Soumise à l effet du vent, à la différence

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1 CVC N 871 NOV./DÉC PROFESSION ÉTUDE Infiltrométrie Vers un résultat d étanchéité à l air des bâtiments La réglementation thermique 2012 impose un niveau élevé d étanchéité à l air des nouveaux bâtiments. Son contrôle systématique par un test d étanchéité à l air sur chantier entraîne un véritable changement de culture pour tous les corps de métier. À Saint-Rémy-lès-Chevreuse (Yvelines), les ingénieurs du Costic ont développé un savoir-faire et des formations spécifiques pour aider les acteurs professionnels à s adapter à ces nouvelles exigences. Un test d infiltrométrie avec un minimum de cinq points de mesure Calcul des valeurs réglementaires Une méthode spécifique pour des tests en cours de chantier Par Jean-François Boutet, ingénieur d études, et Serge Haouizée, directeur de la formation, Costic Conditions de validité du test d étanchéité Soumise à l effet du vent, à la différence de températures entre l air intérieur et extérieur (tirage thermique) et aux systèmes de ventilation mécanique, l enveloppe d un bâtiment subit une différence de pression. Cette différence entre l intérieur et l extérieur engendre des fuites d air ou des infiltrations qui augmentent les déperditions thermiques. Leur impact sur la consommation énergétique et sur le confort s ajoute à celui du fonctionnement des équipements techniques, et notamment de la ventilation. Par exemple, à Tours (Indre-et-Loire), la consommation d énergie liée au renouvellement d air réglementaire d une maison individuelle BBC de 100 m 2 (RT 2005) consommant 50 kwhep/m 2.an au total, atteint 38 kwhep/m 2.an, soit 75 % de la consommation réglementaire autorisée. Pour continuer à progresser dans sa recherche d efficacité énergétique, le bâtiment doit donc impérativement maîtriser les fuites d air qui augmenteraient ces déperditions. Cela implique de les mesurer et de les localiser. Des seuils d exigence contraignants La réglementation thermique 2005 fixait déjà des valeurs minimales de perméabilité à l air des bâtiments neufs et rénovés afin de limiter les déperditions thermiques des bâtiments. Ces valeurs n étaient pas très difficiles à atteindre et leur contrôle n était pas systématisé. Avec la réglementation thermique 2012 (arrêté du 26 octobre 2010), les seuils d exigence vont devenir beaucoup plus contraignants. La réglementation impose surtout un essai une fois l enveloppe terminée pour vérifier cette exigence. D une logique de moyens à une logique de résultats D une logique de moyens, la réglementation passe donc à une logique de résultats. C est un vrai changement de culture qui s opère d une réglementation thermique à l autre. D autant que les seuils imposés par la RT 2012 sont loin d être faciles à atteindre en pratique. Ce niveau de performance a des répercussions importantes sur la manière et la rigueur avec laquelle les entreprises vont devoir mettre en œuvre les matériaux et les équipements. Si les parois planes peuvent être considérées comme étanches, les assemblages sont généralement les points faibles de l étanchéité. Toutes les traversées de parois ou de structures devront être réalisées avec > Tirage thermique lié à la différence de température entre l intérieur et l extérieur limité (ΔT x hauteur du bâtiment < 500 m.k). > Vitesse du vent sur la façade la plus exposée limitée (< 6 m/s ou < 3 sur l échelle de Beaufort). > Pression à débit nul < 5 Pa. > Au moins cinq paliers de mesure équidistants. > Au moins un palier à une différence de pression intérieur/extérieur > 50 Pa. > ΔP mini égale à 10 Pa (ou 5 fois la plus grande pression à débit nul). > L opérateur du test d étanchéité doit être capable de justifier du non respect des critères de la norme, des calculs des surfaces de parois froides hors planchers, du choix du volume mesuré, des ouvertures de l enveloppe pendant l essai, de justifier les obturations, de fournir la courbe des débits de fuite, l échelle bilogarithmique, les pressions à débit nul et toutes les informations supplémentaires nécessaires.

2 14 CVC N 871 NOV./DÉC de grandes précautions de manière à rétablir l étanchéité après chaque intervention. La réglementation française utilise un coefficient appelé Q4Pa-surf pour évaluer l étanchéité à l air. Celui-ci correspond à la fuite d air du bâtiment rapportée à sa surface déperditive quand le bâtiment est soumis à une différence de pression de 4 Pa (dans des conditions atmosphériques extérieures de 20 C et 1,013 x 10 5 Pa). Les calculs de déperdition thermique utilisent une autre grandeur : le taux de fuite n50. Celui-ci correspond au débit de fuite de la construction soumise à une différence de pression de 50 Pa, rapporté au volume intérieur. En pratique, il existe une relation entre ces deux valeurs puisqu elles sont toutes deux étroitement liées à l étanchéité à l air réelle du bâtiment, avec la notion de compacité qui est le rapport de la surface déperditive au volume chauffé. La nouvelle réglementation RT 2012 impose que le coefficient Q4Pa-surf soit désormais inférieur ou égal à 0,6 m 3 /m 2.h de parois déperditives en maison individuelle ou accolée, et à 1 m 3 /m 2.h de parois déperditives dans un bâtiment collectif d habitation. La RT 2005 demandait respectivement 0,8 à 1,2 m 3 /h.m 2 en individuel et 1,3 à 1,7 m 3 /h.m 2 en collectif. Ces valeurs sont vérifiées par un test d infiltrométrie désormais obligatoire avant réception du bâtiment neuf. Il ne s improvise pas. Son déroulement répond à un mode opératoire précis, normalisé (norme NF EN , accompagnée d un guide d application P50-784). Il fait appel à des notions de pressions dont les interactions entre les conditions atmosphériques (pression et température) et la ventilation peuvent être complexes. Mais la relation résultante entre le débit de fuite d un bâtiment et la différence de pression auquel il est soumis s exprime simplement comme suit : Q(ΔP) = C L (ΔP) n. Figure 1 Au moins 5 mesures pour des paliers de différence de pression équidistants, entre 10 Pa et au minimum 50 Pa (100 Pa conseillé pour les petits bâtiments) doivent permettre de tracer sur une échelle bilogarithmique la droite caractéristique du comportement du débit de fuite du bâtiment en fonction de la différence de pression intérieur/extérieur. La pente n et le C env permettent d établir la relation mathématique entre le débit et la différence de pression. Grâce à celle-ci, on peut ensuite calculer les deux indices réglementaires. Figure 2 Pour le calcul de la surface de référence AT bat pour déterminer le Q4 Pa-surf, on prend en compte toutes les surfaces exceptés les planchers bas marqués A4. Cheminée comme système de chauffage permanent. VMC gaz. Cheminée en appoint ponctuel. Figure 3 Durant le test d étanchéité, les mécanismes devront être fermés. Figure 4 Dans le cas où la cheminée est prévue pour être un système de chauffage permanent, les mesures de débits d air du test d étanchéité se feront tous mécanismes ouverts. Figure 5 Lors de la préparation de l enveloppe, le conduit d une VMC gaz doit être obturé puisque la déperdition liée à cette ventilation est déjà prise en compte dans le calcul thermique.

3 CVC N 871 NOV./DÉC PROFESSION 15 avec : Q(ΔP): débit de fuite d air en fonction d une différence de pression appliquée au bâtiment (m 3 /h). ΔP : différence de pression appliquée au bâtiment (Pa). n et C L : valeurs caractéristiques de l étanchéité du bâtiment. Sur un graphique avec une double échelle logarithmique, cette équation se traduit par une droite [log Q = log C env + n. (log ΔP)]. Il est donc possible de déterminer les valeurs caractéristiques de l étanchéité à l air propre à chaque bâtiment ( n et C L ) au moyen de mesures in situ et d une méthode graphique qui permettra de tracer la courbe caractéristique du bâtiment. On en déduit la relation mathématique propre au bâtiment mesuré, puis on calcule les indices réglementaires Q4 Pasurf et n 50. Concrètement, le test in situ consiste à mettre le bâtiment en surpression (ou en dépression), puis à mesurer le débit d air qu il faut introduire (ou extraire) pour compenser les fuites du bâtiment. Pour bien mesurer le comportement du bâtiment, on renouvelle cette expérience à différents niveaux de pression ou de dépression. D une manière pragmatique, on profite de l essai avec l écart de pression le plus élevé pour localiser les fuites à l aide de différents outils comme un générateur de fumée, un anémomètre ou une caméra thermique. Un test d infiltrométrie avec un minimum de cinq points de mesure Pour que le tracé de la courbe caractéristique de l étanchéité du bâtiment soit significatif, la norme impose au moins cinq paliers de mesure de débit de fuite à différentes valeurs d écarts de pression. Elle exige également que l un de ces paliers soit supérieur à 50 Pa (pour les logements individuels et petits bâtiments ; 25 Pa pour les bâtiments de plus de m 3 ) et que le palier minimum soit au moins de 10 Pa (ou 5 fois la différence de pression à débit nul). On peut remarquer que plus le volume du bâtiment est grand, plus les fuites risquent d être importantes, et plus il sera difficile d atteindre un écart de pression élevé. Les points de mesures doivent également être régulièrement espacés, indique la norme. En pratique, on commence par appliquer la différence de pression maximale qui est aussi celle qui permet de localiser le plus facilement les fuites dans le bâtiment. Cette différence diminue ensuite par paliers, autant de fois que possible, jusqu à atteindre le seuil minimal. Des mesures de différence de pression à débit nul doivent également être effectuées, avant puis après la série de mesures (au moins cinq points mesurés). Elles permettent de neutraliser les dérives éventuelles. Notions dérivées du taux de renouvellement d air n 50 Il existe également des dérivées de la notion de taux de renouvellement d air n 50, comme la perméabilité q 50 et le débit de fuite spécifique w 50 : > la perméabilité q 50 se définit comme le rapport du débit de fuite sous 50 Pa et de la surface AE de perméabilité (aire de tous les sols, murs et plafonds); > le débit de fuite spécifique w 50 est le rapport du débit de fuite sous 50 Pa à l aire nette de plancher AF (aire de tous les planchers du volume intérieur soumis à l essai). Deux grandeurs caractéristiques : C env et n La série de mesures permet de déterminer les deux grandeurs caractéristiques de l étanchéité à l air du bâtiment. Il s agit de la pente n de la droite caractéristique sur le diagramme à double échelle logarithmique et de la valeur C env du débit de fuite Q v du bâtiment sous une différence de pression de 1 Pa (intersection de la courbe et de l axe des ordonnées). La pente n est caractéristique du niveau de fuite résultant du bâtiment. Elle est généralement comprise entre 0,5, quand les fuites du bâtiment sont plutôt importantes, et 1, quand les fuites sont de la dimension de fissures. La valeur C env est le débit de fuite pour une différence de pression de 1 Pa, également caractéristique du bâtiment à la pression atmosphérique et dans les conditions de température de l essai. Afin d harmoniser la mesure et de pouvoir comparer les bâtiments entre eux, la valeur C env est ensuite corrigée en C L, valeur ramenée à la pression atmosphérique (1,013 x 10 5 Pa) et à température de 20 C pour s affranchir des conditions variables dans lesquelles les mesures sont réalisées. En pratique, toute la démarche de test est systématiquement assistée par ordinateur ce qui permet d en simplifier l approche pour les opérateurs. Les logiciels pilotent à la fois les ventilateurs et permettent les calculs réglementaires. > Figure 1 Calcul des deux valeurs réglementaires Grâce à la relation mathématique que les mesures in situ ont permis d établir, il est ensuite possible de calculer les deux valeurs réglementaires: > le débit de fuite (Q4 Pa-surf ) évalué pour une différence de pression de 4 Pa et rapporté à la surface potentielle de fuite du bâtiment notée AT bat (hors planchers bas) ; > le taux de renouvellement d air (n 50 ) qui se rapporte au volume de l habitation. Le Q4 Pa-surf se définit comme le rapport entre le débit de fuite calculé à une différence de pression de 4 Pa exprimé en m 3 /h, et la surface totale correspondant aux parois déperditives AT bat mesurée en m 2 [Q4 Pa-surf = débit de fuite à 4 Pa/AT bat]. Cette surface AT bat ne prend pas en compte les planchers bas car on estime que la fuite d air dans le sol est nulle. Du coup la surface déperditive de référence pour ce calcul est la somme de toutes les surfaces de l enveloppe en contact avec l extérieur, hors planchers bas. > Figure 2

4 16 CVC N 871 NOV./DÉC Le taux de renouvellement d air n 50 se définit pour sa part comme le débit de fuite sous 50 Pa rapporté au volume du bâtiment étudié [n 50 = débit de fuite sous 50 Pa/volume du bâtiment]. L appréhension du volume est pour sa part sans surprise: c est le volume intérieur délimité par l enveloppe que l on cherche à caractériser. Mesures préalables et préparation de l enveloppe Avant de procéder aux mesures proprement dites, l opérateur vérifie que les conditions préalables dans lesquelles le test est réellement significatif sont réunies. La vitesse du vent, par exemple, ne soit pas dépasser 6 m/s, seuil au-delà duquel son influence sur l étanchéité du bâtiment est jugée trop importante. Les valeurs sont corrigées de la hauteur des bâtiments et de l altitude du lieu qui ont également une influence. Il faut aussi mesurer les surfaces et les volumes, puis préparer le bâtiment pour le test d étanchéité. D autre part, puisque l on cherche à mesurer les fuites d air, on ne prendra pas en compte les ouvertures déjà identifiées dans le calcul des déperditions qui devront être neutralisées. C est notamment le cas pour les ouvertures de la ventilation mécanique contrôlée ou de VMC gaz qui doivent être obturées au moyen de vessies gonflables, de ruban adhésif ou de film polyane. Des dispositions particulières aux appareils de chauffage devront également être prises parfois. Le principe selon le guide GA P consiste à ne pas augmenter l étanchéité des systèmes qui ne prélèvent pas d air à l intérieur du bâtiment (notamment les systèmes étanches par exemple). On obture les prises d air intérieur pour les autres systèmes. Les conduits d une cheminée ne seront pas obturés mais il existe une subtilité : > si la cheminée est utilisée en chauffage d appoint, les mesures de débit d air seront réalisées tous mécanismes en position fermée ; > si la cheminée est prévue comme système de chauffage permanent, les débits d air Des formations concrètes au Costic Le Costic propose aux professionnels plusieurs formations qui intègrent ces notions. > La première s intitule «Thermographie et infiltrométrie dans les bâtiments» (référence S18). Elle dure deux jours et permet de connaître les applications, la mise en œuvre et l analyse des techniques de thermographie et de la mesure de l étanchéité appliquées aux bâtiments. Elle s adresse aux techniciens, ingénieurs de bureaux d études, d entreprises d installation de génie climatique ou des services techniques et nécessite de bonnes connaissances de base sur le bâtiment et les équipements. > Un autre stage, plus global, intitulé «Améliorateur énergétique des bâtiments» (référence RENO) a également été mis en place. seront mesurés tous mécanismes ouverts. Lors des mesures, les portes de communication sont ouvertes, les systèmes de chauffage et de ventilation sont arrêtés > Figures 3, 4 et 5 Une méthode spécifique pour des tests en cours de chantier La réglementation thermique impose un résultat validé par un test une fois l enveloppe terminée. En pratique, les acteurs de la construction éprouvent le besoin d un test en cours de réalisation pour pouvoir corriger les défauts éventuels en cours de chantier. La norme NF EN et son guide d application P ne décrivent donc pas seulement une méthode de test d étanchéité mais deux. La première correspond au test final. La seconde est une méthode qui permet d évaluer l étanchéité en cours de C est une formation longue qui dure 50 jours. Elle permet de savoir conduire un audit énergétique de tout type de bâtiment, de préconiser des solutions d améliorations, de faire un prédimensionnement des travaux nécessaires, d estimer les gains réalisables sur la consommation réelle des occupants et d encadrer les travaux de réalisation. Il permet de maîtriser les solutions performantes de réhabilitation des bâtiments et de leurs équipements techniques. Elle nécessite un diplôme de niveau IV lié au bâtiment et aux équipements. Cette formation débouche sur un titre d Améliorateur Énergétique des Bâtiments décerné par le Costic. Les épreuves de validation se déroulent en fin de formation devant un jury d experts et de professionnels. Cette formation englobe la pratique des mesures sur chantier, et notamment de l infiltrométrie. chantier. Elle précise et harmonise la démarche quand l enveloppe n est pas terminée. Elle commande notamment l obturation de toutes les ouvertures volontaires dans l enveloppe, la fermeture de toutes les ouvertures réglables et le scellement des ouvertures volontaires restantes. Attention, un seul test est réglementaire : celui qui doit être réalisé une fois l enveloppe terminée. La recherche de fuite dans un bâtiment, lors de la différence de pression maximale au cours des tests, peut utiliser différents outils : poire de fumée, machine à fumée, caméra thermique, voire même anémomètre. L usage d une caméra thermique nécessite un apprentissage spécifique. La localisation des fuites n est par exemple significative que si la différence de température entre l intérieur et l extérieur est significative et si l angle de mesure est adapté

5 CVC N 871 NOV./DÉC PROFESSION 17 Une plate-forme de formation originale Alors que la plupart des formations à l infiltrométrie se pratiquent in situ, dans des bâtiments existants en cours de construction, le Costic a mis au point une plate-forme pédagogique spécifique de 25 m 2 à ossature bois. Son originalité consiste à pouvoir générer des fuites contrôlées et en mesurer l impact. Les défauts maîtrisés prévus correspondent aux cas les plus fréquents en situation réelle : défaillances d étanchéité par les gaines et réseaux hydrauliques, siphons, gaines électriques ou les huisseries La plupart des membranes d étanchéité et leurs adhésifs ont été laissés apparents, ce qui permet de visualiser les conséquences de la mise en pression ou en dépression (plaquage ou gonflement des membranes). 1. Montage de la porte soufflante La première étape consiste à monter le cadre de la porte soufflante et sa membrane en prenant appui sur le dormant de la porte d entrée. Le ventilateur et la prise de pression extérieure s insèrent ensuite à travers des liaisons étanches prévues. 2. Préparation de l enveloppe L obturation des orifices de ventilation mécanique contrôlée au moyen de vessies gonflables ou de rubans adhésifs doit être réalisée préalablement au test d étanchéité à l air.

6 18 CVC N 871 NOV./DÉC Vérifications des conditions de la mesure Avant d effectuer la mesure, l opérateur vérifie que la vitesse du vent à l extérieur n excède pas 6 m/s auquel cas le test ne serait pas significatif. Le calcul des coefficients Q4 et n50 s appuiera également sur la détermination des surfaces déperditives et du volume intérieur. 4. Mesures de pression/dépression Le test peut alors commencer à travers la mise en pression/dépression de la pièce à plusieurs niveaux de pression (au moins 5 paliers). L ensemble du test est assisté par ordinateur, qui effectue également les corrections de température et de pression atmosphérique pour harmoniser les tests. 5. Recherche de fuites La localisation des fuites peut se faire au moyen d un générateur de fumée mais on peut également utiliser une caméra thermique pour déterminer les variations de températures entre l intérieur et l extérieur ou un anémomètre pour détecter les courants d air 6. Fuites contrôlées de la plate-forme pédagogique L originalité de la plate-forme du Costic est de pouvoir maîtriser différentes fuites sur les réseaux sanitaires, électriques ou sur les huisseries, et mesurer leur impact sur le débit de fuite ou le taux de renouvellement d air résultants. 7. Étanchéité des traversées de parois La maîtrise de l étanchéité à l air des bâtiments RT 2012 implique pour les métiers, et notamment ceux de la ventilation, du sanitaire et du chauffage, de prendre particulièrement soin des traversées de parois. Il sera nécessaire d utiliser des membranes d étanchéité.