Les ponts thermiques des enveloppes à ossature bois

Les ponts thermiques des enveloppes à ossature bois
Depuis 2012, L’institut Technologique FCBA met à disposition des Entreprises et des Bureaux d’études
thermiques, des données et des justifications mises à jour, relatives aux conceptions usuelles
rencontrées dans le domaine de la construction à ossature bois, vis à vis de la Réglementation
Thermique : notamment, une mise à jour des caractéristiques des matériaux (règles THU-fascicule2),
des configurations, des valeurs de coefficient de transmission thermique des parois à ossature bois
(règles THU-fascicule 4), les ponts thermiques intégrés ainsi que les ponts thermiques de liaison (règle
THU-fascicule 5).
Ces valeurs vont corriger les dernières valeurs publiées dans la RT2012. La validation de l’Etat à travers
la commission RT (Réglementation Thermique), composée d’experts nationaux en énergie du bâtiment
et construction durable ainsi que du centre scientifique et technique du bâtiment (CSTB), permet aux
éditeurs de logiciels et des outils de simulation thermique (Simulation thermique dynamique STD, calculs
règlementaires RT, simulation numérique en mécanique des fluides CFD) de s’approprier ces valeurs
pour que les acteurs de la construction et les chercheurs puissent en tirer les avantages de la
construction en bois.
Introduction
La dernière réglementation thermique du bâtiment,
RT2012 devrait permettre au secteur, d’atteindre un
objectif de réduire au maximum la consommation
énergétique, tout en assurant des ambiances
intérieures saines et confortables. Elle impose des
solutions techniques pour garantir un confort d’été
minimal et une réduction des déperditions par
l’enveloppe.
Le secteur de la construction bois connaît une
croissance en termes de nombre de bâtiments
construits depuis le début des années 2000.
Face à cette croissance, les professionnels de la
filière Construction Bois ont manifesté leur besoin
d’apporter les modèles de constructions efficaces
accompagnées
de
meilleures
performances
thermiques afin de mettre en avant la filière.
FCBA a enrichi les résultats du projet RT Bois de
2009. Ce projet avait pour objectif d’apporter des
connaissances sur le comportement hygrothermiques
des bâtiments à ossature bois. Une partie du travail a
permis de compléter les performances des
enveloppes à ossature en Bois dans la RT2012.
Depuis la publication de ces règles, les calculs ont
été remis à jour, en s’appuyant sur des systèmes
Les ponts thermiques des enveloppes à ossature en bois
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constructifs les plus courants. FCBA a défini des
systèmes constructifs standards dans le cadre du
programme RAGE «Règle de l’Art Grenelle
environnement » : et plus particulièrement le
Catalogue Bois Construction.
Méthode
Les calculs ont été réalisés par la méthode de
modélisation numérique aux éléments finis en
tridimensionnel à l’aide du logiciel TRISCO, Ce
logiciel possède une bibliothèque de matériaux et
d’ambiances (air intérieur, air extérieur) pour définir
les conditions limites des parois.
Figure 1 : Modèle et calcul dans TRISCO
1
Composant
Bois
(résineux)
Isolant
Figure 2 : Maillage plus fin aux liaisons de différents
matériaux
Dans la norme, le calcul des coefficients de transfert
thermique se fait avec une température intérieure
conventionnelle de 20°C et une température
extérieure de 0°C.
Nous mettons à disposition des Entreprises et des
Bureaux d’étude, des données et des justifications
relatives aux conceptions usuelles rencontrées dans
le domaine de la construction à ossature bois, vis à
vis de la Réglementation Thermique : notamment,
une mise à jour des caractéristiques des matériaux
(règles THU-fascicule2), les valeurs de coefficient de
transmission thermique des parois opaques
correspondant aux murs à ossature bois (règles
THU-fascicule 4), les ponts thermiques intégrés ainsi
que les ponts thermiques de liaison (règle THUfascicule 5).[1][3]
Les paramètres thermiques nécessaires
professionnels de la construction bois :
aux
Conductivité thermique d’un matériau :  en
W/m.K.
Ce coefficient mesure la quantité de chaleur qui
traverse une paroi.
Sa valeur est faible pour les isolants, et est
importante pour les matériaux conducteurs. Les
facteurs influençant la conductivité thermique d’un
matériau sont :




Son poids volumique
Sa teneur en eau
La taille de ses pores d’air
La nature du solide les renfermant
En
construction
bois,
nous
principalement les matériaux suivants:
rencontrons
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OSB
Conductivité
thermique
λ [W/mk]
0.11
0,032
0,038
0,041
0,13
Eléments dans les
parois
Montants/lisses/
charpentes
industrielles
Isolation entre
montants ou
doublage
Panneau de
contreventement
Plaque de
plâtre
Béton
Acier
0,25
face intérieure
2
50
enduit
1,8
Dalle ou mur
Equerres, rail,
suspentes
Enduit extérieur
Tableau 1 : exemples de λ de matériaux
Coefficient de transmission surfacique d’une
paroi Up [W/m².K].
Il s’agit de flux thermique en régime stationnaire par
unité de surface, pour une différente de température
de 1°Kelvin entre deux milieux de part et d’autre de
la paroi.
Ce coefficient tient compte des caractéristiques
thermiques et des épaisseurs de toutes les couches
composant les enveloppes d’un bâtiment. Il permet
aux BET de calculer les déperditions de chaleur,
En partie courante de paroi, on calcule Up = Uc
(coefficient de transmission thermique en partie
courante) avec la formule suivante :
1
Up  Uc 
R SI  R  R SE
Les logiciels experts en thermiques du bâtiment
demandent en entrées, de choisir dans leur
bibliothèque, les matériaux et en général, et ils
calculent cette valeur Up qui correspond à la
succession de matériaux uniformes dans la paroi
considérée.
R[m².K/W] est la résistance thermique obtenue en
cumulant celles des différents composants (i) :
R = ∑ Ri = ∑
Lorsqu’on considère les enveloppes à ossature en
bois, il y a, à la fois une succession de matériaux
uniformes (plaque de plâtre, isolant, panneaux) mais
aussi des éléments linéaires et ponctuels (montant
en bois, assemblages métalliques) qui rendent les
parois non uniformes.
2
Cette interruption constitue un chemin privilégié pour
la fuite de chaleur vers l’extérieur du bâtiment. Nous
pouvons distinguer différents types de liaisons :
liaison mur-mur, liaison mur-plancher bas, liaison
mur-plancher intermédiaire, liaison mur-toiture,
liaison
mur
intérieur-mur
extérieur,
liaison
menuiserie-mur extérieur…
Les valeurs de Ψ et
ont été quantifiées par la
méthode de calcul de la norme EN ISO 10211-1
(2002) et EN ISO 10211-2 (2001). Ces valeurs seront
publiées dans la prochaine version de RT par le
CSTB. [1][5]
Exemples de valeurs de Up et ΔU
Figure 3 : exemple de composition de mur extérieur à
ossature bois
123456789-
Plaque de plâtre
Tasseaux horizontaux en bois
Pare-vapeur
Montant en bois
Isolant entre-montants
Panneau de contreventement
Pare-pluie
Contre-ossature en bois
Bardage en bois
Les ponts thermiques intégrés ΔU
Dans la saisie des enveloppes à ossature bois, il faut
considérer les apports en ponts thermiques intégrés
correspondant aux croisements d’ossatures et à la
présence des ossatures dans les parois.
Up = Uc + ΔU
∑ i Li ∑ j
Up = Uc +
A
Ψi [W/m.K] : coefficient de transmission thermique
linéaire
Li [m] : longeur du pont thermique
Χj [W/K] : coefficient de transmission thermique
ponctuelle
Nous avons désormais la possibilité de saisir les
ponts thermiques intégrés ΔU avec le nombre de
ponts thermiques linéaire ou ponctuel par unité de
surface, ou alors saisir directement Up dans les
logiciels sans considérer la nature exacte de la
composition puisqu’il s’agit d’un matériau équivalent
(non recommandée). Les valeurs des coefficients de
transmission surfacique sont calculées selon la
norme : EN ISO 6946 (2003).
Les ponts thermiques de liaison Ψ [W/m.K]
Les ponts thermiques sont des pertes de
performance, dues à l’interruption d’isolation au
niveau des liaisons entre les parois du bâtiment.
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La composition usuelle des enveloppes ont été
définies dans le cadre du programme Règle de l’Art
Grenelle Environnement (RAGE) qui a permis la mise
en ligne d’un Catalogue Construction Bois [6]. Nous
avons une première série de valeurs correspondant à
la maison individuelle, puis pour les bâtiments
collectifs, et pour les façades à ossature bois.
Si l’on ne considère que les Uc, les parois sont
surévaluées puisqu’on ne considère pas les ponts
thermiques intégrés.
Lors de calcul règlementaire ou simulation thermique,
il faut saisir systématiquement les valeurs des ponts
thermiques intégrés.
Mur
extérieur
avec
isolant entre montant
λbois
Epaisseur
[W/m.K]
d’isolant[mm]
0.18
145
180
220
260
0.11
145
180
220
260
Ψmontant [W/m.K]
montant
36mm
0.021
0.019
0.016
0.015
0.012
0.010
0.009
0.008
montant
45mm
0.026
0.023
0.020
0.018
0.014
0.013
0.009
0.010
Tableau 2 : exemple de Ψ des montants dans les
murs
Pour un cas de mur sans doublage isolant, les
(ponts thermiques ponctuels aux croisements des
tasseaux intérieurs avec les montants) sont
négligeables ( <<0,001 W/K).
Prenons par exemple un mur extérieur de 145mm
avec isolation entre-montant.
1
Uc 
RSI  R  RSE
Nous modélisons le mur en considérant une surface
unitaire correspondant à un entraxe de montant (600
mm) et une hauteur de 600mm, nous obtenons :
Uc = 0,158 W/m²K
3
Ensuite, on utilise les valeurs de psi du tableau 1
(calcul aux éléments finis sur Trisco), nous trouvons
une valeur de Up :
Up = 0,158 + 0,014*0,6 = 0,180 W/m.K
Remarque : la valeur de Uc est calculée
automatiquement dans les outils de calcul en entrant
les couches de matériaux composant. Il est impératif
de sensibiliser les utilisateurs à considérer les
impacts de ponts thermiques intégrés et les ponts
thermiques de liaison selon la dernière version
publiée.
En collaboration avec le CSTB, ces valeurs vont
corriger les valeurs publiées dans la RT2012
actuelles. Pour la filière, l’utilisation de ces nouvelles
valeurs permet d’observer une amélioration des
performances de l’enveloppe à ossature bois par
rapport aux anciennes valeurs. De plus, avec la
validation de la commission RT, les éditeurs de
logiciels et des outils de simulation thermique
(Simulation thermique dynamique STD, calculs
règlementaires RT, simulation numérique en
mécanique des fluides CFD) vont s’approprier ces
valeurs pour que les bureaux d’étude thermique, les
acteurs de la construction bois et les chercheurs
puissent en tirer plus d’avantages : réduction de
consommation énergétique, meilleurs compétitivité
par rapport aux autres systèmes constructifs…
Les performances obtenues ont permis aussi
d’alimenter le Catalogue Construction bois [6], projet
piloté par FCBA avec le soutien de la profession.
Figure 4 : Mur extérieur isolant 145mm entre montant
123456789-
Plaque de plâtre
Tasseaux horizontaux en bois
Pare-vapeur
Montant en bois
Isolant entre-montants
Panneau de contreventement
Pare-pluie
Contre-ossature en bois
Bardage en bois
Figure 5 : Exemple de toiture
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Figure 6 : Liaison d’angle sortant de murs extérieurs :
Ψ = 0,08 W/mK
Figure 7 : Liaison en angle rentrant de murs
extérieurs : Ψ = 0,07 W/mK
4
Figure 10 : exemple de liaison entre mur extérieur et
plancher intermédiaire : Ψ = 0,12 W/mK
Figure 8 : Exemple de mur extérieur
Figure 11 : exemple de liaison entre mur extérieur et
mur intérieur : Ψ = 0,12 W/mK
Conclusion
Figure 9 : exemple de liaison entre mur extérieur
(isolant = 145 mm) et plancher bas à solives en
bois (isolant = 200mm):
Ψ = 0,07 W/mK
Dans toute construction, nous avons besoin de limiter
les déperditions des bâtiments à travers les
enveloppes en hiver pour réduire considérablement
nos consommations de chauffage. C’est la raison
pour laquelle nous mettons en œuvre des systèmes
d’isolation pour les bâtiments conducteurs de chaleur
(béton, maçonnerie). La construction à ossature en
bois possède une performance exemplaire pour
justifier d’une consommation moindre en chauffage.
Certains bureaux d’étude thermique ont pour
habitude de considérer des couches homogènes et
uniformes pour les enveloppes à ossature en bois :
sans les ponts thermiques intégrés dus aux différents
bois présents, ou sinon des valeurs par très
imprécises.
Ainsi les Up obtenus de parois sont très faibles (mur
très isolant) ; Ce qui augmente artificiellement
l’impact des ponts thermiques de liaison puisqu’il y a
plusieurs sections de bois de structure à la liaison (le
bois est plus conducteur que l’isolant). Nous avons
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travaillé sur les valeurs à mettre à la disposition des
entreprises. La prochaine version de RT publiera les
valeurs à jour pour mettre en avant les performances
des parois à ossature bois en hiver.
Concernant la thermique d’été, les constructions à
ossature bois sont souvent pointées du doigt pour
leur faible inertie. La méthode RT 2012, pour le
moment, identique à la méthode RT2005, classe la
construction bois toujours dans la catégorie légère ou
très légère. Les solutions existent pour les améliorer
par l’ajout d’autres matériaux lourds. Dans le cadre
du Plan Bois et avec l’appui des Pouvoir Publics et
de la Profession Bois, FCBA travaille sur ce sujet,
pour améliorer les méthodes existantes qui
défavorisent les constructions multi matériaux et
légères. Ainsi nous pourrions proposer des
justificatifs permettant de bénéficier de tous les
atouts bioclimatiques des constructions à ossature
bois.
Contacts :
Zaratiana MANDRARA
Tél. 05 56 43 64 75
[email protected]
Laurence MAIFFREDY
Tél. 05 56 43 64 94
[email protected]
FCBA – Pôle Industries Bois Construction
Allée de Boutaut 33028 BordeauxCedex
Bibliographie
[1] CSTB,
Règles THU, fascicules 2 à
Reglementations Thermique, 2012, France
5,
[2] Dulbecco P., Onillon A. Guide de réhabilitation
des maisons individuelles. Rénover avec le Bois,
2013
[3] Norme EN ISO 6946 : Building components and
building elements - Thermal resistance and
thermal transmittance - Calculation method, 2003
[4] Norme EN ISO 10211-1: Thermal bridges in
building construction -- Heat flows and surface
temperatures -- Part 1: General calculation Calculation method, 1995
[5]
Norme EN ISO 10211-2: Thermal bridges in
building construction -- Heat flows and surface
temperatures -- Part 2: Linear thermal bridges Calculation method, 1995
[6] Website
:
www.catalogue-construction-bois.fr
(2013)
[7] Website : www.fcba.fr
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