces dispositions ne sera efficace que si l’étanchéité à l’air est assurée.

L’ISOLATION THERMIQUE

La propriété d’atténuation des pertes de chaleur dépenddes caractéristiques de transmission thermique des paroispar conduction, convection et radiation.Le bois est le seul matériau de structure qui présente uneconductivité thermique moyenne à faible (λi = 0,12W/mK). On lui associera volontiers divers isolants ther-miques végétaux (voir annexe 2), alliant les mêmes pro-priétés éco-énergétiques, peuvent être associés auxparois en bois.Les isolants thermiques minéraux ou de synthèse sontégalement utilisés.

LES APPORTS SOLAIRES ET LEUR GESTION

Les notions de gain de chaleur et les grands principes decontrôle et de gestion des gains solaires sont détaillésdans le guide pratique pour les architectes consacré à lafenêtre et la gestion de l’énergie [34].Nous rappelerons ici les quelques grandes lignes.

TYPE DE PARE-VAPEURET RÉSISTANCE µd

TYPE E1 :µd comprise entre 2 et 5 m

TYPE E2 :µd comprise entre 5 et 25 m

TYPE E3 :µd comprise 25 et 200 m

TYPE E4 :µd supérieure à 200 m

EXEMPLE

Ce sont, par exemple, les peintures à l’huile apposées continûment sur la finition intérieure, les feuilles d’alumi-nium armées, le papier kraft bitumé ou aluminium.Ce sont notamment les feuilles de polyéthylène d’au moins 0,2 mm d’épaisseur ; les feuilles d’aluminium plasti-fiées sur une face. Ces feuilles se recouvrent entre elles et les joints sont soigneusement rendus étanches parune bande adhésive ou par soudage. Une plaque de plâtre enrobé de carton comportant une feuille alu d’uneépaisseur de 9 microns peut être également considérée comme un pare-vapeur de qualité E2, pour autant queles joints soient étanches.Ce sont notamment les bitumes armés d’un voile de verre avec joints soudés ou collés. En cas de fixation méca-nique du pare-vapeur, une bande adhésive d’aluminium recouvre soigneusement les perforations du pare-vapeurau droit des agrafes et soude les lés entre eux.Ce sont notamment les bitumes armés de métal avec joints collés ou soudés, la fixation mécanique n’est plusautorisée lorsque le climat intérieur est de type IV.

L’ensoleillement, comme source d’énergie, est le facteurclimatique dont il faut tirer parti.Une disposition judicieuse des locaux est nécessaire maisil faut utiliser des matériaux intérieurs qui puissent jouerun rôle significatif dans l’absorption, le stockage et la dis-tribution de l’énergie apportée par l’ensoleillement.En effet, le confort thermique d’une habitation et la gestionde l’énergie sont fortement liés à l’inertie thermique desmatériaux mis en oeuvre.

En ce qui concerne les constructions en bois, puisque lacapacité thermique de ce matériau est très faible, il fauttenir compte de son effusivité thermique.Un complément par des matériaux lourds dans les paroisintérieures et dans les planchers peut être souhaitable.



LE TYPE D’ISOLANT

Le tableau de l’annexe 2 reprend un grand nombre dematériaux qui sont utilisés pour renforcer l’isolation ther-mique des parois ne présentant pas les qualités voulues.Certains matériaux ont été repris dans cette liste mais nefont pas (encore) l’objet d’un agrément ; ils ne présententdonc peut-être pas toutes les garanties nécessaires.

Si le maître d’oeuvre porte son choix sur l’un d’entre eux,il veillera à la véracité des spécificités de ce matériau.

LE TYPE DE PARE-VAPEUREN FONCTION DU CLIMAT INTÉRIEUR

REMARQUE

La finition intérieure peut participer en partie ou en totalité à lafonction pare-vapeur et peut aussi assurer l’étanchéité à l’air. Onconsidére parfois que le rôle du pare-vapeur est rempli par unesimple peinture à l’huile. Mais il y a lieu de faire attention car :• la peinture est difficilement capable de ponter les joints entre

matériaux. Des fissures de tassement et autres apparaissentalors au cours de la vie du bâtiment ;

• une peinture n’est pas permanente : elle peut aisément êtredécapée et être remplacée par une finition, par exemple, moinsperformante en matière de résistance à la diffusion de vapeurd’eau ; ceci faisant perdre la protection que la peinture à l’huileétait chargée d’assurer.

Le soin dans la pose du pare-vapeur, en ce qui concerne la fer-meture des joints entre lés ainsi que la finition en périphérie ouautour des pénétrations, est essentiel à son efficacité.Pour les pare-vapeurs de type E4, on considère en outre qu’il estillusoire de les mettre efficacement en oeuvre si l’on ne disposepas d’un support rigide continu sur lequel on peut les coller ou lesdéposer.

Dans le cadre du classement de leurs parois extérieuresdu point de vue hygrothermique, les bâtiments se subdivi-sent en fonction de la pression de vapeur régnant dans leslocaux, en se basant sur la pression annuelle moyenne ρide la vapeur du climat intérieur (exprimée en pascal Pa).

Dans la suite de cet ouvrage, lors de la description des différents types parois extérieures en bois, il sera indiqués’il y a lieu ou non de placer un pare-vapeur.Le classement des pare-vapeur se fait en fonction de larésistance à la diffusion de vapeur d’eau µd.

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