Risque de condensation sur les conduites d'évacuation d'eau situées à l'intérieur des bâtiments 2011/03.16

Cet article livre un aperçu des résultats d'une étude menée par le CSTC dans le but d'évaluer le risque de condensation sur les conduites des installations d'évacuation en contact avec l'air (froid) extérieur. Durant cette étude, nous avons également tenté d'établir des recommandations concrètes afin d'éviter d'éventuels problèmes dus à l'écoulement des eaux de condensation.
  1. Avaloir pour eaux pluviales
  2. Conduite de ventilation primaire
  3. Conduite de raccordement
  4. Descente d'eau pluviale
  5. Ouverture d'inspection
  6. Conduite de branchement
  7. Conduite de ventilation terminale
  8. Egout des eaux pluviales
  9. Egout des eaux usées
  10. Regard de visite
  11. Branchement privé
  12. Egout privé
  13. Avaloir sans coupe-air
  14. Séparateur de boue
  15. Séparateur d'hydrocarbure
  1. Conduite de refoulement
  2. Puisard
  3. Avaloir
  4. Colonne de ventilation secondaire
  5. Conduite de ventilation secondaire directe
  6. Conduite de ventilation
  7. Colonne d'évacuation mixte à ventilation primaire uniquement
  8. Colonne d'évacuation mixte à ventilation secondaire directe
  9. Colonne d'eaux ménagères à ventilation primaire uniquement
  10. Colonne d'eaux ménagères à ventilation secondaire terminale
Fig. 1 Conduites d'évacuation des eaux pluviales gravitaires et conduites de ventilation au sein du volume protégé

Il existe au sein du volume protégé et isolé des bâtiments un risque de condensation sur les conduites des installations d'évacuation lorsqu'elles sont en contact avec l'air (froid) extérieur. Les conduites de ventilation primaires et secondaires des systèmes d'évacuation des eaux usées et les conduites d'évacuation des eaux pluviales (gravitaire et sous pression, cf. figures 1 et 2) sont des exemples de telles conduites. La figure 3 illustre la formation d'eau de condensation sur une conduite d'évacuation d'eaux pluviales.

Fig. 2 Evacuation des eaux pluviales sous pression dans le volume protégé
Fig. 3 Condensation sur une conduite d'évacuation d'eaux pluviales

Dans le cas des conduites de ventilation, une évacuation d'eau via la conduite verticale provoque une aspiration de l'air extérieur. Cet air frais refroidit les parois de la conduite, surtout au sommet de celle-ci. Une fois l'eau évacuée, l'air frais ne pénètre plus dans la conduite et ses parois se réchauffent à nouveau au contact de l'air ambiant plus chaud. Par ailleurs, l'air frais encore présent dans la conduite sera expulsé par l'air plus chaud provenant des égouts (effet de cheminée). Le risque d'une condensation de longue durée sur les conduites de ventilation semble donc limité.

En ce qui concerne les conduites d'évacuation d'eaux pluviales, l'écoulement de pluie ou de neige fondante le long des parois intérieures entraîne un refroidissement plus important de ces dernières.

D'une part, la perte de chaleur due à la différence de température entre l'air du bâtiment et l'air dans les conduites entraînera une perte d'énergie au sein du volume protégé. D'autre part, à certains moments, la température de la paroi extérieure de ces conduites descend en dessous du point de rosée de l'air intérieur, ce qui engendre une condensation sur ces parois. Ce risque concerne donc principalement les conduites d'évacuation d'eaux pluviales.

Etude expérimentale

Le CSTC a entamé une étude restreinte afin d'évaluer ce risque de condensation. Au cours de cette étude, nous avons relevé, durant les quatre mois de la période hivernale 2010-2011, la température de la paroi extérieure d'une conduite d'évacuation verticale d'eaux pluviales située dans une tour chauffée de huit étages (22,5 m de hauteur). Il s'agissait plus précisément d'une conduite DN 75 en PVC raccordée à un avaloir placé sur une toiture plate (6 x 2,5 m).

Les paramètres suivants ont également été suivis durant l'étude : la température intérieure à cinq endroits différents dans le bâtiment, la température au droit de l'avaloir de toiture et la quantité de précipitations. La période de mesure comportait tant une phase où les températures extérieures étaient relativement élevées (environ 16 °C) qu'une phase de très basses températures (jusqu'à -4,5 °C). La température intérieure est restée relativement stable (entre 17 et 22 °C), si ce n'est durant une période de fermeture, à la fin du mois de décembre, durant laquelle le bâtiment n'a pas été chauffé.

Résultats

Fig. 4 Evolution de la température de la paroi extérieure d'une conduite d'évacuation d'eaux pluviales au premier et au huitième étage de l'immeuble étudié

La figure 4 indique la température de la paroi extérieure de la conduite d'évacuation d'eaux pluviales au huitième étage (ligne bleue) et au premier étage (ligne rouge), à une distance respective de 1 m et de 18 m de l'avaloir sur la toiture plate. Ce graphique nous montre également la température extérieure et l'intensité des précipitations pour la même période.

Ceci nous a permis de déterminer :
  • que la paroi de la conduite a régulièrement atteint des températures égales ou inférieures à 12 °C. Bien que les températures les plus basses aient été mesurées au huitième étage (au début de la conduite d'évacuation d'eaux pluviales), des baisses de températures significatives ont également été observées au premier étage

  • que la corrélation entre la température de l'air extérieur et la température de la paroi extérieure de la conduite est assez limitée

  • qu'il existe clairement une corrélation entre les températures minimales de la paroi extérieure de la conduite et les périodes de précipitations. Les minima sont, autrement dit, dus à l'eau qui s'écoule le long de la paroi de la conduite.
Nous tenons à signaler que les valeurs mesurées constituent probablement une sous-estimation des situations les plus courantes. La conduite utilisée pour cette étude étant en effet surdimensionnée par rapport à la surface de la toiture à laquelle elle est raccordée (DN 75 pour 15 m²), le rapport entre la quantité d'eau pluviale évacuée et la surface de la paroi était inférieur à la normale. Les baisses de températures et la distance sur laquelle elles ont lieu seront sans doute plus importantes dans la réalité.

Le risque de condensation dépendra évidemment aussi de l'humidité relative et de la température de l'air dans la pièce traversée par les conduites. Ainsi, dans un bâtiment de classe de climat III (cf. Note d'information technique n° 215) avec une humidité relative de 60 % (immeubles à appartements, hôpitaux, théâtres, salles de fête, p. ex.) et une température intérieure de 20 °C, la condensation apparaîtra déjà sur les éléments dont la température de surface est de 12 °C. Etant donné que des températures plus faibles ont fréquemment été enregistrées à l'extérieur de la conduite durant cette étude, nous pouvons déduire qu'il existe un risque réel de condensation sur les conduites d'évacuation d'eaux pluviales et ce, en fonction de la classe de climat intérieur.

Ce risque semble a priori plus limité pour les conduites de ventilation, bien que l'étude ne permette pas de tirer des conclusions formelles. Il est également difficile de se prononcer sur l'effet des pertes de chaleur, via ces conduites, sur les besoins calorifiques de l'ensemble du bâtiment.

Conclusion et recommandations

Il existe, pour les conduites d'évacuation d'eaux pluviales situées dans un volume protégé, un risque de condensation en fonction de la température et de l'humidité relative de l'air intérieur. En dehors de toute autre considération, il est dès lors recommandé d'évacuer ces eaux par des conduites placées à l'extérieur. Si cela s'avère impossible (pour les grand bâtiments, p. ex.), la conduite doit être isolée aux endroits où l'écoulement de l'eau de condensation risque de provoquer des dégradations (conduites horizontales situées contre le plafond, p. ex.).

Pour les bâtiments où règnent des températures et une humidité de l'air relativement peu élevées, il convient de prévoir une isolation d'environ 10 mm d'épaisseur (dans le cas d'un matériau isolant pour lequel λ = 0,04 W/m.K). Si les températures intérieures et le taux d'humidité sont plus élevés, une épaisseur de 15 à 20 mm conviendra dans la plupart des cas. L'isolant doit, par ailleurs, être étanche à la vapeur et appliqué minutieusement, comme pour les conduites de refroidissement. En cas d'utilisation d'un isolant perméable tel que la laine minérale, une barrière à la vapeur doit être appliquée.


B. Bleys, ir., chef de projet, laboratoire 'Energie durable et technologies de l'eau', CSTC