Gestion de la condensation dans les murs par des stratégies de

Gestion de la condensation dans les murs par des
strategies de contrôle de la chaleur, de l’air et de
l’humidité
Rousseau, M.Z.
NRCC-46734F
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BSI 2003 Proceedings, Oct. 2003, 15 Cities across Canada, pp. 1-13
http://irc.nrc-cnrc.gc.ca/ircpubs

L'eau à l'état liquide, solide ou gazeux est une des principales
causes de détérioration des matériaux de construction. La
condensation interstitielle peut considérablement favoriser
l'accumulation d'eau dans les ensembles muraux. Il faut
donc comprendre le mouvement de l'humidité dans les
éléments fonctionnels de construction et disposer de
techniques de gestion de l'humidité pour réaliser une
conception efficace des bâtiments.
Il se peut que les concepteurs de bâtiments essayent de
gérer la condensation dans les murs extérieurs au moyen
d'un seul élément. S'agit-il de l'isolant thermique? Du
système d'étanchéité à l'air? Du pare-vapeur? Ou de
n'inclure aucun de ces éléments comme on le faisait il
y a cinquante ans? Des recherches ont démontré qu'aucun
matériau ou système à lui seul ne peut prévenir l'excès
d'accumulation d'humidité dans les murs. C'est plutôt
en contrôlant le déplacement de la chaleur, de l'air et de
l'humidité par le choix minutieux des propriétés des
matériaux que l'on arrive à gérer efficacement l'humidité.
Si le déplacement de la chaleur, de l'air et de l'humidité à
travers le mur n'est pas géré convenablement, cela peut
causer les problèmes suivants :
•la détérioration prématurée des matériaux de
construction
•l'accumulation de la condensation d'humidité dans les
cavités du mur entraînant le pourrissement, la corrosion
ou les déplacements des matériaux
•la formation de moisissure
•un contrôle inadéquat de l'environnement intérieur,
par ex. courants d'air froid, humidité relative faible,
transmission du bruit et des polluants entre les pièces
ou entre l'intérieur et l'extérieur
•la chute de la performance et la réduction de la vie
utile des matériaux et des systèmes
•des coûts élevés de l'énergie
•la condensation sur la surface intérieure des fenêtres
(qui n'est pas traitée dans ce document)
Prendre du recul
pour mieux se situer
Au cours des trente dernières années, la façon dont les
bâtiments sont conçus, construits et exploités au Canada
a énormément évolué. Par exemple, la crise énergétique
des années 1970 a entraîné des répercussions importantes
sur la technologie de la construction au point de vue de
l'efficacité énergétique. Par conséquent, dans la deuxième
moitié des années 1970, on mettait plus d'isolation
thermique dans les murs extérieurs et on commençait à
reconnaître le besoin d'une étanchéité accrue correspondante.
Toutefois, l'accent était mis surtout sur le contrôle de la
diffusion de la vapeur, d'où l'importance des pare-vapeur
dans les pratiques de l'industrie à l'époque. Les maisons
chauffées à l'électricité et sans cheminée devenaient plus
populaires. Ces changements dans l'exploitation des
bâtiments modifiaient les gradients de pression d'air
sur les murs extérieurs et les plafonds, ainsi que sur la
direction de l'écoulement d'air - les murs et les plafonds
étant désormais plus sujets à l'exfiltration de l'air par les
orifices et les imperfections en place dans les murs.
Dans les années 1980 on a de plus en plus fait valoir
l'importance du mouvement de l'air comme mécanisme
principal de transfert d'humidité à travers l'enveloppe de
bâtiment. Les définitions et l'évaluation de la performance
des mécanismes de réduction des fuites d'air faisaient
l'objet de recherches considérables dans plusieurs organismes
nationaux tels que l'Institut de recherche en construction
(IRC) et la Société canadienne d'hypothèques et de logement
(SCHL). Les fabricants, les constructeurs et les promoteurs
de construction ont conçu des méthodes innovatrices
Gestion de la condensation dans les
murs par des stratégies de contrôle
de la chaleur, de l'air et de l'humidité
par Madeleine Z. Rousseau
Institut de recherche en construction,
Conseil national de recherches Canada
[email protected]
1

pour assurer l'étanchéité à l'air sur le plan aussi bien du
matériau que du système. Par exemple, la technique de la
cloison sèche pare-air consiste à utiliser un matériau que
l'on trouve d'habitude dans les bâtiments résidentiels - les
plaques de plâtre - pour en faire l'élément étanche à l'air
principal, mais l'innovation réside dans la façon dont le
système est articulé sur l'enveloppe pour en assurer la
continuité.
Dans les années 1990, comme on a reconnu le besoin
d'une méthode systématique pour évaluer les systèmes
d'étanchéité à l'air des travaux ont été réalisés par le
Centre canadien des matériaux de construction (CCMC)
du CNRC. La question de l'emplacement du système
d'étanchéité à l'air par rapport à l'isolant thermique et celle
de la distribution des perméances à la vapeur d'eau à travers
les éléments fonctionnels du mur ont aussi été traitées.
Un parcours des récents écrits dans le domaine a indiqué
que les défaillances importantes survenues dernièrement
dans les murs extérieurs des projets d'habitations de faible
hauteur au Canada étaient dues dans la plupart des cas
à la pénétration de la pluie causée par des détails de
construction déficients, et non à la condensation de
l'humidité intérieure et aux fuites d'air. Au cours des trois
dernières décennies, on a réalisé d'importants progrès
dans la connaissance sur les surcharges d'humidité et les
surcharges environnementales, ainsi que sur les propriétés
des matériaux et des systèmes et leurs effets sur la
performance et la vie utile des enveloppes de bâtiment.
Mais malgré les percées de la science du bâtiment et
l'introduction de produits et de systèmes novateurs, les
exigences de plus en plus nombreuses des occupants
d'immeubles et les nouvelles conceptions architecturales
des enveloppes de bâtiment amènent des défis significatifs
de contrôle de la condensation pour les constructeurs, les
législateurs, les professionnels de la conception de l'enveloppe
et les gérants d'immeubles. Un retour aux principes de
base de la science du bâtiment pour analyser les situations
s'avère utile si l'on veut évaluer les options de conception
qui existent.
Facteurs déterminant la
condensation interstitielle
Quatre conditions doivent être réunies en même temps
pour que la vapeur d'eau se condense à l'intérieur d'un
mur (Figure 1) : la vapeur d'air dans l'air, une force qui la
déplace, une voie de moindre résistance à travers laquelle
se déplacer et un endroit d'une température « assez froide »
pour provoquer la condensation de l'humidité.
Les niveaux d'humidité intérieure de l'air (appelée
généralement « humidité relative ») sont produits par les
activités des occupants, l'exploitation des systèmes de
chauffage, ventilation et climatisation (CVC) et l'aération
naturelle, et, dans les premiers temps de l'occupation
effective, par l'humidité absorbée dans les matériaux
de construction pendant la construction. Les forces qui
déplacent la vapeur d'eau sont des différentiels de pression
d'air ou de pression de vapeur à travers les éléments
du bâtiment. Les voies de parcours sont le produit des
propriétés des matériaux de construction et des discontinuités
(telles que les orifices, joints) dans les ensembles du bâtiment.
Les gradients de température à travers les matériaux et les
ensembles sont les conséquences des facteurs climatiques
extérieurs et intérieurs, les propriétés thermiques des
matériaux et la répartition de ces propriétés entre plusieurs
couches du mur.
Figure 1. Quatre facteurs sont nécessaires à la formation de la
condensation interstitielle de l'humidité
Ces quatre facteurs sont nécessaires à la formation de
la condensation sur une surface froide; ce qui, toutefois,
n'implique pas d'emblée qu'il y a un problème potentiel
d'humidité, car cela dépend de la quantité d'eau qui reste
en contact avec les matériaux vulnérables à l'humidité et
de la durée de ce contact. Traditionnellement, la prédiction
par des méthodes de calcul qu'une certaine quantité -
même infime - pourrait se former dans une cavité du mur
donnait lieu de s'inquiéter (risque de détérioration). Par
contre, cette prévision ne tient pas compte de la capacité
de séchage/drainage du mur ni de la capacité potentielle
des matériaux de construction en question de tolérer à
court terme l'exposition à l'eau. La quantité d'humidité
et la durée de sa présence dans le voisinage des matériaux
vulnérables à l'humidité influent aussi sur le risque de
détérioration qui est lié au potentiel de condensation.
Jusqu'à récemment, il existait très peu d'outils à la disposition
des concepteurs et des chercheurs pour définir la quantité
et la durée de ces surcharges d'humidité pour des climats
et des propriétés de matériaux donnés et leurs risques
connexes. De simples méthodes de prédiction visant la
diffusion de l'humidité, telles que le calcul du point de
rosée à partir des températures extérieure et intérieure et
2
Regard 2003 sur la science du bâtiment – Série de séminaires organisés par l'IRC

de l'humidité relative (HR) intérieure, ont beau montrer
a priori qu'il n'y a pas de risque, il pourrait bel et bien y
avoir un risque de condensation néanmoins. L'approche
actuelle est de considérer non seulement le potentiel de
mouillage qui peut découler de la condensation, mais aussi
la tolérance du mur à ce mouillage sur le plan de son
potentiel de séchage, les mécanismes de détérioration qui
sont enclenchés et un modèle plus réaliste du climat auquel
le mur sera exposé. L'IRC s'est servi de la modélisation
numérique pour obtenir une analyse comparative utile de
l'effet des paramètres étudiés et pour donner des directives
quant au contrôle de la condensation dans la conception
des ensembles muraux.
Plus récemment, l'IRC a élaboré une méthode intégrée
pour obtenir des données raisonnables sur l'analyse par
modélisation numérique afin de comparer les réponses
des murs aux surcharges d'humidité, et il a appliqué cette
méthode aux problèmes de la pénétration de la pluie (voir
le document « Une méthode intégrée pour élaborer des stratégies
de gestion de l'humidité des murs extérieurs »).
Mécanismes de
déplacement de l'humidité
Le mouvement de l'air et la diffusion de vapeur constituent
les deux mécanismes de transfert de l'humidité à l'état
gazeux. Ces mécanismes de déplacement de l'humidité
peuvent être combinés à d'autres mécanismes de déplacement
de l'humidité liquide pour amener l'humidité de l'extérieur
vers l'intérieur et vice versa. Par exemple, l'eau peut être
absorbée sur une face d'un matériau hydrophile, se déplacer
à travers ce matériau par action capillaire, et s'évaporer de
l'autre face vers une autre couche de l'ensemble mural.
Examinons maintenant chacun de ces mécanismes.
Diffusion de la vapeur
La diffusion de la vapeur d'eau à travers un matériau est
fonction de la capacité du matériau de fournir une voie
pour le déplacement de la vapeur (c'est-à-dire la perméance
à la vapeur) et de la présence de la force qui agit à travers
le matériau (différence de pression de la vapeur), laquelle
à son tour dépend de la teneur en humidité de l'air sur les
deux côtés du matériau (Figure 2). Cette représentation
psychrométrique peut servir à obtenir rapidement une
estimation de « la poussée de la vapeur » à travers un
matériau ou un ensemble, selon la température et l'humidité
relative qui prédominent sur chaque côté. Dans les climats
froids, la poussée est normalement de l'intérieur vers
l'extérieur pendant la majeure partie de l'année, étant donné
que la teneur en humidité à l'intérieur est beaucoup plus
élevée que celle à l'extérieur. La perméance à la vapeur est
une propriété inhérente d'un matériau d'une épaisseur
donnée et elle est exprimée comme taux de transmission
de la vapeur d'eau en poids d'eau par la différence de
pression de la vapeur en pascal par unité de temps et par
unité de surface du matériau (ng/(Pa.s.m2).
Pare-vapeur
Pour réduire au minimum l'accumulation de l'humidité
dans les murs produite par la diffusion de la vapeur, on
peut placer un matériau de faible perméance à la vapeur
sur le côté chaud de l'ensemble mural et le désigner
comme pare-vapeur de l'ensemble. Pour optimiser les
résultats, il est important que le pare-vapeur recouvre
toute la surface de l'enveloppe, mais il n'a pas besoin
d'être absolument hermétique. Plusieurs matériaux de
construction ordinaires, tels que les feuilles de
polyéthylène, le verre et le métal, les matériaux revêtus
d'un film aluminium et les matériaux à base de bois
comme les panneaux de particules orientées et le
contreplaqué, sont de faible perméance à la vapeur. En
effet, la feuille de polyéthylène de 6 mil a été utilisée
comme le pare-vapeur désigné et aussi comme élément du
système d'étanchéité à l'air dans la plupart des bâtiments
résidentiels de faible hauteur érigés au Canada au cours
des vingt dernières années. Les spécifications pour les
pare-vapeur sont différentes de celles pour les systèmes
d'étanchéité à l'air 1.
Figure 2. Diffusion de la vapeur à travers un matériau ou un ensemble
Mouvement de l'air
Le mouvement de l'air (convection de l'air) est lié à la
capacité d'un matériau ou d'un ensemble de fournir une
voie d'écoulement d'air (capacité définie par la perméance
à l'air de celui-ci en L/(s.m2) à 75 pascals (Pa)) lorsqu'une
différence de pression d'air agit à travers celui-ci (Figure 3).
Les différences de pression d'air à travers les éléments
de construction proviennent de l'action du vent, de la
différence de température (appelée aussi l'effet de cheminée
ou de tirage) et de l'exploitation d'installations techniques
dans les immeubles. Le mouvement de l'air peut donner
lieu à un écoulement d'air transversal passant à travers le
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Regard 2003 sur la science du bâtiment – Série de séminaires organisés par l'IRC

mur, et connu également comme fuite d'air (Figure 3), qui
est le moyen le plus important de déplacement de l'humidité
à travers un mur. Une autre forme de mouvement de l'air
est l'écoulement partiel de l'air à travers certains éléments
à l'intérieur de l'ensemble mural même sans qu'il pénètre
complètement vers l'extérieur ou vers l'intérieur (voir ci-
dessous la section intitulée « Boucles de circulation d'air
dans l'ensemble mural »). En d'autres mots, un mur avec
un système d'étanchéité à l'air parfait est toujours susceptible
d'avoir un écoulement d'air latéral (appelé souvent convection
éolienne) ou un flux de convection intérieur qui peut
influer sur la résistance du mur à la condensation.
Figure 3. Fuite d'air à travers un matériau ou un ensemble
Les fuites d'air à travers un ensemble mural extérieur peuvent
provoquer le déplacement de grandes quantités d'air rempli
d'humidité vers une région précise du mur. Les caractéristiques
de l'écoulement d'air sont définies par l'emplacement
d'entrées et de sorties d'air accidentelles et par la voie
de moindre résistance entre les deux, étant donné que
la perméance à l'air des matériaux de construction et la
différence de pression agissent sur l'ensemble. La diffusion
de la vapeur est un processus plus lent d'accumulation de
l'humidité, et elle présente un mode plus uniforme de
distribution sur le matériau.
L'IRC a élaboré un modèle hygrothermique numérique en
deux dimensions perfectionné pour étudier l'interaction
entre l'exfiltration d'air et l'accumulation d'humidité dans
un mur simplifié 2. La Figure 4 montre le type de rapport
entre les fuites d'air, l'accumulation d'humidité et le flux
thermique. Le diagramme indique que :
•Pour une bande de faible débit d'exfiltration d'air
(moins de 0,2 L/(s.m2) à 75 Pa), l'accumulation
d'humidité est très faible.
•Comme le débit d'exfiltration d'air augmente,
l'accumulation d'humidité a tendance à augmenter de
façon exponentielle jusqu'à un point.
•Au-delà d'un certain débit élevé de fuite d'air à travers
le mur, l'accumulation d'humidité descend à zéro, ce
qui s'explique par le fait que l'exfiltration de l'air
déplace de la chaleur ensemble avec l'humidité. Comme
le débit d'exfiltration devient très élevé, l'exfiltration de
l'air chaud réchauffe le revêtement intermédiaire
extérieur et en élève la température au-dessus du point
de rosée de la température intérieure. Par conséquent,
aucune condensation ne se forme dessus.
Ces résultats ne doivent pas servir de seuils absolus, étant
donné que les valeurs de sortie vont changer avec les
conditions limites d'entrée, c'est-à-dire les conditions
atmosphériques à l'intérieur et à l'extérieur, ainsi qu'avec
les propriétés des murs. Cette constatation appuie les
observations anecdotiques de terrain que les anciennes
constructions érigées il y a cinquante ans ayant des débits
très élevés de fuite d'air ont accusé peu de problèmes de
condensation (Figure 4, zone D). Les constructions
étanches plus récentes ayant un contrôle quelque peu
accru des fuites d'air ne sont pas « assez étanches » pour
prévenir la condensation (zone C). Les constructions plus
étanches dans les environs de 0,2 L/(s.m2) à 75 Pa
entraînent le moins d'accumulation de condensé (zones A
et B). Dans la zone A, les avantages supplémentaires
d'augmenter le niveau d'étanchéité sont marginaux par
rapport à la complexité de la construction et au contrôle
de la qualité sur place qu'il faut déployer en plus afin
d'implanter un système d'étanchéité à l'air plus efficace.
Figure 4. Type de rapport établi entre les fuites d'air,
l'accumulation d'humidité et le flux thermique
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Regard 2003 sur la science du bâtiment – Série de séminaires organisés par l'IRC