Performances énergétiques des constructions en bois 2013/01.03

Les bâtiments dotés de parois en bois présentent plusieurs avantages en termes de performances énergétiques. Le présent article les illustre dans la perspective d'une réglementation thermique en constante évolution. Nous montrerons également des exemples de nœuds constructifs conformes à la PEB et aborderons enfin plus en détail le confort estival.
Depuis 2006, les diverses Régions de notre pays ont introduit une réglementation relative aux performances énergétiques et au climat intérieur des bâtiments neufs (PEB). Pour satisfaire à ces réglementations, les valeurs U (coefficient de transmission thermique) des parois ne peuvent pas dépasser certaines limites (valeurs Umax), fixées par chaque Région et disponibles sur leurs sites respectifs (voir www.normes.be, domaine 'Energie et climat intérieur'). Ces valeurs limites ne cessent d'évoluer. Au moment de publier le présent numéro, la valeur limite des façades et toitures oscille, selon les Régions, aux alentours de 0,3 W/m²K (voir tableau A pour les valeurs exactes). Sous la pression de l'Europe, ces réglementations thermiques se verront renforcées. En matière de constructions neuves, tous les bâtiments devront être à consommation d'énergie quasi nulle d'ici 2020. Le secteur de la rénovation est lui aussi concerné et les critères seront également de plus en plus sévères.

La sévérité croissante des exigences en matière de performances énergétiques nécessitent des épaisseurs d'isolation de plus en plus importantes. Il est probable que ces épaisseurs augmenteront encore sensiblement, dans la mesure où la valeur limite du coefficient de transmission thermique des parois extérieures opaques continuera à baisser dans les dix prochaines années pour atteindre environ 0,15 à 0,10 W/m²K (soit les mêmes valeurs que celles des maisons passives). En Région de Bruxelles-Capitale, les niveaux d'exigence équivalant au standard passif seront même obligatoires pour tous les projets de nouvelle construction à partir de 2015.

Caractéristiques et avantages des constructions en bois

L'augmentation du niveau d'isolation thermique global des bâtiments, tant pour les nouvelles constructions que pour les rénovations, incite à accorder de plus en plus d'attention à la performance de l'enveloppe du bâtiment. Le bois étant un faible conducteur de chaleur (λ ≈ C 0,13 à 0,17 W/mK) et la plupart des constructions en bois se caractérisant par une structure creuse, ce type de construction se prête idéalement à la réalisation de bâtiments présentant une isolation thermique de haute qualité. Dans le cas de la construction à ossature en bois, l'espace entre les montants peut même être complètement rempli de matériau isolant.

A | Valeurs U maximales pour murs extérieurs et toitures selon la réglementation thermique actuelle des diverses Régions de notre pays
Région Umax [W/m²K]
Murs extérieurs Toiture
Région wallonne 0,32 0,27
Région de Bruxelles-Capitale 0,4 0,3
Région flamande 0,32
(à partir du 01/01/14 : 0,24)
0,27
(à partir du 01/01/14 : 0,24)

Les matériaux d'isolation souples (tels que la laine minérale, la laine de bois ou la cellulose) placés sous forme de panneaux semi-rigides ou de flocons à insuffler conviennent en principe mieux au remplissage du creux entre les éléments de bois. En plaçant une couche d'isolation supplémentaire à l'intérieur et/ou à l'extérieur de la paroi, la résistance thermique peut encore être accrue et la faiblesse thermique au droit des montants peut être limitée. Par ailleurs, ces couches supplémentaires peuvent aisément être réalisées de manière ininterrompue. Les déperditions thermiques induites par les montants peuvent également être réduites en utilisant des éléments à section en forme de I, ce qui permet de limiter la fraction de bois dans la paroi (pourcentage de bois par rapport à l'isolation). Des panneaux rigides présentant une valeur λ assez favorable, tels que le polyuréthane (PUR) ou le résol (RF) (de l'ordre de 0,020 W/mK) peuvent être utilisés comme isolation supplémentaire. Lors du choix des matériaux destinés aux parois extérieures, il est essentiel de tenir compte de la résistance à la diffusion de vapeur d'eau des couches respectives et, si nécessaire, de prévoir un pare-vapeur adapté du côté chaud de l'isolation, afin d'éviter la condensation interne. Grâce à des modèles de simulation tels que la méthode de Glaser, il est possible de voir s'il existe un risque de condensation par diffusion de vapeur (fonction du climat intérieur) et de déterminer éventuellement les performances du pare-vapeur. Des outils de simulation dynamique plus élaborés permettent également d'évaluer le comportement hygrothermique des parois. Notons à cet égard qu'il est crucial de veiller également à l'étanchéité à l'air de la paroi, vu que la plupart des problèmes d'humidité sont dus aux flux d'air dans l'enveloppe du bâtiment. En adoptant les mesures précitées (et éventuellement en les combinant), il est relativement facile d'atteindre, avec une construction à ossature en bois, des valeurs U d'environ 0,15 W/m²K et des valeurs K globales plus ou moins égales à 30.

A niveau d'isolation thermique égal, l'épaisseur d'une structure portante en maçonnerie ou en béton sera toujours supérieure à celle d'un bâtiment à ossature en bois.

La technique de l'ossature en bois est de plus en plus utilisée dans le cadre de la rénovation (par exemple, lors de la pose contre une façade existante de panneaux préfabriqués parfois pourvus dès l'atelier d'une maçonnerie extérieure et/ou d'installations).

Enfin, il peut s'avérer intéressant de combiner une structure portante lourde (qui procure une inertie thermique supplémentaire, favorable au confort estival) avec des parois extérieures en panneaux de bois légers bien isolés. Ce mode de construction hybride est de plus en plus courant, notamment dans les bâtiments tertiaires tels que les immeubles de bureaux.

Nœuds constructifs

Les réglementations PEB imposent de tenir compte des déperditions thermiques par les nœuds constructifs lors de la détermination des niveaux K et E. Les nœuds constructifs désignent les endroits de l'enveloppe du bâtiment où les parois se rejoignent (jonction entre une fenêtre et la maçonnerie, jonction en pied de mur, …) et les endroits où la couche isolante est interrompue localement (colonne, ancrage ponctuel, balcon, …).

Les réglementations PEB fixent la manière de déterminer l'influence des nœuds constructifs sur le coefficient de transmission de chaleur. Trois méthodes sont proposées. La méthode la plus utilisée (option B : méthode des nœuds thermiques conformes à la PEB) prévoit une petite pénalité forfaitaire sur le niveau K pour les nœuds constructifs à pont thermique négligeable (conformes à la PEB).

Un nœud constructif est conforme à la PEB s'il satisfait au moins à l'une de ces conditions :

  • soit sa performance énergétique est meilleure qu'une certaine valeur limite (ψ ≤ ψe,lim)

  • soit en répondant à l'une des règles de base pour un élément à pont thermique négligeable.
On tentera d'abord de rendre le nœud constructif conforme à la PEB en satisfaisant aux règles de base. Pour de plus amples informations, le lecteur intéressé consultera Les Dossiers du CSTC 2010/3.16.

B | Caractéristique thermique des matériaux isolants utilisables dans une construction à ossature en bois et de matériaux de construction courants
Caractéristique ρ [kg/m³] c [J/kgK] (1) λ [W/mK] C [J/m²K] (2)
Matériaux d'isolation
Laine minérale 30 1.030 0,035 (3) 4.326
Flocons de cellulose 45 1.600 0,040 (3) 10.080
Panneau de fibres de bois 160 2.000 0,039 (3) 15.400
Matériaux de construction (4)
Bois 550 1.600 0,13 112.760
Brique (pleine) 2.100 1.000 0,81 294.000
Béton (armé) 2.500 1.000 1,7 350.000
(1) Les valeurs de c sont issues de la norme NBN EN ISO 10456.
(2) Les valeurs de C sont calculées pour une épaisseur de couche admisez de 14 cm.
(3) Valeurs indicatives.
(4) Les valeurs de λ sont issues du document de référence en matière de transmission PEB.

Confort estival

Le confort estival des bâtiments composés de parois extérieures légères, comme dans le cas de la construction à ossature en bois, suscite parfois des questions. Du fait de leur masse relativement faible, les murs et les planchers affichent une inertie thermique plus basse que les constructions massives. Cependant, ces caractéristiques n'entraînent pas forcément un plus grand risque de surchauffe. Si le bâtiment est conçu et réalisé correctement en tenant compte des principes de base présentés ci-après, il est tout à fait possible d'obtenir un confort estival satisfaisant.

La qualité de réalisation des parois extérieures en bois a une influence indéniable sur le confort estival, mais l'incidence des surfaces vitrées dans l'enveloppe du bâtiment et la présence de protections solaires sont plus importantes. De larges surfaces vitrées laissent passer une plus grande quantité de chaleur (rayonnement solaire) à l'intérieur et l'empêchent de s'échapper par cette même voie (effet de serre). La première mesure essentielle pour un bon confort estival consiste dès lors à limiter la surface vitrée à ce qui est nécessaire pour bénéficier d'un apport de lumière naturelle suffisant et à prévoir des stores pare-soleil performants, de préférence mobiles, afin de laisser entrer l'énergie solaire en hiver et en mi-saison (exploitation des gains solaires passifs, réduction de la consommation de carburants fossiles) et de limiter la pénétration de chaleur durant les périodes de grande chaleur.

En été, la chaleur qui entre par les parties vitrées ou les parois doit être évacuée autant que possible grâce à la ventilation nocturne. Pour ce faire, il y a lieu de prendre un certain nombre de dispositions pratiques (menuiseries ouvrantes, pose de grilles anti-effraction, …).

Enfin, la capacité thermique des éléments environnants (murs, sol, …) joue également un rôle en influençant la dynamique de l'évolution de la température intérieure. Plus un bâtiment a une capacité thermique élevée, plus la température à l'intérieur des locaux augmentera lentement, mais plus elle baissera lentement après une période de grande chaleur. La capacité thermique d'une paroi est déterminée par sa masse volumique et la capacité thermique 'c' des matériaux la composant. A cet égard, les parois à ossature en bois, en raison de leur masse plus faible, offrent de moins bons résultats que les parois massives en maçonnerie ou en béton.

L'impact de l'utilisation de matériaux ayant une capacité thermique et une densité élevées est toutefois limité par rapport à celui des autres facteurs susmentionnés. L'essentiel est donc d'empêcher la chaleur d'entrer (en limitant la surface vitrée et en prévoyant des stores pare-soleil) et d'évacuer le plus vite possible la chaleur entrante (ventilation nocturne).

Pour plus d'informations sur le confort estival dans les constructions légères telles que les toitures inclinées, nous renvoyons le lecteur vers Les Dossiers du CSTC 2010/3.16.