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PROJET DE FIN D’ETUDES Façades Bois : Applications et performances Session Juin 2012 Auteur : LANG Caroline INSA Strasbourg, Spécialité Génie Civil Tuteur entreprise : M. ARDISSON Philippe Assistant chef de projet, ARCORA Tuteur INSA : M. ANTOINET Sébastien Professeur en bois, INSA Strasbourg REMERCIEMENTS Je remercie tout particulièrement l’équipe D’ARCORA de m’avoir accueillie durant ce PFE, de m’avoir fait part de leurs expériences et de m’avoir accompagnée dans ce travail de recherche, d’études et synthèse. Mention spéciale à mes maître(s) de stage et collègues de bureau : Philippe Ardisson Valère Paupelin Huchard Florin Petruscu Emmanuel Viglino Vincent Moraël Denis Fréhel Pierre-Maxence Renoult Et les autres… Je souhaite remercier mon tuteur INSA M. Sébastien Antoinet pour les indications qu’il a pu me donner au cours de ce PFE. Mes derniers remerciements vont aux relecteurs de ce rapport, et en particulier aux anglophones. Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 1 sur 67 RESUME Mon projet de fin d’études (PFE) s’est organisé autour de la thématique des « façades bois », dans le but de dresser un premier état des lieux de leurs développements. Aujourd’hui les façades traditionnelles sont principalement réalisées en aluminium pour les qualités de façonnage du matériau qui permettent d’adapter surmesure la conception de l’ossature secondaire. Toutefois les façades aluminium présentent d’importants points faibles énergétiques. Ces défauts relancent le débat sur la fabrication des façades et promeuvent d’autres matériaux de construction substituts à l’aluminium comme le bois. Le premier temps de mon PFE fut donc la constitution d’une base de données et corpus bibliographique sur la connaissance actuelle du matériau, du développement de la filière bois en France, et les problématiques potentielles liées à son emploi en façade. Par la suite l’objectif fut de définir les performances générales et les domaines d’application des façades bois, en évaluant leurs avantages et inconvénients par rapport aux façades traditionnelles aluminium. Dans quelle mesure cette technique peut se substituer aux façades traditionnelles aluminium ? Mon travail s’est donc plus particulièrement orienté suivant cet axe de recherche, via l’étude de référence de façades bois, la consultation d’entreprises, et la réalisation d’études techniques comparatives avec l’aluminium. MOTS CLES Construction bois // Timber construction Enveloppe du bâtiment // Buildings’ envelope Performances énergétiques // Energy efficiency ABSTRACT My graduation project consists in the assessment and field application definition of Timber Façade Structure. Nowadays, the construction of facades is led by the aluminum industry considering its assets in terms of weight and great customization prospects regarding façades ‘shapes. Nonetheless, aluminum also acknowledges relatively poor energetic performances, with an important carbon footprint and poor thermal insulation properties. These flaws trigger the necessity to review the traditions of façade construction, by including more energyefficient material such as wood. The first part of this project consists in a bibliographical research targeting the intrinsic material performances, biological and mechanical properties of wood species commonly used in the construction field. This research facilitates the classification of wood species along these criteria and identifies the main issues stemming from timber construction: the prominence of wood industry channels, the organization of wood preservation/durability, and the assessment of wood fire behavior. The second part explores the original research question -In what conditions is it possible to substitute a traditional façade with a timber structure? – by examining project reference studies, conducting enterprise interviews and registering the existing timber façade typologies. Lastly, a concrete application to tertiary building projects sets wooden curtain walls in contrast with the aluminum solution, in order to underline its performances and application fields. Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 2 sur 67 SOMMAIRE 0BINTRODUCTION ................................................................................................................................................................. 4 1 2 3 1BGENERALITES DES FAÇADES ............................................................................................................................. 5 1.1 8BPrésentation du Bureau d’Etudes ARCORA ................................................................................................ 5 1.1.1 14BHistorique..................................................................................................................................................... 5 1.1.2 15BDomaines de compétence et réalisations .................................................................................................... 5 1.1.3 16BEnveloppe .................................................................................................................................................... 6 1.1.4 17B Organisation de l’agence ............................................................................................................................ 6 1.1.5 18BMon intégration dans l’équipe ...................................................................................................................... 8 1.2 9B Conception des Façades ............................................................................................................................ 9 1.2.1 19B Typologies de la façade .............................................................................................................................. 9 1.2.2 20BTypologies des façades double-peau ........................................................................................................ 11 1.2.3 21BFacades et filières constructives ................................................................................................................ 14 1.2.4 2BEtudes techniques de la façade ................................................................................................................. 15 2BCONCEPTION D’UNE FAÇADE BOIS.................................................................................................................. 20 2.1 10BConnaissance du matériau bois ................................................................................................................ 20 2.1.1 23BExtraits cadre règlementaire ...................................................................................................................... 20 2.1.2 24B Propriétés physiques du Bois ................................................................................................................... 21 2.1.3 25BPropriétés mécaniques du Bois ................................................................................................................. 23 2.1.4 26BDescription de la filière bois ....................................................................................................................... 25 2.1.5 27BPréservation du bois : gestion de l’hygrométrie ......................................................................................... 27 2.1.6 28BComportement du bois au feu ................................................................................................................... 29 2.2 1BApplications actuelles des façades bois .................................................................................................... 32 2.2.1 29BFaçades à ossature bois............................................................................................................................ 32 2.2.2 30BFaçades bloc ou grille bois ........................................................................................................................ 41 PROJETS ETUDIES .............................................................................................................................................. 44 3.1 12BBureaux zac Bédier, Paris 13ème ................................................................................................................ 44 3.1.1 31BAnalyse des pièces écrites concours ......................................................................................................... 44 3.1.2 32BEtudes techniques des façades ................................................................................................................. 46 3.2 13BTour ALTO, La Défense............................................................................................................................. 55 3.2.1 3BEtudes techniques ..................................................................................................................................... 56 3.2.2 34BBilan........................................................................................................................................................... 62 3BCONCLUSION .................................................................................................................................................................. 63 4BLISTE DES FIGURES ET TABLEAUX ............................................................................................................................. 64 5BBIBLIOGRAPHIE .............................................................................................................................................................. 65 6BANNEXES ......................................................................................................................................................................... 67 7BNOTES DE FIN ................................................................................................................................................................. 67 Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 3 sur 67 INTRODUCTION 0B Mon Projet de Fin d’Etude (PFE) s’inscrit dans la continuité de mon stage ST2 dans le bureau d’étude Structures et Enveloppes ARCORA, spécialisé dans le domaine de conception des façades notamment pour les bâtiments tertiaires. Le sujet de la façade allie à la fois des problématiques architecturales : expressions souhaitées de la façade, des problématiques énergétiques et techniques. Mon projet de fin d’étude s’organise autour de la synthèse qui est faite de ces trois grands champs d’expertise afin de formuler une première évaluation des enjeux et performances d’une façade bois. Dans un premier temps de stage, je dresse une synthèse de l’emploi du bois en façade, via les grands thèmes suivants : Connaissance du matériau, Description de la filière bois, et Recherche des applications actuelles. Mon travail s’est ensuite orienté vers les études techniques propres à toute façade afin d’évaluer les performances d’une façade bois par rapport aux façades aluminium. Ces études techniques sont calquées sur deux projets en cours d’étude APS/APD afin d’évoluer dans un cadre de projet concret. L’un concerne la construction neuve d’un immeuble de bureaux de la ZAC Bédier, Paris 13ème, le second concerne la construction neuve de la Tour ALTO, La Défense (92). Le projet ZAC BEDIER reprend l’image d’un bâtiment tertiaire « low-tech » suivant les objectifs de performances énergétiques du Plan Climat Paris. Le projet s’affiche comme un projet tout-bois, ses façades reprennent une typologie de double peau ventilée avec ossature porteuse bois et menuiseries extérieures bois. Dans le cadre de ce projet, la solution bois est étudiée comme solution technique de base et devra vérifier l’ensemble des problématiques conceptuelles du projet en question. Cela permettra d’identifier les points avantageux ou bloquants d’une façade bois. Le projet de la Tour Alto, est un immeuble de grande hauteur de 37 étages dont l’enveloppe reprend une typologie de façade simple peau + vêture. La problématique première est la faisabilité d’une peau clos et couvert incluant des châssis bois qui doit vérifier les exigences réglementaires de sécurité incendie en IGH. L’objectif est ici de tester la faisabilité d’équiper une tour IGH de châssis bois et la capacité de réponses et d’adaptation des industriels face à cette question. J’expose ainsi dans ce mémoire, le fonctionnement de l’agence ARCORA : moyens humain, organisation des études, le choix d’évolution de ce bureau d’étude pour le domaine de la façade. Puis je détaille l’état de mes travaux suivant les trois thèmes fondateurs de mon PFE : généralités des façades, conception d’une façade bois et mise en pratique via les études techniques des projets cités. Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 4 sur 67 1 GENERALITES DES FAÇADES 1B 1.1 PRESENTATION DU BUREAU D’ETUDES ARCORA 8B 1.1.1 HISTORIQUE 14B L’agence trouve ses origines en 1976, suite à la volonté de l'ingénieur Corentin Queffélec, de créer une entité de conception capable d'étudier et de développer des solutions originales et innovantes à toute sorte de problème de structure et d'enveloppes, qu'il s'agisse de bâtiments, de mécanique, d'ouvrages d'art, d'œuvres artistiques, en collaboration étroite avec les architectes. Le travail d'ARCORA est caractérisé par le dicton « Traducteur de concept architecturaux » où la complicité avec l'architecte est particulièrement recherchée pour permettre une " traduction " technique des concepts la plus fidèle possible dans le contexte défini par le client. Parmi les grandes réalisations d’ARCORA on retrouve plusieurs bâtiments prestigieux réalisés en structure métallique et structure textile à l’image du Zénith de Paris en 1985. L’agence d’ingénierie s’est ensuite orientée vers l’étude de structure métallique d’ouvrage complexes, et l’étude de l’enveloppe des bâtiments, d’abord via les membranes textiles puis s’est étendue à l’étude de toute typologie de façade. Les compétences de l'équipe se sont ainsi développées depuis la fin des années 80 vers les enveloppes de bâtiment, façades, verrières, ouvrages complexes, tout en se renforçant dans le domaine des structures métalliques de bâtiments ou d'ouvrages d'art type passerelles. En 2009, ARCORA est devenue une filiale du groupe Ingérop qui permet à l’agence d’intervenir en partenariat avec Ingérop sur de nouveaux projets. 1.1.2 DOMAINES DE COMPETENCE ET REALISATIONS 15B 1.1.2.1 STRUCTURE 41B Structures textiles ARCORA de la contraction d’ARC, CORDE, RAYON, est nommée d’après le domaine de prédilection de l’agence, les structures textiles. Avec le les Zéniths de Paris et Montpellier, la technologie a gagné ses lettres de noblesse en France dès le début des années 80. Aujourd’hui ARCORA à continuer de faire évoluer les outils informatiques de conception très particuliers (calculs de structure non linéaires aux grands déplacements), avec un logiciel expert (LISA ST) lui permettant de calculer et dimensionner toutes les structures textiles. Cette compétence est cependant réservée aux grands projets tels que les couvertures de stade, les grands halls culturels ou sportifs, etc. Durant mon stage je n’ai pas observé de projet mettant en œuvre cette technologie. Les grands projets de structures textiles ont surtout été réalisés dans les premiers temps d’ARCORA. Structures métalliques Prolongement du travail de structure engagé avec les structures textiles qui nécessitent des ossatures légères et réticulées, ARCORA a conçue de nombreuses structures métalliques de grande portée au caractère spécifique : Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 5 sur 67 grands hangars, halles sportives, stades, gares et aérogares, passerelles. La structure représente l’essentiel des ouvrages réalisés par l’agence et calculés par la cellule structure. 1.1.3 ENVELOPPE 16B Façades rideaux et façades spéciales Dès 1986, ARCORA a développé ses compétences spontanément de la structure vers la peau du bâtiment, en proposant une conception holistique structure / enveloppe. La façade s'est elle-même enrichie de multiples fonctions jusqu'à celle de régulateur énergétique telle une véritable " peau " augmentant considérablement sa technicité et son caractère innovant. Afin d'appréhender de façon scientifique le comportement du complexe de façade et satisfaire aux exigences du développement durable, que ce soit pour des ouvrages simples ou complexes tels que les immeubles de grande hauteur (IGH ou ITGH), ARCORA a créé une cellule d’étude thermique de la façade AIC « ARCORA Intégral Concept », dotée des logiciels permettant de modéliser les aspects thermiques et les apports de lumière naturelle, et de dialoguer efficacement avec l'architecte et le thermicien du bâtiment en phase de conception. Verrières La structure et l'enveloppe d'une verrière sont indissociables et doivent être conçues par une même entité d'ingénierie tant les interfaces entre les deux corps d'état sont importants. Les verrières permettent à la double compétence " structure + enveloppe " de s'exercer pleinement et avec bonheur auprès des architectes qui visent toujours plus de transparence à travers une structure toujours plus légère et discrète. ARCORA a développé des techniques de structure haubanée, structure sous-tendue, verre structurel, assemblées par des pièces mécaniques spécifiques. L'évolution architecturale vers des bâtiments de forme complexe introduit les notions de verrière horizontale, inclinée ou verticale de forme simple ou complexe. 1.1.4 ORGANISATION DE L’AGENCE 17B 1.1.4.1 EQUIPE 42B L’agence est organisée en pôles de compétence qui reflètent la philosophie et l’histoire de la société. Elle compte une trentaine de personnes, projeteurs et dessinateurs, ingénieurs d’études thermiques et structure, et chefs de projets. Ainsi j’ai pu côtoyer pendant mon stage l’ensemble de l’équipe ARCORA. - Vincent Moraël, directeur - Antoine Maufray, directeur adjoint, directeur de la conception - Jean-Pierre Cœur, directeur adjoint, directeur technique - Emmanuel Viglino, directeur technique - Elodie Bigot, responsable administrative - Emmanuelle Valette, assistante Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 6 sur 67 Figure 1- Equipe 2011 ARCORA U - Guillaume Theillaud, ingénieur, chef de projet - Jean-Pierre Conqui, architecte, chef de projet - Denis Fréhel, ingénieur, chef de projet - Philippe Ardisson, ingénieur-architecte, assistant chef de projet - Florent Cappoen, ingénieur-architecte, assistant chef de projet - Yon Chau, ingénieur-architecte, assistant chef de projet - Romain Stieltjes, ingénieur, assistant chef de projet - Alain Moulin, assistant chef de projet - Franck Mazières, assistant chef de projet - Maria Carbonell, ingénieur-architecte, assistant chef de projet - Valère Paupelin-Huchard, ingénieur-architecte, assistant chef de projet - Rida Mazoir, ingénieur, chef de projet - Florin Petruscu, ingénieur structure - Pierre Guérold, ingénieur structure - Denis Ouvrard, ingénieur structure - Stéphane Buzzi, projeteur - Frédéric Petitjean, projeteur - Chiemprasith Phiatep, projeteur - Frédéric Peter, architecte, projeteur - Anna Taddeo, architecte, projeteuse - Boubakeur Bouassida, projeteur - Wan Lim Seung, architecte, projeteur Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 7 sur 67 1.1.4.2 GESTION DES EQUIPES DE PROJET 43B Constitution des équipes de travail Une équipe regroupant une personne de chaque pôle est constituée pour chaque nouveau projet. Les équipes sont définies par la direction en fonction de la charge de travail de chacun, de leurs expériences ou nouveaux intérêts. Une équipe projet rassemble toujours un chef de projet, un assistant chef de projet, un dessinateur et un ingénieur structure référent. Ainsi j’ai pu remarquer que les équipes sont à chaque fois différente, tous les collaborateurs ARCORA ont travaillé ensemble. D’une manière générale les projets structure sont plutôt suivis par Jean-Pierre Cœur et Emmanuel Viglino qui possèdent la plus grande expérience dans ce domaine. Organisation de la production Chaque lundi matin, la réunion hebdomadaire rassemblant l’ensemble des collaborateurs ARCORA fait état du planning de production pour la semaine à venir. Les équipes présentent les états d’avancement de chaque affaire et les problématiques particulières auxquelles ils sont confrontés. Chaque membre de l’équipe travaille en parallèle sur 3 à 4 projets pour les assistants chefs de projet et dessinateurs. Le planning fait état de l’ensemble de la production ARCORA, candidatures en cours, phases d’étude, affaires en chantier. 1.1.5 MON INTEGRATION DANS L’EQUIPE 18B ARCORA organise ses équipes suivant une méthode de travail transversale : chaque chef de projet et assistant chef de projet gère l’ensemble des problématiques d’un projet de la passation de marché à son achèvement même s’il ne détient pas toujours l’ensemble des savoirs en jeu. Ainsi ARCORA propose la création d’une fonction « référent » par sujet (bois, étanchéité, bardage…) à chacun de ses ingénieurs ou projeteurs afin de synthétiser les points singuliers et les évolutions d’un domaine. Ainsi j’ai été affectée au bois, et un de mes objectifs de stage est donc la création d’une synthèse et d’outils permettant à l’ensemble de l’équipe de se forger une culture des procédés bois appliqués aux façades, et d’obtenir des éléments de projet tels la définition des performances thermiques d’une ossature bois par rapport à une solution aluminium. J’effectue ce travail avec une première recherche bibliographique spécifique au matériau, la rencontre d’entreprises bois œuvrant dans le domaine de la façade. Puis j’enrichis ce premier travail avec l’étude d’une solution bois sur des projets développés au sein du bureau. L’objectif est alors double, me permettre l’apprentissage du métier d’ingénieur en bureau d’études et la confrontation de mes synthèses théoriques aux besoins et contextes réels de projet. Les deux projets actuels mettant en œuvre du bois en façade sont: - Le projet ZAC BEDIER. Il me permet de suivre une affaire en phase APS et APD sur l’ensemble de mon PFE. L’objectif ici est l’apprentissage des études générales propres à la réalisation de toute façade. - Le projet de la Tour ALTO. Il confronte la solution bois et la réglementation incendie des immeubles de grande hauteur, et me permet principalement d’alimenter mon travail concernant le matériau bois et ses propriétés vis-à-vis du comportement au feu. Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 8 sur 67 1.2 CONCEPTION DES FAÇADES 9B 1.2.1 TYPOLOGIES DE LA FAÇADE 19B « La façade constitue la couche de séparation et de filtration entre l’extérieur et l’intérieur, entre la nature et les locaux habitables par l’Homme. […][C’est la] création d’un cloisonnement efficace de l’espace vis à vis de l’extérieur. Ces fonctions sont complétées par diverses autres exigences : lumière à l’intérieur, échange suffisant de l’air, relations visuelles avec l’extérieur avec, dans le même temps, délimitation de la sphère privée de l’espace public, etc. […] De cette manière la fonction de protection de la façade est complétée par des fonctions de régulation et de réglage suivant les conditions extérieures imposées par le site et les exigences posées par les usagers. »i Cette citation pose l’ensemble des enjeux auxquels doit répondre toute façade, à l’intersection de plusieurs champs d’expertises : expression architecturale, nécessité structurelle, besoin de confort thermique et acoustique. Chacun de ces paramètres sont d’égale importance, l’étude de la façade requiert leur calibrage et définition précise. Les préoccupations actuelles concernant les performances énergétiques du bâtiment reportent le débat sur la performance des façades et de leurs technologies : typologies de façades, dispositions constructives, équipements complémentaires à l’exemple de l’occultation automatique de celles-ci. On recense ainsi plusieurs typologies de façade, cataloguées suivant les fonctions remplies. On distingue d’abord la façade porteuse, où la fonction structurelle est première. On parlera alors de façade de type « châssis » où le ratio de parties opaques sur parties vitrées est élevé, de la même manière, on parlera de façade légère lorsque la façade n’assume aucun rôle structurel pour l’ensemble du bâtiment. Dans la catégorie des façades légères, on distingue la technique du mur rideau où les parties vitrées prédominent, des façades de type châssis dont l’expression architecturale se rapproche plus de la typologie châssis sur voile percé. Les principales typologies étudiées par ARCORA sont des façades légères suivant la technique du mur rideau posé sur « grille » ou monté en « bloc ». Les façades sont dites courantes, respirantes, ventilées ou à double peau suivant la composition de la façade. Ces termes complètent la première définition de la typologie structurelle énoncée. Chaque terme renseigne à priori sur l’esthétique de la façade, ses performances thermiques et son mode de réalisation, une fois que l’on se trouve familiarisé au sujet de la façade. A chaque nouvelle conception, deux catégories de critères sont à étudier : la thermique de la façade avec la mesure des déperditions thermiques, des apports solaires, de la quantité et qualité de l’éclairage naturel, et la structure de la façade : schéma structurel, dimensionnement, procédés constructifs et sécurité incendie. Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 9 sur 67 Figure 2 - Ensemble des typologies de façade-ARCORA U Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 10 sur 67 1.2.2 TYPOLOGIES DES FAÇADES DOUBLE-PEAU 20B La façade double peau constitue une typologie particulière constituée d’une paroi extérieure entièrement vitrée et d’une paroi intérieure souvent plus massive, alternance de parties opaques et vitrées capables d’accumuler la chaleur. Elle met en jeu l’ensemble des savoir-faire de la façade, esthétique des peaux, détails d’accroche des peaux, performance énergétique. La façade peut suivre les deux modes de réalisation principaux : technique de l’ossature grille ou du bloc. C’est une des typologies récurrentes étudiées chez ARCORA, c’est pourquoi seules les façades double-peau de type grille ou bloc seront présentées dans ce mémoire. La façade double-peau applique le principe de l’effet de serre et apparait comme un artifice régulateur entre les ambiances intérieures et extérieures. On distinguera alors la façade fortement ventilée qui se rapprochera de l’ambiance extérieure, de la façade respirante où les températures et hygrométries de la lame d’air peuvent être très élevées. - Arguments esthétiques 35B Transparence, image high-tech, abstraction de la façade avec l’absence des repères conventionnels: allèges, fenêtre, linteau. - Arguments acoustiques 36B Possibilité de réaliser une ventilation naturelle (ouvrants de confort), tout en se protégeant du bruit extérieur grâce à la première peau vitrée. - Stratégie du chaud 37B Espace tampon Récupération de l’air chaud de la double-peau (possible) Diminution de l’effet de paroi froide Diminution des pertes par infiltration - Stratégie du froid 38B Protection solaire extérieure Amélioration de la ventilation naturelle grâce à l’effet de tirage Possibilité plus fréquente d’utiliser la ventilation nocturne Stratégie de l’éclairage naturel Diminution des apports internes et des consommations électriques Augmentation du confort visuel (attention aux surchauffes et éblouissement) - Inconvénients 39B Surcoûts dus à la réalisation d’une peau supplémentaire Gestion des ambiances thermiques et hygrométriques à l’intérieur de la double peau qui influent sur la durabilité des éléments constituants la façade. Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 11 sur 67 1.2.2.1 FACADE BLOC: DOUBLE-PEAU VENTILEE 4B Figure 3 - Coupe verticale bloc double peau ventilé – ARCORA U Avantages - Faible épaisseur de la paroi - Esthétique - Meilleures performances thermiques et énergétiques - Maîtrise de l’ensemble des détails constructifs (préfabrication) - Rapidité de montage sur chantier - Façade réalisée en un seul lot Inconvénients - Faisabilité de l’entretien de la double peau Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 12 sur 67 1.2.2.2 FAÇADE GRILLE DOUBLE-PEAU FORTEMENT VENTILEE 45B Figure 4 - Coupe verticale double peau ventilée – Châssis + grille – ARCORA U Avantages - Esthétique - Performances thermiques et énergétiques meilleures - Mise en œuvre de la façade en deux temps - Entretien/Maintenance plus aisés Inconvénients - Epaisseur importante - Deux typologies de peau - Exécution sur chantier moins rapide - Multiplication des lots opérants sur la façade Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 13 sur 67 1.2.3 FACADES ET FILIERES CONSTRUCTIVES 21B Façades traditionnelles légères : Aluminium Le choix d’un matériau de construction demande de connaître la filière constructive associée, de la production de la matière première, à la réalisation du produit fini et sa mise en œuvre. Par exemple, toute façade de bâtiment tertiaire est traditionnellement réalisée en aluminium, c’est la filière la plus courante dans ce domaine. L’aluminium se prête bien à cet usage en façades légères. Il présente une bonne tenue mécanique avec des profilés fins, épaisseur de tôle courante de 2 mm, pour reprendre les efforts appliqués à la façade. On recense aussi plusieurs dispositifs de façade en acier lorsque la fonction structurelle de celle-ci devient plus importante. Usinabilité Le matériau est surtout malléable, il présente une liberté de forme intéressante et une grande facilité de façonnage grâce aux procédés d’usinage des profilés via l’extrusion. La réalisation de cintrage et d’arêtes vives est possible avec l’aluminium contrairement à l’acier plus difficile à façonner sur-mesure. La réalisation de profilés sur-mesure est la raison principale de son emploi. Les tolérances dimensionnelles de l’aluminium sont très performantes par rapport aux besoins du bâtiment (1/10 de millimètre). Dominance de la filière aluminium La filière constructive aluminium est donc première dans le domaine de la façade avec les groupes d’entreprises comme Rhinaldi Structal®, Ouest Alu® ou encore Schmidlin® en Suisse. Les capacités de production de ces grandes entreprises sont très importantes, ce qui leur permet de répondre à des appels d’offre de plusieurs milliers de m² de façade : 5000 m² à 25 000 m² de façade (Tour Descartes, La Défense). La filière aluminium appliquée à la façade apparaît comme très organisée. Défauts de l’aluminium : performances thermiques et énergétiques Toutefois, l’aluminium demande une technicité particulière dans la fabrication de ses profilés de façade, dans la mesure où le matériau est très conducteur. Une série de rupteurs de ponts thermiques, via des barrettes polyamide (PA66) doivent être mise en œuvre à toute interface intérieur-extérieur. Ainsi l’analyse du cycle de vie du matériau et son bilan carbone pénalise l’aluminium vis-à-vis des projets à portée environnementale Ces défauts interrogent sur les possibilités de substitution de ce matériau afin de mieux maîtriser les performances thermiques et énergétiques des façades. Les considérations environnementales visant à intégrer des éléments bois en façade résultent de ces premiers constats. Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 14 sur 67 1.2.4 ETUDES TECHNIQUES DE LA FAÇADE 2B 1.2.4.1 SCHEMA STRUCTUREL DE LA FAÇADE 46B Normes DTU 33.1, Façades rideaux Partie 1-1 : Cahier des clauses techniques types, Mai 2008, 63 pages. DTU 33.1, Façades rideaux Partie 1-2 : Critères généraux de choix des matériaux, Mai 2008, 25 pages. L’étude se limite au cas des façades légères qui ne participent aucunement à la stabilité d’ensemble du bâtiment. On distingue trois grands schémas structurels pour la réalisation de façade : - la façade rideau : façade légère constituée d’une ou plusieurs parois situées entièrement en nez de plancher. - la façade semi-rideau : façade légère dont la peau extérieure est située en avant du nez de plancher et dont la paroi intérieure est insérée entre deux planchers consécutifs. - la façade panneau : façade légère entièrement insérée entre les planchers. Ces choix impliquent immédiatement le mode constructif, pose en un temps (bloc) ou pose en deux temps (ossature secondaire + parties vitrées). Par exemple, le choix d’un schéma structurel d’étage à étage permet la préfabrication de pans de façade en atelier, technologie du bloc, alors que les précédentes autorisent un système constructif de type ossature grille avec pose de la façade en plusieurs temps. Figure 5 – Schéma des systèmes de façades, rideau, semi-rideau, panneau U Suivant les schémas d’accroche d’une façade rideau celle-ci pourra être suspendue, en enfilade (descente des charges jusqu’en pied de façade) ou porteuse d’étage à étage. Les liaisons avec la structure primaire du bâtiment devront permettre l’attache et la dilatation de l’ossature secondaire ainsi que le réglage de la verticalité de la façade. Les schémas statiques courants d’accroche sont récapitulés ci-dessous. L’expérience montre qu’un jeu de +- 1mm / ml de montant aluminium doit être ménagé pour intégrer la dilatation thermique de la façade au niveau des assemblages. Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 15 sur 67 Figure 6 - Schémas statiques de liaison façade-structure primaire - MEMENTO Enveloppe du bâtiment U 1.2.4.2 RESISTANCE MECANIQUE 47B Les façades légères sont dimensionnées sous critère de charges climatiques vent et neige (lorsque la façade est inclinée). Le DTU 33 précise les hypothèses de définition des charges suivant le cas de figure étudié. Le concepteur utilisera - EN 1991-1-3, Eurocode 1 : Actions de la neige sur les structures, Novembre 2005 - EN 1991-1-4, Eurocode 1 : Actions du vent sur les structures, Novembre 2005 Parties vitrées - DTU 39.4, Travaux de vitrerie miroiterie, Partie 4 : Mémento calculs pour le dimensionnement des vitrages, Octobre 2006, 40 pages. - Cahier CSTB 3488, Vitrages extérieurs collés – Cahier des prescriptions techniques, Novembre 2003, 44 pages. - Cahier CSTB 3242, Conditions climatiques à considérer pour le calcul des températures maximales et minimales des vitrages, Juillet-Aout 2000, 16 pages. Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 16 sur 67 Le dimensionnement des parties vitrées s’effectue suivant le corpus constitué par le DTU 39 partie 3 et 4 afin de vérifier les critères de non casse thermique des vitrages et le dimensionnement de leur épaisseur (critère de flèche et de contrainte admissible). Ossature secondaire Conception de l’ossature secondaire sera effectuée suivant les règles en vigueur pour chaque matériau (aluminium, acier, bois). Liaison des parties vitrées à l’ossature secondaire de la façade Eléments premiers conditionnant l’esthétique de la façade sont les dispositifs de liaisons des parties vitrées sur les éléments d’ossature secondaire pour les façades rideau largement vitrées. On retrouve les procédés de collage VEC (Verre extérieur collé) où seul un cordon de mastic silicone assure la transmission des efforts du verre sur l’ossature de façade. Le collage VEC ne peut être réalisé que sur des surfaces normalisées aluminium ou acier. Les liaisons VEP (Verre extérieur Pareclosé) ou encore les dispositifs de capots serreurs assurent une prise en feuillure des verres. Plus singuliers, les dispositifs d’accroche VEA (Verre extérieur Accroché) découlent d’une recherche esthétique particulière. Figure 7 - Exemples de dispositifs de liaison VEC (à g.) VEP (à d.) extraits catalogue WICONA U 1.2.4.3 PERFORMANCES THERMIQUES 48B - NF EN 10077-2, Performances thermiques des fenêtres, portes et fermetures, Juin 2004 - NF EN 13947, Performances thermiques des façades légères, Calcul du coefficient de transmission thermique Août 2008 Un certain nombre d’indicateurs qualifient la performance des façades et sont le support de discussions premières avec les entreprises, la maîtrise d’œuvre de conception et la maîtrise d’ouvrage. Ainsi on parle de « Ucw », coefficient de transmission surfacique en W/(m².K), pour qualifier les déperditions thermiques d’un façade rideau (curtain-wall).L’Ucw est décomposé en « Uf », « Ug », « Up » pour qualifier chacun de ses Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 17 sur 67 composants, respectivement la structure porteuse, les parties vitrées, et les parties opaques. Le « Uf » ( frame) qualifie les déperditions via les éléments structurels, par conséquence c’est un indicateur important pour optimiser la conception de la façade ( géométrie de la structure, trame constructive ). Ces indicateurs sont définis par les normes en vigueur RT 2012 pour les bâtiments tertiaires, et des objectifs de performances via les labels HQE, BBC, voire BEPOS. Par exemple en ce qui concerne le référentiel HQE les cibles s’appliquant à la façade sont les cibles 4, 8, 9 et 10 : Gestion de l’énergie, Confort hygrothermique, Confort acoustique, Confort visuel. 1.2.4.4 ETANCHEITE A L’AIR, A L’EAU ET A LA VAPEUR 49B NF EN 12152, Façades rideaux, Perméabilité à l’air, exigences de performances et classification, Mai 2002. NF EN 12207, Fenêtres et Portes, Permébilité à l’air – Classification, Mai 2000. Première fonction protectrice de toute façade, l’étanchéité à l’air doit être garantie et mesurée via différents tests, à l’exemple des AEVii pour tous les éléments de menuiseries, et le test du blower-door pour l’étnachéité globale du bâtiment. Thèmes banals mais essentiels, ils sont parfois difficiles à maîtriser lors des phases d’exécution. En effet le mauvais positionnement d’un joint peut fortement pénaliser toute une conception dite performante thermiquement. Ces deux tests sont menés en appliquant une différence de pression de 50 à 150 Pa entre l’environnement intérieur et extérieur, puis interpolé afin de définir le débit de fuite normalisé sous 4Pa. L’étanchéité à l’air et à l’eau est réalisé par les garnitures d’étanchéité (joints EPDM, silicone). La structure de l’élément de façade n’impacte que très peu ce critère. 1.2.4.5 MAITRISE DE L’AMBIANCE INTERIEURE 50B Les critères d’apports solaires, de facteur lumière jour, provenant de la qualité des vitrages (spectrophotométrie) sont aussi détaillés de manière précise pour la prescription des caractéristiques énergétiques souhaitées des façades. Un des grands outils de référence dans ce domaine et le Mémento Verre de Saint-Gobain ou d’autres fabricants verriers. L’ensemble de ces « données façade » constitue les données d’entrée des études énergétiques globales du bâtiment via les modélisations STD (Simulation Thermique Dynamique), réalisées par les Bureaux d’Etude HQE ou Fluides. D’une manière générale, le ratio de clair de vitrage (ratio des parties vitrées / surface de façade) tend à être le plus important possible pour améliorer les qualités d’éclairage naturel des locaux par exemple, donc à minimiser les épaisseurs des éléments structuraux. 1.2.4.6 COMPORTEMENT AU FEU 51B Enjeu important pour la conception de l’ossature secondaire est le critère de sécurité au feu, concernant la stabilité structurelle de la façade et l’évaluation de son potentiel calorifique. La réglementation incendie des façades varie suivant les catégories de bâtiment. D’une manière générale, les façades sont soumises à l’Instruction Technique relative aux façades N° 249, arrêté 24 Mai 2010, qui qualifie les notions de C+D et de masse combustible mobilisable (MCM). Le C+D est définit par le linéaire de façade pare-flamme ½ heure pour un Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 18 sur 67 feu extérieur. Ce paramètre vise à empêcher la propagation du feu d’un étage à l’autre. Ce dernier critère est particulièrement important lors de la conception de façade en IGHiii ou pour certaine catégorie d’ ERPiv car la masse combustible de la façade est limitée à une certaine valeur lorsqu’un C+Dv est dû. Tous les potentiels calorifiques des matériaux dits inflammables sont recensés et sommés : tout joint EPDMvi ou silicone formant l’étanchéité à l’eau entre le montant et le vitrage participe au potentiel calorifique de la façade. Ce critère peut donc s’avérer fortement pénalisant pour la conception de certaine typologie de façade : à l’exemple des façades double peau épaisse où la lame d’air ventilée ne doit pas créer d’effet cheminée en cas d’incendie, ou des façades à structure bois pénalisante vis-à-vis du critère de la masse combustible mobilisable. 1.2.4.7 ISOLATION ACOUSTIQUE 52B NF EN 12354-3, Acoustique du bâtiment, Calcul de la performance acoustique des bâtiments à partir de la performance des éléments – Partie 3, Isolement aux bruits aériens venus de l’extérieur, Juin 2000, 27 pages. Les façades doivent un affaiblissement acoustique par rapport aux bruits aériens extérieurs principalement (les façades rideaux présentent peu de transmissions latérales). L’isolement acoustique dépend de la catégorie du bâtiment et de la catégorie des voies extérieures le jouxtant. Par exemple, une façade de bureaux donnant sur une voie de trafic devra présenter au minimum un isolement acoustique aux bruits aériens extérieures de Dn A,tr de 37 dBA. On parlera principalement du coefficient d’isolement acoustique pondéré des façades par rapport au bruit routier, noté DnT,A,tr, et d’affaiblissement acoustique Rw( C,Ctr) d’un produit aux bruits aériens et aux bruit aériens routiers. Le verre feuilleté grâce à son intercalaire en PVB formant ressort constitue la plus grande part de l’affaiblissement acoustique d’une façade. Les critères de calcul des affaiblissements acoustiques sont définis par la norme ci-dessus, ainsi que les procès-verbaux qualifiant les menuiseries et profilés de la façade. Les éléments de structure représentent les points faibles acoustiques des façades (points de discontinuité de l’enveloppe) le critère de masse de l’ossature, du dispositif d’accroche du verre au profilé, et la fréquence propre du matériau d’ossature renseignent sur la performance acoustique de cette dernière. 1.2.4.8 VIELLISSEMENT/ENTRETIEN 53B L’entretien et maintenance des façades fait partie intégrante des études de la façade et de la rédaction du CCTP Façadesvii. Les exigences sont prescrites par le DTU 33-1, Partie 1 et 2. 1.2.4.9 COUTS 54B Chaque coût est étudié séparément vis-à-vis de l’équipement de la façade conçue (dispositifs d’accroche, qualité du vitrage, matériau d’ossature). L’ordre de grandeur de coût moyen des projets d’ARCORA est d’environ 600 à 700 €/m² pour une façade de base jusqu’à 1000-1200€/ m² pour des façades haute-gamme. Ordre de grandeur aluminium : 550 € / m², façade capot serreur en base Ordre de grandeur bois : 600 €/ m², façade capot serreur en base. Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 19 sur 67 2 CONCEPTION D’UNE FAÇADE BOIS 2B 2.1 CONNAISSANCE DU MATERIAU BOIS 10B Ce temps de recherche a permis de dresser un premier bilan de la filière bois en France, de soulever les enjeux d’une conception bois, et de connaître le cadre normatif français qui régit ce matériau. Je présente dans cette partie, la connaissance première du matériau bois, via l’élaboration d’un classement des essences de bois focalisé sur les essences européennes dites métropolitaines en explicitant les critères permettant de les comparer. Trois grands thèmes émergent pour valider toute conception de façade bois : connaissance de la filière bois, préservation et durabilité du bois, comportement au feu. La connaissance du bois s’accompagne de la maîtrise de tout un vocabulaire définissant chaque critère d’évaluation du matériau. Effectivement le bois est un matériau organique où par définition chaque pièce de bois est unique. L’élaboration d’un ensemble de critère et vocable est impérative pour apprécier les qualités de chacune de ces pièces et pouvoir les comparer. Le bois est donc d’abord inventorié suivant ses propriétés biologiques via un classement des essences. Ensuite ce premier classement permet d’affilier les bois à une catégorie d’usage, bois de construction, bois d’ameublement, ou encore un ensemble de normes et de critères de qualité sont définis. Cette partie s’intéresse uniquement au bois de construction, bois massif ou matériaux dérivés du bois très présents dans la filière constructive bois. 2.1.1 EXTRAITS CADRE REGLEMENTAIRE 23B Caractéristiques biologiques N 113/A1, Produits de préservation du bois - Méthode d'essai pour déterminer l'efficacité protectrice vis-à-vis des champignons basidiomycètes lignivores - Détermination du seuil d'efficacité, Août 2004 NF B 51-006, Bois - Détermination du retrait, Sept.1985 Cadre règlementaire durabilité NF EN 350-1, Durabilité du bois et des matériaux dérivés du bois - Durabilité naturelle du bois massif - Partie 1 : guide des principes d'essai et de classification de la durabilité naturelle du bois. NF EN 335-2, Classe d’emploi des bois, janvier 2007 Cadre règlementaire bois de structure NF EN 14081-1+A1, Bois de structure à section rectangulaire classé pour sa résistance, Avril 2011, 32 pages NF EN 14081-2, Bois de structure à section rectangulaire classé selon la résistance, Juillet 2010, 21 pages NF EN 338, Bois de structure – Classes de résistance, Septembre 2003, 8 pages NF EN 384 – Bois de structure – Détermination des valeurs caractéristiques des propriétés physiques et mécaniques. Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 20 sur 67 NF B 52-01, Classement visuel pour l’emploi en structures des bois sciés français résineux et feuillus, Mars 2007, 17 pages NF, EN 1995-1-1, Eurocode 5, Conception et calcul des structures en bois, Partie 1-1 : Généralités, Règles communes et règles pour les bâtiments, Novembre 2005, 127 pages. NF P 21-400, Bois de structure et produits à base de bois, Classe de résistance et contraintes admissibles associées, Mai 2003, 14 pages. Cadre réglementaire résistance au feu DTU BP 92-703, Règles bois-feu 88, Méthode de justification par le calcul de la résistance au feu des structures en bois. EUROCODE 5, Partie 1.2 : calcul des structures au feu, 2000 DUPONCHEL, X. DHIMA, D. Guide Eurocode - Action du feu sur les murs et planchers bois, d’après l’Eurocode 5, CSTB, 2009, 100 pages. 2.1.2 PROPRIETES PHYSIQUES DU BOIS 24B La densité et la dureté Une corrélation étroite existe entre la masse volumique et la dureté (tableau 2) : les bois les plus denses sont les plus durs et les bois les plus légers sont les plus tendres. L’échelle de dureté des bois est exprimée en indice de Chalais Meudon. Classes de densité et de Densité Dureté Essences dureté Bois très lourds et très durs 0,85 9(Chalais-Meudon) Azobé, Bois lourds et durs 0,70 - 5-9 Charme, movingui, chêne dur Bois mi-lourds et mi-durs 0,85 0,56 2,5 - 5 Châtaigner, chêne tendre, pins Bois légers et tendres 0,70 0,45 1,25 - 2,5 douglas, épicéa, sapin, pins Bois très légers et très tendres 0,55 0,45 1,25 Western red cedar, séquoia, peuplier Tableau 1 Critère de densité-dureté NF B 51-013 U L’humidité du bois Point de saturation des fibres : PFS Le Point de Saturation des Fibres correspond au taux d’humidité du bois saturé en eau liée, taux en dessous duquel le bois va commencer à sécher en se contractant. D’une manière générale le PSF varie de 20% à 40 % en fonction des essences. La plupart du temps on trouve une valeur moyenne d’environ 30%. Toute pièce de bois connaît des phénomènes de retraits linéaires qui peuvent fortement modifier le comportement du bois. Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 21 sur 67 Phénomènes de retraits: retrait radial et tangentiel Le retrait tangentiel total, et le retrait radial total sont habituellement déterminés pour qualifier le comportement du bois lors du séchage ou des variations d’humidité. Dans les deux cas ils sont déterminés par les variations dimensionnelles entre l’état anhydre (Do) et l’état saturé (Ds)... On note R = [(Ds –Do)/Ds] * 100, avec Rt = retrait tangentiel et Rr = retrait radial. Rt < 6,5 % Rr < 3,8 % 6,5 % < Rt < 10 % 3,8 % < Rr < 6,5 % Rt > 10 % Rr > 6,5 % retrait faible retrait moyen retrait fort Tableau 2 Indicateurs des classes de retraits-CNDB U La durabilité naturelle Le bois, matériau organique est sensible aux agents biologiques, insectes xylophages et champignons. Un désordre courant est le bleuissement causé par une attaque fongicide, qui peut causer la ruine du matériau. Ainsi leur sensibilité ou durabilité naturelle est évaluée comme l’indique le tableau de classement des essences. Classe d’imprégnabilité Directement lié à la notion d’absorption de l’humidité par le bois, le critère d’imprégnabilité renseigne sur la possibilité de traiter le bois en imprégnant celui-ci de produits (solvants ou produits solubles dans l’eau). Ces traitements très courants ont pour but d’améliorer la durabilité naturelle des bois ou encore leur réaction au feu via des traitements d’ignifugation. Les essences de bois sont ainsi classées de non imprégnable à très imprégnable pour qualifier cette propriété biologique. Classement d’aspect Pour l’ensemble de l’utilisation du bois (hors emploi en structure) il convient d’effectuer un choix d’aspect sur une échelle décroissante de 0 à 5 : le choix 0 étant le meilleur. Les différents choix inventorient les critères visuels auxquels doivent répondre les éléments de bois sciés. Ce classement s’effectue sur un élément témoin (rectangle de surface 1.00*0.10 m). En particulier, la présence et dimension des nœuds, fentes et poches de résines, gerces de séchage, flaches, altérations biologiques. Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 22 sur 67 Classes d'emploi / Classes de risques Le premier choix de conception a effectué lorsque l’on emploie le bois comme matériau de construction est de définir sa classe d’usage. Cela renseigne sur les conditions extérieures dans lesquelles le bois sera immergé et donc les potentiels risques encourus vis-à-vis de l’humidité et des désordres biologiques. Ainsi on pourra choisir l’essence de bois qui convient le mieux grâce aux critères d’évaluation énoncés ci-dessus afin d’utiliser un matériau le plus naturel possible ou de décider d’éventuels traitements préventifs : traitement de préservation ou d’ignifugation. Classes 1 Situation en service Exemples d'emplois Bois sec, humidité Menuiseries intérieures toujours inférieure à 20 % à l'abri de l'humidité : Risques Zone sensible 2 mm parquets, escaliers biologiques Insectes, termites, dans les régions infestées intérieurs, portes ... 2 Bois sec mais dont l'humidité peut Charpente, ossatures correctement 2 mm insecteschampignon occasionnellement dépasser 20 % ventilées s de surfacetermites, en service dans les régions infestées 3 4 Bois à une humidité Toutes pièces de construction ou Toute la partie pourriture fréquemment supérieure à 20 % menuiseries extérieures verticales humidifiable insectes soumises à la pluie : bardages, de la zone termites, dans les fenêtres Pièces abritées mais en non durable régions infestées atmosphère condensante naturellement Bois à une humidité Bois horizontaux en extérieur Zone non durable Pourriture, insectes toujours supérieure (balcons, coursives ...) et bois en naturellement y compris termites à 20 % contact avec le sol ou une source Zone non durable Pourriture, insectes, naturellement marins d'humidification prolongée ou permanente 5 Bois en contact permanent avec l'eau de Piliers, pontons, bois immergés mer Tableau 3 – Définition des classes d’emploi du bois (NF EN 335-2) U 2.1.3 PROPRIETES MECANIQUES DU BOIS 25B Les propriétés mécaniques des bois sont dissociées des critères d’évaluation permettant la classification des essences. Le classement de structure est spécifique pour chaque famille d’essence : résineux, feuillus et par extension lamellé-collé. Celui-ci est déterminé suite à un premier classement visuel de chaque pièce de bois débitées, technique ancestrale, suivi d’un classement machine en flexion non destructif qui mesure précisément les résistances mécaniques de la pièce de bois. Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 23 sur 67 Tableau 4- Classification des essences Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 24 sur 67 Noms Propriétés physiques Provenance Aspect Qualité Phénomènes de retrait PSF Durabilité Naturelle Masse volumique bois sec ( 15%) g/cm3 % coeff retrait volumique retrait radial (%) retrait tangentiel (%) 0,5 à 0,65 27 0,46 4,7 6,9 0,4 à 0,5 33 0,39 3,9 8,2 Impregnabilité Commentaires R. Feu peu imprégnable Principal bois de construction en Europe, M3 peu à non imprégnable peu imprégnable bois fissile au clouage M4-M3 moyennement imprégnable moyennement imprégnable M4-M3 non imprégnable peu imprégnable M2 Insectes (Capricorne, Vrillette, Termite) Classe d'emploi (à priori) Duramen Aubier moyennement à faiblement durable sensible 3 ( hors contact du sol) non imprégnable faiblement durable sensible 1 ( à l'int.) Champignons lignivores Essences métropolitaines - Résineux Douglas Cote Pacifique Amerique du N. élevé en Europe Epicéa Sapin blanc du Nord Jura, Vosges Alpes du Nord Scandinavie, Russie, Europe Est Sapin blanc du Nord Hétérogène cœur brun rougeâtre aubier large et jaunâtre Hétérogène cœur blanc ou rose aubier non distinct poches de résine fréquentes Vosges, Jura Hétérogène Alpes, Pyrennées, Massif central blanc - rougeâtre Normandie non résineux Mélèze Savoie Hautes-Alpes Hétérogène cœur rouge brunâtre Pin Maritime Landes, Gironde Sud-Est France Hétérogène cœur rougâtre aubier important et Pin Sylvestre Sapin rouge du Nord (importé) Vosges Alpes Massif Central Scandinavie, Russie Corse Autriche Hétérogène cœur rougeâtre aubier large et jaunâtre peu résineux Hétérogène cœur brun assez résineux aubier important et pâle Pin noir et Laricio Western Red Cedar (thuya géant) Cote Pacifique Amerique du N. jaune à brun aubier pâle et étroit Mi dur, peu nerveux retrait moyen à fort duramen durable tendre et léger retrait total moyen à fort peu durable tendre et léger peu nerveux retrait total faible peu durable assez tendre, mi-lourd très nerveux retrait moyen très durable dur et lourd relativement nerveux retrait moyen assez durable mi-dur, mi-lourd relativement nerveux duramen assez durable mi-dur assez nerveux retrait moyen duramen durable tendre et léger assez nerveux retrait faible duramen très durable 0,6 26 0,48 4,2 8,2 moyennement à faiblement durable durable insectes bois sensible termites 0,5 à 0,7 32 0,45 4,5 9 moyennement à faiblement durable durable insectes bois sensible termites non imprégnable imprégnable 0,5 - 0,6 30 0,45 5,2 8,3 moyennement à faiblement durable durable insectes bois sensible termites peu à non imprégnable imprégnable M3 faiblement durable sensible peu imprégnable imprégnable M4-M3 0,6 - 0,8 3 ( hors contact du sol) bois de construction important M3 0,3 - 0,35 24 0,29 2,2 5,5 durable durable insectes bois sensible termites 3 ( hors contact du sol) peu à non imprégnable M3 0,6 - 0,8 31 0,44 4,5 9,7 durable durable moy. Durable termites 3 ( hors contact du sol) non imprégnable peu imprégnable 0,55 - 0,75 30 0,42 4,2 6,9 durable durable moy. Durable termites 3 ( hors contact du sol) non imprégnable très imprégnable menuiseries int et ext. modéremment sollicitées M2- M3 0,19 0,22 0,38 - 0,44 sensible sensible très imprégnable très imprégnable menuiseries intérieures moy. à fortement sollicitéesM2- M3 imprégnable charpente légère, bardage si traitement thermique M4 Essences métropolitaines - Feuillus Chêne Toutes régions plaine et moyenne altitude Hétérogène maillé sur quartier cœur brun-jaunâtre présence de tanin Hétérogène cœur jaune-brunâtre à clair présence de tanin Châtaigner Massif central régions moyenne altitude Hêtre Toutes régions plaine et moyenne altitude homogène cœur blanc ou brun pâle Peuplier Toutes régions plaine et moyenne altitude Homogène blanc-gris ou rougeâtre aubier non distinct Robinier fréquemment appelé Acacia cultivé en Europe Sud-Est Amérique Méranti Dark Red Asie du Sud-Est Malaisie Indoniésie Menkulang Teck caractéristiques proches Méranti Asie du Sud-Est Birmanie, Thaîlande Greenheart Nord Amérique du Sud Guyane dur, lourd nerveux retrait total fort duramen très durable mi-dur, mi lourd moyennement à peu nerveux retrait assez faible duramen très durable mi-dur, mi-lourd nerveux retrait total élevé très tendre et léger moyennement nerveux retrait moyen à fort non durable 0,6 - 0,75 menuiseries int et ext. fortement sollicitées 0,35 - 0,50 30 0,45 8,34,8 8,3 non durable duramen durable ( att. Aubier non distinct) sensible aux termites 1 ( à l'intérieur) peu imprégnable bois tendre à mi-dur 0,74 - 0,80 30 0,4 4,4 6,9 très durable durable 4 ( en contact avec le sol ) non imprégnable peu imprégnable menuiseries int et ext. fortement sollicitées mi-dur, mi-lourd moyennement nerveux retrait moyen 0,60 - 0,75 26 0,49 4 7,6 durable à faiblement durable moyenneme,nt durable peu imprégnable très imprégnable menuiseries int et ext. fortement sollicitées mi-dur, mi-lourd retrait rès faible 0,60 - 0,80 24 0,34 2,6 4,7 très durable durable moy. Durable non imprégnable moy. imprégnable revêtement, parements menuiseries int et ext. avec stabilité dimensionnelle élevée 1,01 - 1,15 40 0,36 7,5 8,2 très durable durable Essences tropicales - Feuillus Doussié Angélique Basralocus Remarques Homogène jaune verdâtre vieillissant brun-doré Hétérogène cœur brun-rouge grain moyen léger contre-fil Hétérogène cœur brun verdâtre fonce à la lumière gras au touché cœur brun verdâtre aubier très épais Afrique Afrique document rédigé à l'aide des fiches des essences du catalogue TROPIX, cu CIRAD, tableaux CNDB 4 ( en contact avec le sol ) non imprégnable M2 2.1.4 DESCRIPTION DE LA FILIERE BOIS 26B Suite à la connaissance des propriétés de matériau, il est nécessaire de s’intéresser au mode de fabrication d’une pièce de bois, de l’exploitation de l’arbre à son usinage. Effectivement des labels de qualité viennent valider chacune de ces étapes. On trouve les labels PEFCviii et FSCix qui certifient la qualité de la grume exploitée (forêt gérée durablement), les normes de classement des bois précitées sanctionnent la qualité des bois issus des étapes de première et deuxième transformation. Ainsi grâce à ce cadre normatif et à la connaissance des étapes de transformation du bois on peut façonner ce matériau sur-mesure. Première transformation - Choix de l’essence de bois - Choix d’un profil de bois équarris - Choix du mode de débit (orientation des fibres) - Choix du taux d’humidité du bois Deuxième transformation - Premier façonnage du matériau - Spécialisation par type de produits bois : bois massif, panneaux dérivées du bois, ou lamellés collés - Choix du taux d’humidité du bois de mise en œuvre (tout bois de construction doit présenter un taux d’humidité inférieur à 18%) - Choix d’un traitement préventif pour la durabilité naturelle ou l’ignifugation Tableau 5 : Schéma descriptif – Organisation de la transformation du bois U Remarques : Les limites entre les fournisseurs du bois ne sont pas toujours aussi franches. Toute étape de transformation est aussi liée à l’équipement industriel de la société en question. Par exemple peu d’entreprises bois possèdent les fours autoclaves de grande dimension pour traiter des pièces de charpente, des sociétés spécialisées sont alors associées. Qualité filière bois : Organisation de la préservation du bois Dans une démarche détaillée de qualité, un certain nombre de règles de bon sens complètent les prescriptions précédentes: Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 25 sur 67 - Coordonner les étapes de première et deuxième transformation : éviter les accumulations d’humidité en cours de construction (transport, entreposage, mise en œuvre) - Stockage du bois sur des traverses et sous couvert - Eviter les apports importants d’humidité dus au béton, maçonnerie ou dispositif d’évacuation de cette humidité - Absence d’attentes prolongées des bois dans des emballages non ventilés (8 à 12 jours) Mise en œuvre : Entreprises - Usinage des pièces achetées chez le fournisseur bois - Mise en œuvre suivant les prescriptions formulées par la maîtrise d’œuvre de conception et le savoir –faire de l’entreprise. 2.1.4.1 EXEMPLE D’ENTREPRISE BLUNTZER FAÇADIER 5B Objectif de la rencontre Connaître et échanger sur leur expérience en façade bois, et en particulier suivant la technique bloc. Technologie Réalisation des différentes typologies de façade : façade respirante ou mur rideau avec procédé de fabrication bloc ou grille. Développement de la filière bois en façade avec la technologie de préfabrication « bloc » qui devient un argument de qualité de finition et de rapidité d’exécution sur chantier. Emploi du bois Lamellé-collé de résineux, Pin et Epicéa de Forêt Noire en Allemagne ou encore de Pologne afin d’obtenir des bois labellisés PEFC. Choix du bois en classe d’emploi 2 à 3. Nota : Il est très rare de trouver des bois de Mélèze labellisé PEFC. Ce bois provient de l’Oural et présente une certaine radioactivité incompatible avec le label qualité PEFC. Organisation de l’entreprise L’entreprise emploie une centaine de personnes, c’est une filiale du Groupe Rhinaldi Structal, façadier aluminium. Bluntzer regroupe en interne un bureau d’étude intégré d’ environ 15 personnes dimensionnant et dressant les plans d’exécution. Centre d’usinage d’éléments bois et aluminium pour la réalisation des blocs de façade. Bluntzer possède deux chaînes de montage permettant de réaliser des éléments de façades à des dimensions importantes. Intervention de l’entreprise sur chantier avec sa propre équipe de façadiers. Capacité de production Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 26 sur 67 Importante. Fabrication sur-mesure des blocs. Exemple d’un chantier de bureaux où la grande majorité des pièces fabriquées étaient à modèle unique. Capacité à mener des procédures ATEX. Public Professionnels, intervention en amont en collaboration avec les architectes et les bureaux d’étude. Secteur d’Intervention Bâtiment tertiaire ou marché public. Coûts Trois chantiers « façade bois » ont été présentés comme support à la discussion. Les coûts de façade annoncés pour une technique de façade simple peau proche de 600 €/m². Remarque D’après l’ordre de grandeur annoncé, la réalisation d’une façade bois se rapproche en terme de coût d’une façade aluminium. Toutefois ces informations sont encore à analyser car les coûts sont cités d’après des projets en cours de réalisation avec diverses options intégrées dans les prix annoncés (stores, moteurs, qualité des vitrages). 2.1.5 PRESERVATION DU BOIS : GESTION DE L’HYGROMETRIE 27B La « philosophie» de la construction bois suppose d’utiliser principalement des essences locales pour des questions d’écologie en limitant le transport des matériaux et le recours à un traitement de préservation pour garantir la qualité du bois employé et sa longévité. Le traitement appliqué est souvent décidé lors de la deuxième transformation du bois. Les plus courants sont le traitement par autoclave et les procédés de traitement thermique selon la destination du bois. La gestion de l’humidité est un enjeu majeur de toute conception bois pour les raisons énoncées en partie 2, et surtout garantir une bonne stabilité dimensionnelle du matériau. Pour garantir la qualité d’une conception bois, des dispositions constructives particulières s’imposent. La préservation du bois dépend essentiellement des variations d’humidité et attaque des agents biologiques. Toute interface est un lieu d’étude spécifique en particulier pour la réalisation de l’enveloppe du bâtiment. On relève trois modes de transfert de l’humidité qu’il faudra maîtriser pour la conception d’une enveloppe bois. - transfert d’humidité par migration de vapeur - transfert d’humidité par convection - taux d’humidité du bois Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 27 sur 67 Figure 8: Courbe d'équilibre hygroscopique des bois –Les essentiels CNDB 2.1.5.1 TRAITEMENTS PREVENTIFS POUR L’HUMIDITE : 56B Afin de remplir les conditions d’usage imposées par les classes d’emploi, les entreprises bois ont recours à des traitements préventifs pour améliorer la durabilité naturelle du bois. Les procédés de traitement les plus courants sont l’imprégnation de produits (solvants ou produits en phase aqueuse) par autoclave ou par traitement thermique. Notes : Les labels CTB-P+, CTB-B+ (classe de risque 1, 2, 3, 4 ou 5) garantissent la qualité des traitements de préservation appliqués (labels français). Préservation biologique et/ou chimique - Produits d’imprégnation aux sels boriques solubles à l’eau (acide borique) - Cires à base de résines naturelles - Huiles essentielles et essences naturellement résistantes - Produits solubles à l’eau (sels non organiques) - de plus en plus privilégiés - Produits à base de solvants – de moins en moins utilisés Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 28 sur 67 Ces produits sont appliqués par imprégnation Trempage court ou long ou par Autoclave (alternance de cycle de vide-pression). Ils ont pour but de créer une surface hydrophobe protectrice contre les agents biologiques (champignons et insectes) et ralentissent l’échange d’humidité avec le bois. Procédé de traitement thermique/rétification Le principe est de « cuire » le bois. Cela permet de traiter des bois à la durabilité naturelle faible. Par exemple le peuplier rétifié devient utilisable en bardage de classe d’emploi 3. Ce processus n’est appliqué que pour des bois de parement. La cuisson du bois le rend plus cassant et aucunes normes n’évaluent le comportement mécanique d’un bois rétifié. Remarques Seules les solutions à base de bore ont prouvé leurs efficacités. Dans les années 90, les bois étaient traités par imprégnation profonde avec des solutions CCA (Cuivre, Chrome, Arsenic). Aujourd’hui ces produits sont abandonnés du fait de la présence du chrome et arsenic. Aussi il est actuellement interdit en France de traiter des bois avec de l’huile de lin par les procédés oléo thermiques. Afin de résoudre les problèmes de sensibilité du bois par rapport à l’humidité, le lamellé-collé est une bonne alternative. La présence de colle et l’assemblage de plusieurs lamelles de faible épaisseur lui confère une bonne stabilité dimensionnelle. 2.1.6 COMPORTEMENT DU BOIS AU FEU 28B Le comportement du bois face au feu dépend de ses caractéristiques physiques et biologiques. Il est caractérisé selon l’essence du bois (critères de dureté, densité) les dimensions de la pièce et son taux d’humidité. Pouvoir calorifique et réaction au feu Le bois et ses dérivés sont par définition inflammables. Le bois massif, toute essence confondue, à une réaction au feu variant de la classe M3 à M4. Les dérivés du bois peuvent présenter de meilleures caractéristiques M2 ou même M1 du fait de la présence de colles ou autres liants (panneau bois-ciment ou bois-plâtre). L’ordre de grandeur du pouvoir calorifique du bois massif est d’environ 17 MJ/kg alors que la limite du pouvoir calorifique d’un matériau M0 est de 2.5MJ/kg. Bois massif feuillus Bois massif résineux Panneaux dérivés du bois : Epaisseur ≥ 14 mm M3 Epaisseur ≥ 18 mm M3 Epaisseur ≥ 18 mm contreplaqués, lattés, particules, fibres Parquets en bois massif collés M3 Epaisseur ≥ à 6 mm M3 Epaisseur < 14 mm M4 Epaisseur < 18 mm M4 Epaisseur < 18 mm M4 Epaisseur < 6 mm M4 Tableau 6 Classement de réaction au feu des essences de bois – les Essentiels CNDB Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 29 sur 67 PCS : Pouvoir Calorifique Supérieur Dégagement calorifique total (en MJ) par kilogramme d’un corps solide, lors de sa combustion complète mesurée selon l’essai défini par la norme NF ISO 1928. Bois : 17 MJ/kg Conductivité thermique D’une manière générale le matériau bois conduit la chaleur 10 fois moins vite que le béton et 250 fois moins vite que l’acier. La conductivité est déterminée par l’essence de bois choisie. La valeur est recensée dans les fiches techniques des essences de bois. Ordre de grandeur : 0.12 à 0.25 W/(m.°C) d’où l’utilisation des menuiseries bois pour atteindre les degrés de porte coupe-feu ½ heure. Vitesse de combustion En règle générale, la vitesse de combustion d’un élément bois est de 1cm par ¼ d’heure et par face. Une couche carbonisée se forme alors sur le pourtour de l’élément, protégeant les couches internes et ralentissant l’avancement du feu. La couche carbonisée présente une conductivité thermique 6 à 8 fois plus faible que le bois intact. En ce qui concerne les éléments de bois massifs on peut retenir la valeur de combustion du bois moyenne pour toutes les essences de β0 = 0.7 mm/min. En ce qui concerne les bois lamellé-collé cette vitesse est réduite de 0.1mm/min. L’emploi d’un bois dur (ρ ≥ 600kg /m 3) la vitesse de combustion peut être diminuée de 20 à 30%. Pour tout ouvrage soumis au feu il y a obligation d’employer des bois présentant une densité supérieure à 600 kg/m3 (exemple du châssis de désenfumage bois SOUCHIER). Résistance au feu Le bois est un matériau dont les propriétés mécaniques varient peu lors de l’échauffement d’incendie. Ainsi la stabilité au feu d’un élément bois peut se vérifier simplement à l’aide d’un premier calcul simplifié. - Section initiale + profondeur de carbonisation conventionnelle, à déterminer suivant le degré de stabilité au feu souhaité. - Capacité résistante des assemblages Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 30 sur 67 2.1.6.1 TRAITEMENT POUR L’IGNIFUGATION 57B Le traitement pour l’ignifugation des bois relève des problématiques de conception liées à la réglementation incendie des façades où la masse combustible est limitée. Le recours à des Procès-Verbaux rédigés par le CSTB est obligatoire pour l’emploi de bois en façade dans certaines conditions d’usage. Les produits utilisés sont à base de phosphate d’ammonium. Leur rôle est de priver d’oxygène la zone exposée à la flamme et de se combiner chimiquement pour former de la vapeur d’eau, qui favorise alors le développement de la couche carbonisée. Il s’applique de la même manière que les produits de préservation vis-à-vis de l’humidité. Remarques Le traitement de l’ignifugation ne protège pas le bois contre les intempéries. A chaque fois, les bois ou dérivés du bois sont réservés pour un usage intérieur en classe d’emploi 2 (traitement superficiel ou en profondeur). Ces critères sont arrêtés par les Procès-Verbaux du CSTB, établis pour une durée d’environ 5 ans, gage de qualité fournie par le fabricant. Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 31 sur 67 2.2 APPLICATIONS ACTUELLES DES FAÇADES BOIS 1B L’étude des applications actuelles de façade mettant en œuvre du bois permet de distinguer deux grandes familles de façade bois : la façade à ossature bois, de type mur manteau, et la façade rideau bloc ou grille résultant de la transposition des solutions technologiques aluminium vers une technologie bois. La façade à ossature bois s’adapte à une typologie de bâti où les parties opaques de la façade prédominent sur les parties vitrées, ratio vide/plein inférieur ou égal à 30%, contrairement aux façades rideaux des bâtiments tertiaires où les façades sont plus largement vitrées, ratio vide/plein supérieur ou égal à 70%. Chacune de ces typologies sont décrites et analysées suivant la grille de critère établie dans le cadre générale d’études des façades. FAÇADE BOIS Rapport vide/plein 30% FOB CHASSIS Rapport vide/plein 70 % GRILLE BOIS BLOC BOIS Façade à ossature bois Figure 9- Décomposition des typologies de façade bois - ARCORA 2.2.1 FAÇADES A OSSATURE BOIS 29B 2.2.1.1 DESCRIPTION 58B Cette typologie de façade suit la construction traditionnelle en bois du MOB (Mur à Ossature bois). La façade bois type mur manteau s’émancipe de l’actuel DTU 31.20, Maisons et bâtiments à ossature bois, qui régit la construction bois quand l’enveloppe du bâtiment est porteuse. Le nouveau DTU 31.20 Façade Bois, se consacre à l’évaluation et la prescription d’enveloppe bois, posée en façades rideaux ou semi-rideaux où le MOB n’assure que la fonction d’enveloppe. Ce futur DTU 31.20, en cours de préparation, traitera en particulier des interfaces de pose de la façade bois sur support béton, bois et métallique, des dispositifs constructifs à suivre pour garantir la durabilité de la paroi en bois, son étanchéité à l’air et à l’eau, son comportement au feu. Afin d’évaluer la façade bois type mur manteau, les critères énoncés dans la partie 1 seront étudiés. Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 32 sur 67 2.2.1.2 SCHEMAS STRUCTURELS 59B Les FOB concernent uniquement les façades rideaux ou semi rideaux. Figure 10- Façade rideau bois (dr.) et façade semi-rideau (g.) –extraits IT249 2.2.1.3 STABILITE MECANIQUE 60B Outils de vérification appropriés avec l’Eurocode 5 et la dernière révision du DTU bois-feu 88. Le dimensionnement d’élément bois sera effectué lors de l’étude du projet ZAC Bédier. 2.2.1.4 STABILITE DIMENSNIONNELLE DU BOIS 61B L’évaluation des variations dimensionnelles du bois dans des conditions d’ambiances variables est peu décrite. De ce fait, l’ensemble des éléments bois utilisés en menuiseries extérieures ou façade sont des lamellés-collés, dont les conditions d’humidité du bois à la fabrication conjuguées à l’emploi de colles garantissent une moindre sensibilité aux variations d’ambiances (température et humidité relative de l’air). Afin de prendre en compte le critère variable de l’hygroscopie du bois, on appliquera principalement les classes de service définies par l’EN 1995-1-1 qui permet d’approcher les phénomènes de fluage du bois selon sa teneur en eau. En fonction du risque d’exposition du bois à une humidité importante on augmentera les critères de performances du matériau en choisissant un bois de classe de service supérieure. Rappel : Un bois sec supportant une charge de courte durée est plus résistant qu’un bois humide supportant une charge sur une longue période. 2.2.1.5 PERFORMANCES THERMIQUES 62B Confort thermique d’hiver Première motivation de construction en FOB est la performance thermique des façades bois du fait de leur épaisseur imitée pour une isolation performante. Les performances thermiques des façades à ossature bois Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 33 sur 67 peuvent être déclinées à l’infini suivant le choix de l’isolant intérieur, l’ajout d’un isolant complémentaire intérieur ou extérieur etc. Les ordres de grandeur généraux qu’il conviendra de retenir sont les suivants : Figure 11 - Extrait catalogue du CNDB - Colloque février 2012 Uc : déperdition en section courante de la paroi bois ΔU : part de déperdition thermique due au pont thermique linéique intégré du montant Up : déperdition surfacique finale de la paroi bois - Ordre de grandeur d’équivalence 40B Un mur béton extérieur présentant un Up = 0,15 W/(m².K) est composé au moins de 20 cm de béton + 23 cm d’isolant laine de roche . ( Confort thermique d’été Par défaut de masse, le confort thermique d’été n’est pas assuré dans le cas d’une construction à ossature bois. En effet pour empêcher toute surchauffe du bâti l’inertie du bâtiment est recherchée. Or par manque de matière la FOB présente une capacité de stockage de la chaleur très faible. Les constructions bois sont donc classées bâtiment à très faible voire à faible inertie thermique. Seuls les doublages en plaques de plâtre intérieurs apportent ce peu d’inertie à la construction bois. Ainsi les systèmes de construction mixtes, plancher béton et Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 34 sur 67 noyau de circulation en béton, sont à privilégier pour la réalisation d’un bâtiment où le critère d’inertie thermique est essentiel. Ce critère apparait comme un argument privilégiant la réalisation de façade à ossature bois, rideau ou semirideau, posée sur une ossature primaire indépendante (type béton). 2.2.1.6 PRESERVATION DU BOIS 63B L’humidité dans les parois pour être jugée satisfaisante, ne peut être qu’occasionnellement (moins de 8 semaines) supérieure à 23% en masse. Cette limite est basée sur des travaux de laboratoire prenant en compte les diverses conditions de développement des agents fongiques du bois. Ainsi la représentation schématique suivante traduit l’acceptabilité de la paroi vis-à-vis de l’humidité. Figure 12- Extrait comportement hygrothermique des enveloppes bois – CNDB Colloque février 2012 2.2.1.7 MIGRATION DE VAPEUR DANS LES MATERIAUX 64B Le bois non traité tend à s’équilibrer avec l’ambiance du milieu dans lequel il se situe. Cette courbe traduit la nécessité de s’intéresser à la classe d’emploi du bois, pour définir sa capacité à échanger avec le milieu extérieur et garantir sa durabilité. Le risque principal de dégradation d’une façade bois est le développement d’agents fongiques sur l’ossature du fait de la condensation de vapeur d’eau à l’intérieur de la paroi suite à la migration de vapeur d’eau. Afin de qualifier la résistivité d’une paroi à la diffusion de la vapeur d’eau, on calculera le Sd de chaque composant de la paroi bois. Le Sd représente l’épaisseur d’air équivalente d’un matériau qui aurait la même résistance à la diffusion de vapeur que ce matériau. Plus le Sd est grand, plus le matériau résiste à la diffusion de la vapeur d’eau. Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 35 sur 67 μ : coefficient de résistance à la diffusion de vapeur du matériau, valeur intrinsèque au matériau e : épaisseur du matériau en m 2.2.1.8 REGLE DES SD DECROISSANTS 65B Afin de prévenir l’accumulation d’humidité dans la paroi bois et prévenir toute condensation interne au droit des montants bois, il conviendra de mettre en place la règle des Sd décroissants de l’intérieur vers l’extérieur. Une barrière à la diffusion de vapeur doit être réalisée à l’intérieur du bâtiment tandis que la paroi doit être ouverte à la vapeur à l’extérieur. Afin de respecter cette règle il conviendra de placer en priorité : - le voile de contreventement (si OSB) du coté intérieur, - pare-pluie ouvert à la diffusion de vapeur coté extérieur Il apparait qu’avec une nouvelle gamme de panneaux dérivés du bois, il est possible de réaliser une barrière à la vapeur à l’aide du panneau de contreventement sans ajout de pare-vapeur côté intérieur, tant que la règle de décroissance des Sd est respectée. Ainsi le pare-vapeur, seul garant de l’étanchéité à l’air et à la migration de vapeur des constructions bois, très souvent discontinu car déchiré durant le chantier, peut être remplacé par un élément rigide assurant les mêmes fonctions. La durabilité de l’enveloppe bois s’en trouve grandement améliorée. Toutefois le traitement des jonctions de l’enveloppe (raccords des panneaux OSB) garantissant l’étanchéité à l’air de l’enveloppe bois est encore à définir. 2.2.1.9 ETANCHEITE A L’AIR 6B La principale difficulté des façades à ossature bois est la gestion des interfaces avec les éléments du gros-œuvre lorsque le tout est réalisé en corps d’état séparé. C’est la principale cible du futur DTU 31.20, Façades à ossature bois, qui devra préconiser les dispositifs d’étanchéité à l’air à utiliser dans le cas des FOB (joint COMPRIBAND, étanchéisation entre les des panneaux de contreventement etc). Jusqu’alors l’étanchéité à l’air des constructions à ossature bois traditionnelle se synthétise suivant les schémas suivants : Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 36 sur 67 Détail jonction acrotère Détail jonction GO-façade bois A : joint COMPRIBAND d’étanchéité à l’air B : Collage PARE-VAPEUR Raccordement lès du pare-vapeur sur montants Figure 13 -Extraits dispositions constructives assurant l'étanchéité à l'air - CNDB Colloque février 2012 On remarque que chacune des interfaces, mur/sol, jonctions de matériaux, points d’assemblages, font l’objet de prescriptions précises, afin d’éviter les remontées d’eau par capillarité, condensations sur des éléments d’assemblages traversants etc… L’étanchéité à l’air des constructions à ossature bois semble aujourd’hui résider dans la bonne gestion des interfaces de lot. Ainsi la réalisation du pare-vapeur se trouve plutôt attribuée au lot Plâtrerie/Cloisonnement tandis que l’ensemble des joints Compriband® sont réalisés par le lot Charpente ou Gros-œuvre bois. La coordination des lots réalisants l’enveloppe du bâtiment et la gestion des interfaces sont les questions premières de la performance des enveloppes bois. Ces problématiques érigent la préfabrication des façades à ossature bois comme primordiale afin de gérer de manière précise l’ensemble de ces détails. Le DTU 31.20 appliqué aux FOB est alors attendu pour évaluer les dispositifs constructifs qu’il conviendra de trouver pour réaliser l’étanchéité à l’air et la barrière à la vapeur entre les pans de façade. Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 37 sur 67 2.2.1.10 COMPORTEMENT AU FEU 67B Dans le cas où les façades rideaux ou semi-rideaux participent à la réalisation du C+D, la résistance des éléments formant écran pare-flamme ½ heure devra être vérifiée via les dispositions : La tenue mécanique des liaisons façade-plancher et des éléments à ossature bois est justifiée pour le degré de stabilité au feu requis pour la structure : - Résistance au feu minimale de 1 h de l’intérieur vers l’extérieur - Résistance au feu minimale de de ½ heure de l’extérieur vers l’intérieur Afin de renforcer la structure bois et sa liaison mécanique en nez de dalle, il conviendra de placer une épaisseur totale de lisse supérieure ou égale à 70 mm. L’étanchéité aux flammes et aux gaz chauds est assurée aux jonctions façade-plancher par la mise en œuvre : - D’un calfeutrement en laine minérale de roche (masse volumique minimale de 70 kg/m3) devant le nez de la dalle. - D’une bavette en acier fixée à chaque niveau Figure 14 - Jonction façade rideau à ossature bois –extrait IT249, (art 2.4.1) Suivant la destination des locaux, le critère du C+D sera exigé en façade, (habitation de 3ème et 4 ème catégorie ou IGH). En cas d’exigence du C+D la masse combustible de la paroi est limitée. La masse de bois engagée dans ces panneaux ne permet pas de vérifier ce critère sans proposer des écrans intérieurs et extérieurs PF ou CF. Ainsi une paroi conforme aux dispositifs constructifs proposés par le § 1.2.1 de l’IT249 permet de former C+D, la Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 38 sur 67 paroi bois est PF ½ heure. Aussi, dans le cas où la façade bois est enfermée entre deux écrans (intérieur et extérieur) CF ½ heure, la masse combustible de la paroi bois peut être ramenée à 0 MJ /m². 2.2.1.11 ISOLATION ACOUSTIQUE 68B L’ensemble des façades sont soumises au critère d’affaiblissement des bruits aériens extérieurs principalement. Leur isolement vis-à-vis du bruit extérieur est qualifié par l’indice d’affaiblissement aux bruits extérieurs RA,tr . De par leur effet de paroi composite, les façades à ossature bois appliquent le principe de masse-ressort-masse. Les deux masses sont apportées par les finitions intérieures et extérieures de la façade MOB (plaques de plâtre et/ou panneau de contreventement + bardage), l’isolant intérieur forme le ressort. De l’importance de ces masses et l’efficacité du ressort dépendent les performances acoustiques de la paroi. De même que pour la définition de l’isolation thermique de la façade, les performances acoustiques d’une façade bois peuvent se décliner en un grand nombre de variantes suivant le choix des matériaux, leurs dispositions constructives etc. Le CNDB publie les premiers ordres de grandeur d’isolation acoustique des façades bois courantes suivants : 1-Bardage 22 mm 1-Bardage 22 mm 2-Lattage 22 mm 2-Lattage 22 mm 3- Pare-pluie 3- Isolant hydrofue 35 mm 4-Contreventement OSB 9 mm 4-Contreventement OSB 9 mm 5-Ossature bois 45*120 mm 5-Ossature bois 45*120 mm 6-Laine minérale 120 mm 6-Laine minérale 120 mm 8-Rail métallique 8-Rail métallique 9-Plaque de plâtre BA13 9-Plaque de plâtre BA13 Rw (C ;Ctr) =50 (-2 ;-6) dB Rw (C ;Ctr) =58 (-2 ;-8) dB RA = 48 dB RA = 56 dB RA,tr = 44 dB RA,tr = 50 dB Figure 15 – Performances acoustiques des façades bois – Les essentiels CNDB Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 39 sur 67 Ces valeurs montrent que les façades à ossature bois vérifient les critères d’exigences acoustiques aux bruits extérieurs imposés par les réglementations acoustiques du bâtiment. En effet pour un bâtiment de catégorie 1, c’est-à-dire immergé dans un milieu extérieur sonore de plus de 81 dB, la façade devra présenter un affaiblissement acoustique minimal de 45 dB. D’après le tableau précédent, les dispositions constructives cidessus permettent de vérifier ces valeurs. Afin de mieux connaître les performances acoustiques des façades bois, le FCBA finance les études en vue de la publication du nouveau DTU 31.20 spécifique aux enveloppes bois. 2.2.1.12 VIEILLISSEMENT/ENTRETIEN 69B Aucune généralité ne peut être dégagée face à cette thématique dans la mesure où les finitions de la façade intérieure et extérieure sont très variables. Dans la mesure où le choix des bois et les dispositifs constructifs mis en place respectent les prescriptions précédentes ce critère sera respecté. 2.2.1.13 COUTS 70B D’après l’échange effectué avec l’entreprise SOCOPA Construction Bois, le coût de façade moyen pour des façades à ossature bois est d’environ 250 à 300 €/m² dans le cas des façades standards. 2.2.1.14 BILAN 71B La façade à ossature bois en rideau ou semi-rideau requiert une partie opaque nettement plus importante que la partie vitrée pour que cette technique devienne intéressante et économique. Son domaine d’application semble aujourd’hui plus adapté au secteur du logement de par cette première caractéristique, et la focalisation de la filière bois vers ce marché. Ceci s’explique par les récentes évolutions de la construction bois vers des immeubles de plusieurs étages et les révisions successives des normes et réglementations françaises. Cette évolution suit deux thématiques : l’une à propos de la construction tout bois, l’autre sur les façades légères sur ossature primaire béton. Cette dernière permet un développement intéressant de la façade bois suivant l’argumentaire de la construction énergétiquement performante, tout en palliant à son premier défaut, le confort d’été. L’émancipation des façades bois par le biais du futur DTU 31.20, permettra de mieux répondre aux enjeux de conception des enveloppes liés aux phénomènes de migration de vapeur, et de qualifier les performances des façades bois grâce à de nouvelles études techniques (ACOUBOIS). Aussi l’évolution de plusieurs produits dérivés du bois, (exemple des panneaux dérivés du bois ouverts à la diffusion de vapeur), permet de lever des freins au développement des FOB. Ce processus est encore en cours, et les retours d’expérience sur ces dispositifs sont attendus par les maîtrises d’ouvrage et d’œuvre. Aussi la réalisation de façade à ossature bois reporte le débat sur les gestions des interfaces façades légères / structure primaire : tolérances dimensionnelles, niveau de préfabrication des façades à ossature bois, qui restent encore à définir et tester. Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 40 sur 67 2.2.2 FAÇADES BLOC OU GRILLE BOIS 30B Les façades bloc ou grille bois correspondent à des solutions techniques développées par les façadiers qui demandent un savoir-faire dépassant les problématiques traditionnelles de la construction bois. Les parties vitrées prédominent, le bois est alors employé comme matériau substitut à l’aluminium pour ses qualités esthétiques, thermiques, et pour des questions de qualité environnementale. Les façades grille ou bloc actuelles résultent de la transposition d’une technique de façade rideau sur montant aluminium, vers une transposition bois. Les façadiers rencontrés, BLUNTZER en France et KYOTEC en Belgique, travaillent en ce sens en intégrant les thématiques particulières liées à l’intégration d’élément bois en façade. Les schémas suivants illustrent les dispositifs constructifs de celles-ci L’ensemble sera complété avec le suivi des phases APS et APD du projet ZAC Bédier. 2.2.2.1 TRANSPOSITION DES DISPOSITIFS CONSTRUCTIFS ALUMINIUM VERS LE BOIS 72B Problématique première est la liaison des éléments vitrés sur leur ossature, qui permet de vérifier l’esthétique de la façade. On retrouve le plus couramment les systèmes suivants : Façade Grille Bois Figure 16 – Transposition système capot serreur aluminium vers bois – Catalogue RAICO Dispositif d’assemblage le plus évident, le principe du capot serreur se transpose aisément d’un procédé aluminium vers un montant bois. L’emploi de cette technique de réalisation promeut la solution grille bois qui s’avère plus performante que la solution aluminium, vis-à-vis des critères thermiques, acoustiques (plus de masse au droit des montants) pour une même esthétique finale. Cette typologie de façade reprise dans le projet ZAC Bédier sera plus amplement développée dans la partie suivante. Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 41 sur 67 Façade Bloc Bois Second temps de la recherche technologique visant à définir les dispositifs constructifs des façades bois et l’étude de la référence de l’immeuble WOOPA réalisé par Bluntzer grâce à ses documents techniques d’exécution. On remarque une alliance des solutions mixtes bois-aluminium afin de gérer plusieurs paramètres d’esthétique de façade (abstraction des systèmes de fixation (collage VEC du verre extérieur) plus couplage du bois et de l’aluminium afin de garantir la bonne tenue du bois dans le temps. Les documents d’EXE montrent la transposition du raisonnement façade aluminium vers le bois avec l’objectif premier de la préservation du bois. Dimension d’un bloc Figure 17 – Façade respirante bois réalisée suivant la technique de bloc-BLUNTZER Figure 18 – Coupe horizontale façade respirante – partie vision-BLUNTZER Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 42 sur 67 Façade châssis bois Figure 19- Menuiserie bois-aluminium - MINCO Les façades de type châssis (voile percé + menuiseries extérieures) les techniques traditionnelles de menuiseries bois et bois-aluminium répondent aux mêmes critères d’exigence que les éléments des façades bois. 2.2.2.2 ETUDES TECHNIQUES DES FAÇADES BOIS 73B Les études techniques permettant d’évaluer une façade grille bois en comparaison à une solution traditionnelle aluminium seront effectuées sur les deux projets ARCORA mettant en œuvre du bois. En effet ce mode de présentation semble plus pertinent car il permet d’évaluer la solution bois dans un contexte de projet réel. Aussi la réalisation de façade bois découle d’une démarche non traditionnelle initiée par l’architecte et/ou ARCORA. Le projet de la ZAC BEDIER permettra d’étudier en phase APS à mi-APD une façade double peau à ossature bois. La TOUR ALTO permettra d’évaluer la faisabilité d’une solution tout bois, aluminium et mixte par rapport au critère de sécurité incendie en IGH. Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 43 sur 67 3 PROJETS ETUDIES 3.1 BUREAUX ZAC BEDIER, PARIS 13EME 12B Le projet s’inscrit dans le cadre de l’aménagement de la ZAC Bédier, Paris 13ème Porte d’Ivry, mené par la SEMAPA. Le bâtiment est un immeuble de bureaux jusqu’à R+7 logé dans un environnement proche contraint. La plus grande façade du projet borde le périphérique et la proximité de deux immeubles d’habitation contraint le gabarit du bâtiment et son accessibilité. Ainsi le bâtiment suit une forme singulière où les décrochés et enchâssement de volumes sont nombreux. Figure 20 - Elévation de la façade double-peau (FE-DPV) – ART&BUILD Architectes 3.1.1 ANALYSE DES PIECES ECRITES CONCOURS 31B Le projet propose une démarche d’efficacité énergétique avec l’application des objectifs du Plan Climat Paris. Cet objectif se transcrit par un objectif de consommation très performant, critère de consommation énergétique inférieure au label BBC, Bâtiment Basse Consommation. - Besoin de chauffage < 10 kWhutile/ (m².an) sans compensation photovoltaïque - Cep < 50 kWh/ (m².an)x Aussi les cibles 2, 4, 8 et 9 suivantes de la démarche HQE sont détaillées dans la notice environnementale accompagnant le rendu CONCOURS de l’agence d’architecture ART&BUILD. Elle résume les impératifs de conception auxquels devront répondre la conception des façades du projet. - Cible 2 : Choix intégré des produits, systèmes et procédés de construction - Cible 4 : Gestion de l’énergie - Cible 8 : Confort hygrothermique - Cible 9 : Confort acoustique La cible 2 implique une réflexion sur le cycle de vie du bâtiment avec l’adaptabilité du projet tous les 10 ans ainsi qu’une préoccupation sur la faisabilité de son entretien. Le choix d’un projet « tout-bois » réside dans la volonté d’afficher une Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 44 sur 67 démarche environnementale, avec pour argument principal l’optimisation du bilan carbone du projet, la réduction du temps de chantier grâce à la préfabrication etc. La cible 4 suggère une réduction de la demande énergétique par une conception architecturale suivant les principes du bioclimatisme, privilégiant les apports énergétiques naturels, apports solaires principalement, et en minimisant les contraintes de l’environnement sur le projet, tel les effets de masque (ombres projetées). Contrainte d’accessibilité Le projet présente une difficulté d’accès pour l’ensemble de sa façade Sud-Est car le bâtiment est en limite de parcelle et longe la bretelle de sortie du périphérique sur la porte d’Ivry, Paris 13ème. Cette problématique d’accessibilité devra être prise en compte lors de la réalisation de la façade double. Contrainte acoustique Du fait de cette proximité avec le périphérique, la contrainte acoustique est prépondérante dans la conception de la double peau. En effet le bâtiment doit présenter un isolement acoustique aux bruits aériens extérieurs de Dn AT ≥ 37 dBA (isolement acoustique minimal pour des bureaux, exigence HQE base). - Parties vitrées (ensembles menuisés) Châssis spécifique (profilé lourd) avec Procès-Verbal à fournir, affaiblissement acoustique minium de Rw = 42 dB. - Vitrages Affaiblissement à calculer pour un double vitrage à double feuilleté acoustique. - Parties opaques Nécessité de trouver une solution technique permettant d’obtenir un isolement acoustique Dn AT = 46 dB. ARCORA effectue pour ce projet la conception de l’ensemble du lot façade, avec notamment l’étude de la façade double-peau. La conception du lot façade reprend l’évaluation de la technique la plus appropriée, la définition de ses performances énergétiques, les études de stabilité de la façade, la gestion des interfaces avec les autres corps d’étude : interface lot gros-œuvre bois, interface avec l’AMO HQE, le BET Fluide, ainsi que la prescription des dispositifs d’entretien et maintenance. Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 45 sur 67 3.1.2 ETUDES TECHNIQUES DES FAÇADES 32B 3.1.2.1 TYPOLOGIE 1: FAÇADE EXPOSEE DOUBLE-PEAU VENTILEE (FE-DPV) 74B La façade double peau est conçue en deux parties. La peau extérieure se compose d’un vitrage feuilleté fixé par capot serreur sur une grille bois. La peau intérieure plus massive reprend la typologie d’une façade voile percé avec mur KLH + châssis vitré. Seules les études de la FE-DPV seront présentées car plus techniques. Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 46 sur 67 3.1.2.2 DIMENSIONNEMENT DE L’OSSATURE SECONDAIRE 75B Ce paragraphe vise à déterminer les sections des montants de la FE-DPV supportant la peau extérieure. Trois cas d’étude seront menés en parallèle à travers trois hypothèses de matériaux : bois lamellé-collé, bois massif résineux et aluminium. Cela permettra d’évaluer la faisabilité d’une façade grille bois vis-à-vis du critère de résistance mécanique et de l’encombrement des montants de façade. Li Figure 21 Schéma de l’étude de la peau extérieure L = 3,52 m - Montant isostatique, appui fixe en tête de montant, appui glissant en pied. Le montant est donc soumis à une sollicitation composée : flexion + traction. - La peau extérieure est constituée de panneaux de verre feuilleté recuit, d’épaisseur 1010.2. Le verre est simplement appuyé sur deux bords opposés, la peau est imperméable (cas des façades multiples). Les montants reprennent la moitié d’une trame de façade de part et d’autre du montant, soit : 3.1.2.2.1 NORMES 94B DTU 33.1, Façades rideaux Partie 1-1 : Cahier des clauses techniques types, Mai 2008, 63 pages. EN 1991-1-4, Eurocode 1 : Actions du vent sur les structures, Novembre 2005 EN 1995-1-1, Eurocode 5 : Conception et calcul des structures en bois, Partie1-1 : Généralités – Règles communes et règles pour les bâtiments, Novembre 2005, 127 pages. BENOIT, Y. LEGRAND, B. TASTET, V. Calcul des structures en bois, Guide d’application, Afnor et Eyrolles, 2008, Paris, 471 pages. Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 47 sur 67 3.1.2.2.2 MATERIAUX 95B 3 choix de matériaux seront comparés afin de déterminer les profilés nécessaires. Bois lamellé-collé GL24h Bois Massif C22 Aluminium AGS 6060 E0, mean = 11 600 MPa E0, mean = 10 000 MPa E0,05 = 9 400 MPa E0,05 = 6 700 MPa E = 70 000 MPa ρ = 3,80 kN/m3 ρ = 4,10 kN/m3 ρ = 2,70 kN/m3 f t,0,k = 16,5 MPa f t,0,k = 13 MPa σE = 150 MPa f m,0,k = 24 MPa f m,0,k = 22 MPa 3.1.2.2.3 DEFINITION DES CHARGES EN 1991-1-4 96B Définition de la perméabilité de la peau extérieure - Au sens du DTU 33-1, § 5.1.3.1.5 p.19 - Au sens de l’EN 1191-1-4, § 7.2.10 p.44 Dans le cas de murs composés de plusieurs parois : « La paroi est définie comme imperméable si sa perméabilité μ est inférieure à 0,1%. ». Dans ce cas, μ = 0,94% la peau extérieure est donc imperméable. Dans le cas où la peau extérieure est perméable, l’EN recommande d’appliquer alors Cp, net = 2/3Cpe en pression et Cp,net =1/3 en dépression sur la peau extérieure. La peau intérieure est dimensionnée avec Cp, net = Cpe-Cpi. Calculs des efforts de vent Détermination des efforts en pression et en dépression suivant la formule suivante. On dimensionnera les vitrages suivant l’effort de vent maximal en pression et en dépression. (cf.annexes) - Hauteur de référence ze où est effectué le calcul - Pression dynamique de pointe Qp(ze) suivant l’EN 4.5 p.21 - Les coefficients de pression extérieure Cpe sont déterminés suivant l’EN 7.2 p.29 - Les coefficients de pression intérieure Cpi sont déterminés suivant NA – clause 7.2.9 p.28 Charges permanentes Charge permanentes sont constituées du poids propre du montant et du poids propre des vitrages (ρ= 24,5 kN/m3). Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 48 sur 67 Combinaisons de charges CAS DU BOIS - Vérification de la flèche ; aux ELS CELS INST(Q) = |Wd| CELS DIFF (G +ψ2Q) = Gk,tot + ψ2|Wd| ψ2 = 0, dans le cas des actions du vent pour déterminer le fluage des éléments bois (Guide d’appl. Tab.7 p.14). Le bois est choisi en classe 3 car immergé dans l’ambiance extérieure dont l’humidité sera fréquemment supérieure à 20%, bien que protégé de la pluie. Soit kdéf = 2,0. Le poids propre est un effort normal à la pièce de bois, il ne participe donc pas au fluage de l’élément bois. - Vérification du critère de contrainte aux ELU CELU STR = 1,35 G + 1,5|Wd| La combinaison ELU est d’une durée instantanée (vent). Soit kmod = 0,9. - Critère de flèche C1 : winst(Q) ≤ L/300, Guide d’application, tab.18 p.26 C2 : wnet,fin(G+Q) ≤ L/200, Guide d’application, tab.18 p.26 C3 : La flèche maximale admissible des montants de façade devra toujours être inférieure à 15 mm, DTU 33-1, (art 5.1.3.2.) p .19. - Critère de contrainte C4 : Selon la démarche de vérifications des éléments sollicités en flexion et traction définies par l’EN-1995-1-1. Cf. Annexes, note de calcul des montants bois. CAS DE L’ALUMINIUM - Vérification de la flèche aux ELS CELS = |Wd| Seul l’effort de vent crée un moment fléchissant dans le montant. - Vérification du critère de contrainte ; aux ELU CELU STR = 1,35 G + 1,5|Wd| - Critère de flèche C5 : idem bois, La flèche maximale admissible des montants de façade devront toujours être inférieure à 15 mm et à L/200, DTU 33-1, (art 5.1.3.2.) p .19. - Critère de contrainte C6 : inférieure à la contrainte élastique de l’aluminium σE =150 MPa Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 49 sur 67 3.1.2.2.4 RESULTATS 97B Dans les cas suivants, c’est le critère de flèche qui est dimensionnant, les dimensions retenues sont optimisées par rapport au critère de flèche. Cas 1 : Montant en lamellé-collé Montant bois lamellé-collé GL 24h de 76*140 mm, le taux de travail dans la section de bois est de 55%. Montant bois lamellé-collé GL 24h de 56*150 mm, le taux de travail dans la section de bois est de 64%. Masse de l’ossature aluminium : 3,20 kg/ml Cas 2 : Montant en bois massif Montant bois massif C22 de 76*140 mm, le taux de travail dans la section de bois est de 61%. Montant bois massif C22 de 56*150 mm, non valide vis-à-vis du critère de flèche. Cas 3 : Montant en aluminium Montant aluminium AGS 6060 de 56*125 mm, le taux de travail dans la section de bois est de 58,20%. Masse de l’ossature aluminium : 2,77 kg/ml 3.1.2.2.5 CONCLUSION 98B Dans les deux cas il est possible d’atteindre la même finesse de montant en coupe horizontale pour une fixation sur montant aluminium ou sur montant bois (lamellé-collé ou résineux massif). Le choix d’une fixation (rotule) en tête de montant permet d’éviter des instabilités de forme dues au flambement et déversement des montants, bien que l’effort normal de compression ou traction soit relativement faible. Afin de s’assurer d’un maximum de stabilité dimensionnelle face aux variations d’humidité relative extérieures, l’ensemble des précautions vis-vis du bois seront prises : - Choix d’une classe de service 3 pour le dimensionnement des sections - Préférence pour les bois lamellé-collé qui présentent une meilleure stabilité dimensionnelle. Choix de conception retenu Section de bois GL24h (56*150 mm), car cela correspond avec les hypothèses de ventilation calculée (vérification de la non casse thermique des vitrages). 3.1.2.3 COMPORTEMENT AU FEU 76B Le projet est un bâtiment de bureaux soumis à la réglementation du Code du Travail. Dans ce cas, le C+D n’est pas dû, aucune limitation de la masse combustible et degré de résistance au feu ne sont imposés. Afin d’illustrer ce critère, premier blocage de conception vis-à-vis des façades bois, l’exemple de la masse combustible mobilisable en façade de la Tour Alto sera proposée. Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 50 sur 67 3.1.2.4 PERFORMANCES THERMIQUES 7B Ce cas ne se rapporte pas directement à la réalité du projet ZAC Bédier (la peau extérieure ne forme pas le clos et couvert du bâtiment) mais utilise son support pour comparer la performance thermique d’une façade grille bois. C’est la valeur Uf, représentant la transmission thermique surfacique du montant en W/(m².K) et Ψf,g coefficient de transmission thermique linéique entre le montant et le vitrage qui sont ici étudiés. Leurs valeurs découlent des techniques de façades utilisées et de la qualité de mise en œuvre (matériau, géométrie, position des joints). 3.1.2.4.1 MODELISATION D’ETUDE 9B Pour simuler le flux thermique traversant une façade vitrée il convient d’utiliser le logiciel de calcul BISCOxi aux éléments finis. Les modélisations BISCO requiert un niveau de définition en phase PRO afin de connaître l’impact de toutes les interfaces, joints à bande comprimée, joints à lèvres etc. Les entreprises utilisent ce même logiciel pour présenter des diagrammes de performances thermiques de leurs solutions constructives. Figure 22 Profils étudiés – Montants bois (h.) et aluminium (b.)et caractéristiques de matériaux Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 51 sur 67 Modélisation BISCO référence Uf Dans un premier temps, le profilé est modélisé avec un panneau de remplissage isolant tel que λ = 0.035 W/(m.K). On mesure alors Uf en W/(m².K) définit par cette configuration par l’EN 10077-2. Avec Q : le flux thermique traversant le modèle en [W/(m².K)], Up : la transmission thermique surfacique du vitrage calculée par BISCO [W/(m².K)], wp : largeur du panneau isolant [m], ΔT : différence de température entre l’intérieur et l’extérieur [°K ou °C]. Détermination du Ψf,g : Pont thermique linéique vitrage/ossature Dans un second temps, le profilé est modélisé avec du double vitrage remplissage Argon. La face 3 du vitrage est traitée avec une couche faiblement émissive λ = 1 W/(m.K) et ε = 0.04. De la même manière on obtient d’après la formule de l’ EN 10077-2, 3.1.2.4.2 RESULTATS 10B Figure 23- Cartographie des isothermes du montant de façade Tableau comparatif des résultats Capot serreur RAICO Uf [W/(m².K)] Ψf,g [W/(m.K)] 125*56 mm² Profilé aluminium A-V 56 + 2,58 0,06 Profilé bois résineux H-V 56 + 1,77 0,045 Plus la valeur du Uf est faible moins les déperditions thermiques sont importantes. Le bois permet de gagner 30 % sur le Uf et 25% sur le pont thermique Ψf,g. La performance thermique amenée par l’emploi de montant bois dans la composition des façades s’avère très intéressante vis-à-vis de ce critère. Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 52 sur 67 3.1.2.4.3 CALCUL DU UCW DE LA PEAU INTERIEURE 10B De la même manière il est possible d’évaluer la performance thermique des châssis de la peau intérieure qui forment la barrière isolante du projet ZAC Bédier. Le calcul s’effectue suivant l’EN 13947. Hypothèses Température d’ambiance extérieure Te = 0°C Température d’ambiance intérieure Ti = 20°C Résistance superficielle extérieure Re = 0.04 m².K/W Résistance superficielle intérieure (normale) Ri = 0.13 m².K/W Seul l’isolant contribue à la définition du Up des parties opaques. Châssis vitré (Uw) Dimensions L x H L x H = 1350 x 2700 mm Remplissage vitré Ug = 1,1 W/(m².K) Ossature châssis bois-aluminium Uf = 1,8 W/(m².K) ; Uf =3,0 W/(m².K) pour une menuiserie aluminium Largeur menuiserie wf= 120 mm Linéique menuiserie / vitrage Ψg = 0,05 W/(m.K) ; Ψg=0,06 W/(m.K) pour une menuiserie aluminium Châssis opaque de désenfumage (Udés) Dimensions L x H L x H = 450 x 2700 mm Ossature châssis bois-aluminium Uf = 1,80 W/(m².K) Remplissage en fibre de bois 10 cm Up = 0,38 W/(m².K) Largeur menuiserie wf= 100 mm Linéique menuiserie / EdR élément de remplissage Ψg = 0,10 W/(m.K) Partie opaque (Up) Isolation en fibre de bois 16 cm Up = 0,28 W/(m².K) RCL Ration clair de vitrage 30 % Trame courante avec menuiseries bois Ucw ≤ 1.08 W/(m².K) Trame courante avec menuiseries aluminium Ucw ≤ 1.23 W/(m².K) L’emploi d’une menuiserie bois-aluminium permet de gagner 12% sur le coefficient Ucw d’une trame de façade courante et d’atteindre des performances thermiques globales importantes. Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 53 sur 67 3.1.2.5 ETANCHEITE A L’AIR 78B D’après les tests AEV menés par les menuisiers et façadiers bois, il est possible d’atteindre les mêmes performances d’étanchéité à l’air à l’eau et de résistance au vent. Les matériaux formant ces critères sont principalement les joints d’étanchéité donc indépendants de l’ossature secondaire. 3.1.2.6 PRESERVATION DU BOIS : GESTION DE L’HYGROMETRIE 79B Le bois est immergé dans une seule ambiance hygrométrique créée par la double-peau ce qui correspond aux précautions d’usage courantes. D’après les études, celle-ci s’avère très proche de l’ambiance extérieure car la FE-DPV est fortement ventilée. Il conviendra alors de choisir un bois de classe d’emploi 3 : bois fréquemment exposé à une humidité relative supérieure ou égale à 20%. 3.1.2.7 ISOLATION ACOUSTIQUE 80B Une grande part de l’affaiblissement acoustique est due au feuilleté acoustique intérieur. L’isolation acoustique ensuite est principalement réalisée par la menuiserie avec l‘effet de masse du profilé. Bien que les masses linéaires d’une menuiserie aluminium et bois sont proches (respectivement 3,30 kg/ml et 4,0 kg/ml), le châssis bois est plus performant que l’aluminium par absence de chambres de résonnance au sein de la menuiserie. 3.1.2.8 VIELLISSEMENT/ ENTRETIEN 81B Idem préservation du bois. Aussi la protection du bois dans la double peau fortement ventilée permet d’éviter tout ruissellement d’eau sur le bois d’ossature réduisant le risque de dégradation d’aspect etc. 3.1.2.9 COUT PREVISIONNEL / COMPARATIF 82B Ce comparatif vise à définir l’écart de coût prévisible entre une façade grille bois et aluminium assemblée par capot serreur. Le comparatif est mené sur la peau intérieure via les châssis aluminium et sur la peau extérieure au niveau de l’ossature secondaire. Variante 1 : Façades bois Type 1 FE-DPV Façade Double Peau Ventilé Peau intérieure, ensembles menuisés bois Châssis bois 1800*2700 mm 2 ouvrants à la française L900mm et L900mm DONT double feuilleté acoustique Ratr 42 dB, extra-clair Peau extérieure, mur-rideau ossature bois MR grille trame verticale, ossature BLC vitrage feuilleté GC, vitrage extra-clair séparation horizontale + liaison G.O coiffe acrotère (1000*linéaire DPV) Protection solaire Parties opaques 1131 €/m² (H.T) Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 54 sur 67 Variante 2 : Façade aluminium La même composition est variantée en aluminium pour les châssis de la peau intérieure et l’ossature secondaire du mur rideau grille de la peau extérieure. La variante présente un coût de 1104 €/m² (H.T). Bilan du critère de coût Les estimatifs effectués montrent des coûts similaires pour la réalisation d’une façade grille bois ou d’ensembles menuisés bois. L’écart de coût de la façade bois peut s’expliquer par « l’exception » qu’elle représente encore dans ce secteur. Ces premiers estimatifs devront être complétés par le retour d’expérience du projet ZAC Bédier, qui permettra de vérifier la pertinence de cette première estimation. 3.2 TOUR ALTO, LA DEFENSE 13B Figure 24 – Image de concours tour ALTO- INTER FACES Arch. et SRA Arch. ALTO est une tour de 37 étages située à la Défense. La façade se compose d’une peau intérieure de type châssis sur caisson aluminium, et d’une vêture vitrée à la forme d’écailles. Les châssis vitrés sont ainsi souhaités en bois. La volonté d’intégration du bois dans les façades vient de la cible 2 du référentiel HQE, qui pour un niveau Très Performant, requiert un volume minimal de bois de 30 dm3/m² de plancherxii. Toutefois, lorsqu’il se trouve entièrement placé en plateau intérieur, celui-ci crée une MCM finale supérieure à la limite réglementaire. Une part de ce volume se loge donc en façade. Les études techniques de la façade reprendront alors les différents points énoncés en partie 1 avant de s’intéresser plus particulièrement au critère du comportement au feu de celle-ci. Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 55 sur 67 3.2.1 ETUDES TECHNIQUES 3B 3.2.1.1 TYPOLOGIE D’UN BLOC COURANT Dimension d’un bloc 83B Figure 25 – Plans et coupes d’un bloc courant de la Tour Alto - ARCORA Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 56 sur 67 3.2.1.2 OSSATURE SECONDAIRE 84B Vêture Suivant le souhait de l’architecte, la structure du verre extérieur doit être la plus discrète possible. Ainsi plusieurs alternatives d’accroches du verre extérieur ont été simulées, collage VEC sur 3 cotés, collage VEC en drapeau, système mixte VEC/VEA. Afin de valider la conception de l’ossature secondaire de la vêture, le critère de poids est le principal outil de décision. Les dispositifs d’accroche VEA sont écartés car ceux-ci impliquent de mettre en place un vitrage trempé et feuilleté. Or l’insertion d’un intercalaire feuilleté PVB conduit à une masse calorifique mobilisable en façade excessive ainsi qu’à des épaisseurs de verre trop importantes. La solution retenue pour la conception de la vêture extérieure est celle d’un verre trempé collé VEC 3 cotés, sur un cadre acier inoxydable : T 60×60 mm sur les côtés et une cornière 60×60 mm en partie haute. Le cadre est suspendu en partie haute et maintenu latéralement par quatre appuis simples (biellettes) sur les côtés. Rotule Appui simple Appui simple Peau intérieure Figure 26 – Schéma structurel de la vêture - ARCORA La peau intérieure est composée d’une allège et imposte en béton sur lesquelles sont fixés en applique le caisson aluminium et le châssis intérieur bois-aluminium. Seule une note d’interface gros-œuvre-façade renseignant les tolérances entre les deux lots est rédigée. 3.2.1.3 COMPORTEMENT AU FEU 85B Masse combustible mobilisable Dans le cas des IGH, l’IT 249, le Code de la Construction et la réglementation IGH s’appliquent. Ils définissent la notion masse combustible mobilisable limite. « La masse combustible mobilisable (MCM) d’une façade exprimée en MJ/m2 est le quotient de la quantité de chaleur susceptible d’être dégagée par la totalité des matériaux combustibles situés dans une surface de référence par la valeur de cette dernière. » IT 249.La réglementation via l’article GH 13 impose la limite suivante pour les façades de la tour : Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 57 sur 67 - Pour un C+D ≥ 1,50 m, MCM ≤ 130 MJ/m² de façade - Pour un C+D ≥ 1,20 m, MCM ≤ 80 MJ/m² de façade La hauteur du C+D étant supérieure à 1,50 m (cf. figure 25), la masse combustible mobilisable (MCM) sera inférieure ou égale à 130 MJ/m². L’allège béton forme le C+D de 1,50 m nécessaire car PF ½ heure. L’ensemble des éléments constituants le bloc sont alors recensés. Cette étude vise à déterminer la masse combustible mobilisable d’un bloc courant de façade pour le projet de la Tour Alto suivant trois configurations pour le châssis intérieur afin d’évaluer leurs impacts respectifs sur la conception de la façade. - Bloc avec une menuiserie tout-bois - Bloc avec une menuiserie bois-aluminium - Bloc avec une menuiserie aluminium, analogie à la Tour Descartes de la Défense Caractéristiques d’un bloc tour alto Dimension totale bloc 3680*1400 mm² (h × l) Dimension du vitrage de la peau extérieure 3780*1500 mm² (débords horizontal et vertical de 10 cm) Châssis vitré 2100*1400 mm² (h × l) Calculs ∑ 3.2.1.3.1 MENUISERIE TOUT-BOIS (68/75 – 68/78) 102B Superficie Linéaire Masse Vol Masse PCS Potentiel Calorifique Matériau mm² m kg/m3 kg MJ/kg MJ Montant bois dormant Bois 3463 4,20 600 8,73 17 148,35 Traverse bois dormant Bois 3463 2,68 600 5,57 17 94,66 Montant bois ouvrant Bois 3078 3,96 600 7,31 17 124,33 Traverse bois ouvrant Bois 3612,5 2,36 600 5,12 17 86,96 EPDM 70 6,32 1210 0,535 36,4 19,49 Composant MENUISERIE Tout-Bois Joints EPDM VITRAGE 85,91 VETURE 38,77 CAISSON 93,71 3,55 EQUIPEMENTS Masse combustible mobilisable par m² de façade 136 MJ/m² - La menuiserie bois représente 68 % de la masse combustible mobilisable calculée. - Les composants du double-vitrage représentent 12 % de la masse combustible mobilisable calculée. - La vêture et le caisson représentent 19 % de la masse combustible mobilisable calculée. Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 58 sur 67 3.2.1.4 CHASSIS BOIS - ALUMINIUM 86B Superficie Linéaire Masse Vol Masse PCS Potentiel Calorifique Matériau mm² m kg/m3 kg MJ/kg MJ Montant bois dormant Bois-alu 3300 4,20 600 9,454 17 144,74 Traverse bois dormant haute Bois-alu 3300 2,68 600 6,033 17 43,08 Traverse bois dormant basse Bois-alu 3300 2,68 600 6,033 17 43,08 Montant bois ouvrant Bois-alu 2200 3,96 600 7,923 17 90,43 Traverse bois ouvrant Bois-alu 2200 2,36 600 5,542 17 53,86 EPDM 173 6,32 1210 0,535 36,4 48,99 1350 0,095 21 1,98 Composant MENUISERIE BOIS ALUMINIUM Joints EPDM Clips PVC VITRAGE 80,06 VETURE 38,77 CAISSON 93,71 3,55 EQUIPEMENTS Masse combustible mobilisable par m² de façade 125 MJ/m² - La menuiserie bois représente 66 % de la masse combustible mobilisable calculée. - Les composants du double-vitrage représentent 13% de la masse combustible mobilisable calculée. - La vêture et le caisson représentent 20 % de la masse combustible mobilisable calculée. 3.2.1.5 CHASSIS ALUMINIUM 87B Superficie Linéaire Masse Vol Masse PCS Matériau mm² m kg/m3 kg MJ/kg Potentiel Calorifique MJ Rupteurs PA66 2287 2,32 1300 6,898 23 55,30 Joints EPDM EPDM 173 6,82 1210 1,428 36,4 220 Composant MENUISERIE ALU VITRAGE 80,06 VETURE 38,77 CAISSON 93,71 3,55 EQUIPEMENTS Masse combustible mobilisable par m² de façade 96 MJ/m² - La menuiserie aluminium représente 56% de la masse combustible mobilisable calculée. - Les composants du double-vitrage représentent 23 % de la masse combustible mobilisable calculée. - La vêture et le caisson représentent 20 % de la masse combustible mobilisable calculée. Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 59 sur 67 3.2.1.6 PERFORMANCES THERMIQUES 8B Up Caisson Ψ f,p Déperditions linéiques Uw Fenêtre Ψ f,p Déperditions linéiques Figure 27 – Cartographie des isothermes de la menuiserie bois-alu- ARCORA Hypothèses Seule la peau intérieure constitue le clos et couvert du bâtiment ainsi que la « barrière isolante ». Température d’ambiance extérieure Te = 0°C Température d’ambiance intérieure Ti = 20°C Résistance superficielle extérieure Re = 0.04 m².K/W Résistance superficielle intérieure (normale) Ri = 0.13 m².K/W Fenêtre Dimensions L x H L x H = 1400 x 2100 mm Remplissage vitré Ug = 1.1 W/(m².K) Ossature châssis aluminium Uf = 1.8 W/(m².K) ; Uf =3,0 W/(m².K) dans le cas d’une menuiserie aluminium Largeur menuiserie Wf= 120 mm coupe horizontale et verticale Linéique menuiserie / vitrage Ψg = 0.05 W/(m.K) ; Ψg = 0.06 W/(m.K) dans le cas d’une menuiserie aluminium Caisson isolant Ossature traverse aluminium Uf = 3.0 W/(m².K) Remplissage en laine minérale 20 cm Up = 0.16 W/(m².K) Remplissage en laine minérale 10 cm Up = 0.32 W/(m².K) Largeur traverse Wf= 45 mm Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 60 sur 67 Résultats Trame courante (1.4m x 3.68 m) Châssis bois-aluminium seul Uw ≤ 1.4 W/(m².K) Trame courante (châssis + caisson isolant + vêture) Ucw ≤ 1.1 W/(m².K) Comparatif avec une menuiserie aluminium Châssis aluminium seul Uw ≤ 1.7 W/(m².K) Trame courante (châssis + caisson isolant + vêture) Ucw ≤ 1.29 W/(m².K) L’emploi d’une menuiserie bois-aluminium permet de gagner 14% sur le coefficient Ucw d’un bloc de façade courant et d’atteindre des performances thermiques globales très importantes. 3.2.1.7 ETANCHEITE A L’AIR 89B Elle se forme au niveau de la peau intérieure par ses différents composants et joints d’étanchéité situés dans son plan. 3.2.1.8 PRESERVATION DU BOIS : GESTION DE L’HYGROMETRIE 90B L’emploi de châssis bois-aluminium permet aussi de veiller à la durabilité naturelle du bois et des variations d’ambiances. Le bois des menuiseries bois-aluminium est considéré comme intérieur, soit un bois de classe d’emploi 2. 3.2.1.9 ISOLATION ACOUSTIQUE 91B Un isolement acoustique des façades de 38 dB est demandé. Réalisé par la peau intérieure, l’emploi d’un double vitrage asymétrique (différence d’épaisseur entre les verres 1 et 2 du double vitrage) et l’emploi des menuiseries bois permet d’atteindre cette performance sans difficulté majeure. 3.2.1.10 ASPECT/ VEILLISSEMENT 92B Idem préservation du bois 3.2.1.11 COUTS 93B - Prix unitaire du châssis bois-aluminium : 600 €/m² (fourniture+ pose) - Prix unitaire du châssis aluminium : 550 €/m² (fourniture+ pose) Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 61 sur 67 3.2.2 BILAN 34B Dès lors que la masse combustible en façade se trouve limitée, l’introduction de bois dans la façade demande à être optimisée. Effectivement une menuiserie aluminium (par ses rupteurs de pont thermique en polyamide) ou une menuiserie bois représente déjà de 50 à 70 % de la masse combustible totale du bloc de façade. L’ensemble des éléments participant à l’évaluation de la MCM peuvent favoriser l’une ou l’autre solution. Par exemple, dans le cas de la Tour ALTO, l’introduction d’un vitrage feuilleté en vêture extérieure invalide toute la conception du bloc. En bâtiment IGH cette notion est particulièrement sensible. Avec l’évolution du cadre réglementaire encourageant l’emploi de bois dans la construction, l’insertion d’éléments bois en façade IGH devient essentielle. Le volume minimal de bois requis 30 dm3/m² de plancher, lorsqu’il se trouve entièrement placé en plateau intérieur, crée une MCM finale supérieure à la limite réglementaire. L’emploi de bois en façade permet de concilier ces deux impératifs. Toutefois, on remarque une évolution des éléments bois vers des éléments mixtes, type menuiseries bois-alu, ou l’ensemble des faces exposées à l’ambiance extérieure sont capotées par de l’aluminium qui assure une fonction protectrice et de stabilité mécanique (parecloses extérieures des parties vitrées). Cette technique mixte permet ainsi de réduire les sections de bois engagées tout en assurant une fonction de protection. La présente étude montre qu’avec une menuiserie bois-aluminium, la conception du bloc est validée avec une MCM totale de125 MJ/m², la menuiserie représente alors 66% de la masse combustible mobilisable. Il est obligatoire d’employer une menuiserie bois-aluminium. Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 62 sur 67 CONCLUSION 3B Le premier temps de ce PFE, fut consacré à la synthèse des connaissances actuelles du matériau de manière globale, puis à son application au sujet de l’enveloppe du bâtiment. L’emploi du bois en façade s’organise suivant trois typologies prédominantes : la façade à ossature bois (FOB), la façade châssis, la façade bloc employant plus particulièrement des solutions mixtes bois-aluminium. Il apparait aujourd’hui possible de substituer ces typologies bois aux techniques traditionnelles aluminium pour leurs domaines d’application et performances suivants. L’ensemble de la filière promeut l’argumentaire de la performance énergétique (confort d’hiver) et environnementale du bâtiment (bilan carbone + énergie grise) moteurs de son développement actuel. Le futur DTU 31.20 traitant spécifiquement des FOB montre cet intérêt pour la solution constructive bois. Les murs rideaux ou semi-rideaux s’émancipent de la construction bois traditionnelle pour répondre aux enjeux plus spécifiques des enveloppes, gestion de la migration de vapeur dans les parois extérieures, sécurité incendie etc. De plus les FOB présentent un intérêt énergétique certain, lorsqu’elles sont jumelées à d’autres dispositifs constructifs, telle la mixité bois-béton. La réalisation d’une structure primaire du bâtiment en béton permet de concilier performances thermiques d’hiver et d’été. A l’heure actuelle, le domaine d’application privilégié de la technologie façade à ossature bois semble : les immeubles d’habitation, les bâtiments de géométrie simple, les bâtiments massifs, les bâtiments hors réglementation spécial, type IGH. Effectivement, la consultation d’entreprises a montré que l’ensemble des procédés de fabrication des murs à ossature bois sont calibrés pour des projets de logements, où les dimensions des pans de façade sont moindres : hauteur d’étage courante de 3,10 m contre 4,00 m dans les bâtiments tertiaires. Dans le cas des façades largement vitrées, le bois est essentiellement employé pour ces qualités thermiques et environnementales. L’ossature secondaire bois peut concurrencer l’aluminium pour les techniques de mise en œuvre classiques de type capot serreur, grâce à ses caractéristiques mécaniques et le panel diversifié de ses matériaux dérivés : lamellé-collé, qui améliore pour certaines applications le comportement premier du matériau. Toutefois, cette typologie préfère l’emploi d’une solution mixte bois-aluminium afin de vérifier les préoccupations d’aspect, d’entretien et de vieillissement du matériau. En effet, l’aluminium protège le bois des agressions extérieures (eau, attaques fongiques et rayonnement UV) et assure la finition extérieure de la façade tout en limitant les opérations d’entretien. Le bois n’est jamais exposé aux ambiances intérieure et extérieure simultanément. L’alliance du bois et de l’aluminium semble la technique « d’avenir » offrant une meilleure performance énergétique et environnementale des complexes de façade tout en vérifiant les contraintes techniques en vigueur. Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 63 sur 67 LISTE DES FIGURES ET TABLEAUX 4B UFigure 1- Equipe 2011 ARCORA .........................................................................................................................................7 UFigure 2 - Ensemble des typologies de façade-ARCORA .................................................................................................10 UFigure 3 - Coupe verticale bloc double peau ventilé – ARCORA.......................................................................................12 UFigure 4 - Coupe verticale double peau ventilée – Châssis + grille – ARCORA ................................................................13 UFigure 5 – Schéma des systèmes de façades, rideau, semi-rideau, panneau ..................................................................15 UFigure 6 - Schémas statiques de liaison façade-structure primaire - MEMENTO Enveloppe du bâtiment .......................16 UFigure 7 - Exemples de dispositifs de liaison VEC (à g.) VEP (à d.) extraits catalogue WICONA .....................................17 Figure 8: Courbe d'équilibre hygroscopique des bois –Les essentiels CNDB ...................................................................28 Figure 9- Décomposition des typologies de façade bois - ARCORA .................................................................................32 Figure 10- Façade rideau bois (dr.) et façade semi-rideau (g.) –extraits IT249 .................................................................33 Figure 11 - Extrait catalogue du CNDB - Colloque février 2012 ........................................................................................34 Figure 12- Extrait comportement hygrothermique des enveloppes bois – CNDB Colloque février 2012...........................35 Figure 13 -Extraits dispositions constructives assurant l'étanchéité à l'air - CNDB Colloque février 2012 ........................37 Figure 14 - Jonction façade rideau à ossature bois –extrait IT249, (art 2.4.1)...................................................................38 Figure 15 – Performances acoustiques des façades bois – Les essentiels CNDB ...........................................................39 Figure 16 – Transposition système capot serreur aluminium vers bois – Catalogue RAICO ............................................41 Figure 17 – Façade respirante bois réalisée suivant la technique de bloc-BLUNTZER ....................................................42 Figure 18 – Coupe horizontale façade respirante – partie vision-BLUNTZER...................................................................42 Figure 19- Menuiserie bois-aluminium - MINCO...............................................................................................................43 Figure 20 - Elévation de la façade double-peau (FE-DPV) – ART&BUILD Architectes .....................................................44 Figure 21 Schéma de l’étude de la peau extérieure ..........................................................................................................47 Figure 22 Profils étudiés – Montants bois (h.) et aluminium (b.)et caractéristiques de matériaux ...................................51 Figure 23- Cartographie des isothermes du montant de façade ........................................................................................52 Figure 24 – Image de concours tour ALTO- INTER FACES Arch. et SRA Arch................................................................55 Figure 25 – Plans et coupes d’un bloc courant de la Tour Alto - ARCORA .......................................................................56 Figure 26 – Schéma structurel de la vêture - ARCORA ....................................................................................................57 Figure 27 – Cartographie des isothermes de la menuiserie bois-alu- ARCORA ...............................................................60 UTableau 1 Critère de densité-dureté NF B 51-013 .............................................................................................................21 UTableau 2 Indicateurs des classes de retraits-CNDB ........................................................................................................22 UTableau 3 – Définition des classes d’emploi du bois (NF EN 335-2) .................................................................................23 Tableau 4- Classification des essences ............................................................................................................................24 UTableau 5 : Schéma descriptif – Organisation de la transformation du bois ......................................................................25 Tableau 6 Classement de réaction au feu des essences de bois – les Essentiels CNDB ................................................29 Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 64 sur 67 BIBLIOGRAPHIE 5B NORMES N 113/A1, Produits de préservation du bois - Méthode d'essai pour déterminer l'efficacité protectrice vis-à-vis des champignons basidiomycètes lignivores - Détermination du seuil d'efficacité, Août 2004 NF B 51-006, Bois - Détermination du retrait, Sept.1985 NF EN 350-1, Durabilité du bois et des matériaux dérivés du bois - Durabilité naturelle du bois massif - Partie 1 : guide des principes d'essai et de classification de la durabilité naturelle du bois. NF EN 14081-1+A1, Bois de structure à section rectangulaire classé pour sa résistance, Avril 2011, 32 pages NF EN 14081-2, Bois de structure à section rectangulaire classé selon la résistance, Juillet 2010, 21 pages NF EN 338, Bois de structure – Classes de résistance, Septembre 2003, 8 pages NF EN 384 – Bois de structure – Détermination des valeurs caractéristiques des propriétés physiques et mécaniques. NF, EN 1995-1-1, Eurocode 5, Conception et calcul des structures en bois, Partie 1-1 : Généralités –Règles communes et règles pour les bâtiments, Novembre 2005, 127 pages. NF P 21-400, Bois de structure et produits à base de bois, Classe de résistance et contraintes admissibles associées, Mai 2003, 14 pages. NF B 52-01, Classement visuel pour l’emploi en structures des bois sciés français résineux et feuillus, Mars 2007, 17 pages DTU BP 92-703, Règles bois-feu 88, Méthode de justification par le calcul de la résistance au feu des structures en bois. EUROCODE 5, Partie 1.2 : calcul des structures au feu, 2000 INSTRUCTIONS TECHNIQUES RELATIVES AUX FAÇADES N° 249, arrêté 24 Mai 2010 (http://www.sitesecurite.com/) H H DTU 31.20 Partie 1.1 : Construction de maisons et bâtiments à ossature en bois, Cahier des clauses techniques, Janvier 2011 DTU 31.20 Partie 2 : Construction de maisons et bâtiments à ossature en bois, cahier des clauses spéciales, Janvier 2011 DTU 31.20 Partie 1.2 : Construction de maisons et bâtiments à ossature en bois, Critères généraux des matériaux, Janvier 2011 Ou encore différents Avis techniques déposés par des fabricants à l’exemple du procédé Vario en ossature bois, de Saint-Gobain ISOVER., 20/08-136*v1 Les essentiels du bois, CNDB, Novembre 2006,Paris, 5 volumes DTU 33.1, Façades rideaux Partie 1-1 : Cahier des clauses techniques types, Mai 2008, 63 pages. DTU 33.1, Façades rideaux Partie 1-2 : Critères généraux de choix des matériaux, Mai 2008, 25 pages. Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 65 sur 67 DTU 39.4, Travaux de vitrerie miroiterie, Partie 4 : Mémento calculs pour le dimensionnement des vitrages, Octobre 2006, 40 pages. Cahier CSTB 3488, Vitrages extérieurs collés – Cahier des prescriptions techniques, Novembre 2003, 44 pages. Cahier CSTB 3242, Conditions climatiques à considérer pour le calcul des températures maximales et minimales des vitrages, Juillet-Aout 2000, 16 pages. LIVRES GAUZIN-MÜLLER, D. Construire avec le Bois, Editions Le Moniteur, Paris, 1999 p .295 HERZOG, T. NATTERER, J. Construire en bois 2, Presses polytechniques universitaires Romandes, KOLB, J. Bois, Systèmes constructifs, Presses polytechniques universitaires Romandes, Lausanne, 2010, 320pages HERZOG, T. KRIPPNER, R., LANG, W. Construire des façades, Presses polytechniques universitaires Romandes, Lausanne, 2007, 321pages BENOIT, Y. LEGRAND, B. TASTET, V. Calcul des structures en bois, Guide d’application, Afnor et Eyrolles, 2008, Paris, 471 pages. DUPONCHEL, X. DHIMA, D. Guide Eurocode - Action du feu sur les murs et planchers bois, d’après l’Eurocode 5, CSTB, 2009, 100 pages. DESTRAC, J.M. Mémotech : Enveloppe du bâtiment, Casteilla, Saint-Quentin en Yvelines, 2005, 331 pages. MEMENTO Saint-Gobain, 2007, 599 pages SITES INTERNET www.afnor.fr H www.cndb.fr H www.fcba.fr H www.ing-facade.ch/conception-de-facades www.bluntzer.fr H www.wicona.fr H Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 66 sur 67 ANNEXES 6B PROJET ZAC BEDIER Plans Architectes Note explicative – Résistance au phénomène de casse thermique Note de validation des parties vitrées de la FE-DPV Note mécanique de validation des parties vitrées Note mécanique de dimensionnement de l’ossature secondaire PROJET TOUR ALTO Pièces graphiques APS Note de validation de la masse combustible mobilisable NOTES DE FIN 7B i Extraits de HERZOG,T.KRIPPNER,R.WERBER,L. Construire des façades, PPUR, 2007, Lausanne, 316 pages page 19 ii Classement à l’air A* : test de perméabilité à l’air de la menuiserie, c’est-à-dire la quantité d’air qui passe à travers les joints de la menuiserie, à des vents allant de 0 à 112km/h. Classement E* : pression du vent à laquelle la fenêtre reste étanche à l’eau. Classement V* : résistance de la fenêtre aux vents extrêmes en fonction de la région. iii Immeuble de Grande Hauteur iv Etablissement Recevant du Public v C distance verticale, D distance horizontale vi Ethylène-propylène-diène monomère, famille des élastomères spéciaux vii Cahier des Clauses Techniques et Particulières Façades viii Programme for the Endorsement of Forest Certification ix Forest Steward Council x Consommation Energie Primaire xi BISCO, logiciel de calcul thermique suivant l’EN 10077-2 développé par PHYSIBEL xii Décret 2010-273, 15 mars 2010, Intégration d’éléments bois dans la construction, impose 20 dm 3/m² en base, et le référentiel HQE impose 30 dm3/m² en TP (+1pts) et 60 dm3/m² en TP (+2pts). Caroline Lang –spécialité Génie Civil – PFE Juin 2012 Page 67 sur 67
