Optimiser la construction à ossature légère en isolant à l’extérieur pour un climat québécois : est-ce faisable?

Bien au fait de la crise climatique, le domaine de la construction, au Québec comme ailleurs, sera porté à s’assujettir d’une réglementation énergétique plus stricte dans les prochaines années.

En collaboration avec l’APCHQ, Alexis Caron-Rousseau, étudiant à la Chaire industrielle de recherche sur la construction écoresponsable en bois (CIRCERB) de l’Université Laval, s’est donné comme mandat d’évaluer une méthode d’isolation à l’extérieur de l’ossature structurale afin de maximiser l’efficacité de l’isolant des murs en ossature légère, et ainsi tenter de mieux répondre à la réglementation actuelle et future émise par les différents codes de construction provinciaux et fédéraux.

Le récent chapitre B-1.1 du Code de construction du Québec (CCQ) fournit une nouvelle approche quant à l’efficacité énergétique des bâtiments. En vigueur depuis le 27 juin 2020, ce chapitre présente des valeurs de résistance thermique supérieures aux éditions précédentes du Code. Le chapitre propose l’utilisation de critères de résistance thermique effective, tenant compte de la perte thermique engendrée par les montants de bois et autres éléments répétitifs. Pour les maisons et petits bâtiments, la section 11 régit également l’efficacité énergétique. Cette section présente toujours des valeurs de résistance thermique totale, c’est-à-dire, des valeurs maximales au centre de la cavité isolée. Ces valeurs de résistance thermique sont toutefois plus élevées que ce qui était demandé dans les versions antérieures du CCQ. À l’échelle nationale, le Code national du bâtiment (CNB) proposait déjà, dans sa dernière version, des valeurs de résistance thermique effectives plutôt que totales pour les maisons et petits bâtiments. Il y a fort à parier que le CCQ adoptera également cette approche dans la partie 11 de la future version.

L’enveloppe du bâtiment est au cœur des préoccupations concernant l’efficacité énergétique. Elle a un rôle à jouer sur la consommation d’énergie, le confort des occupants et la qualité de l’air intérieur. La volonté de bâtir une enveloppe d’une grande efficacité a également des répercussions sur les coûts à long terme nécessaires afin d’assurer le confort des résidents d’un bâtiment. Est-ce que l’ossature légère, cet emblème de la construction résidentielle, est en mesure d’atteindre de hauts standards énergétiques pour, non seulement préserver son rôle dans la construction résidentielle, mais également s’adapter à la construction de bâtiments de grandes surfaces?

Nous nous sommes penchés sur la question à l’aide d’essais en laboratoire à échelle réelle. Notre objectif était de mesurer plusieurs caractéristiques, notamment la résistance thermique, la performance acoustique par l’indice ASTC et l’étanchéité à l’air, de façon à optimiser un assemblage d’ossature légère avec de l’isolation entièrement à l’extérieur de la cavité structurale. Cet assemblage devait atteindre une performance de l’enveloppe et un rendement énergétique supérieur ou équivalent à ce que la composition d’un mur classique, qui respecte des critères Novoclimat, offre actuellement. L’équipe avait également pour objectif de réaliser des simulations hygrothermiques (simulations tenant compte du transfert de vapeur et de la température) permettant de mesurer le risque de prolifération de moisissures dans les assemblages pour différentes zones climatiques se trouvant au Québec. Pour ce faire, nous avons utilisé des chambres climatiques afin de mesurer ces caractéristiques.

Les assemblages testés, tels que présentés à la Figure 1, proposent des matériaux utilisés couramment dans l’industrie. Ces assemblages ont été modifiés selon les résultats obtenus du précédent assemblage de façon à atteindre une performance équivalente à l’assemblage classique.

FIGURE 1

En quoi une isolation concentrée à l’extérieur des montants est-elle intéressante d’un point de vue énergétique?

Dans la majorité des climats, les différentes problématiques concernant l’isolation (eau, air, température) proviennent majoritairement de l’extérieur. Lorsque l’isolation est concentrée à l’extérieur, la structure porteuse se voit ainsi protégée des conditions extérieures et de la variation de la température permettant ainsi de prolonger la durée de vie du bâtiment. Il devient alors possible de maximiser l’impact de l’isolant sur le transfert de chaleur qui serait autrement réduit par la présence des montants de bois agissant comme ponts thermiques.

L’entièreté de l’isolation à l’extérieur, le pare-vapeur et le pare-air sont ainsi déplacés entre l’isolation et la cavité structurale. La position du pare-vapeur se doit d’être située du côté isolé. En positionnant ces couches sous la couche de l’isolant thermique, on s’assure alors de fournir une protection à la structure. Rapidement lors de la construction, celle-ci est alors isolée autant thermiquement qu’à tout changement d’humidité pouvant entraîner le développement de moisissures. L’isolation à l’extérieur des cavités couplée à une gestion des sources d’humidité par les occupants limite les risques de condensation dans l’assemblage et, par le fait même, assure un confort aux occupants et cela, peu importe le climat extérieur.

Des essais d’étanchéité à l’air et de performance acoustique

L’étanchéité à l’air des assemblages est primordiale afin d’assurer une performance énergétique. Les fuites d’air au travers de l’assemblage contribuent à diminuer le confort des occupants et peuvent entraîner un surplus de condensation dans le mur réduisant la performance des matériaux et augmentant les risques de prolifération de moisissures à même les assemblages.

Un aspect intéressant dans les assemblages possédant un isolant rigide étanche à l’air est l’utilisation de ce composant à titre de pare-air s’il est installé selon les recommandations du fabricant à cet effet. L’isolant rigide faisant office de pare-air permet de limiter le nombre de matériaux à installer et, par le fait même, les coûts.

Les résultats des essais d’étanchéité à l’air réalisés dans une chambre de pressurisation suggèrent que l’utilisation d’un isolant rigide extérieur permet d’améliorer l’étanchéité à l’air de l’assemblage versus un assemblage possédant un pare-air composé d’une membrane de type Tyvek™, même si une membrane pare-vapeur de polyéthylène scellée est utilisée à l’intérieur en complément du pare-air. Les résultats suggèrent également que l’épaisseur du panneau rigide ne contribue que très peu à l’efficacité du pare-air, et donc que cet avantage n’est pas nécessairement attribuable qu’aux assemblages possédant l’entièreté de leur isolation à l’extérieur de la cavité.

FIGURE 2

Quant aux essais acoustiques, la mesure de l’indice ASTC (Apparent Sound Transmission Class) suggère que le retrait de l’isolation de la cavité structurale a un impact négatif sur la performance acoustique de l’assemblage. Les essais acoustiques suggèrent une diminution de neuf points de l’indice ASTC entre l’assemblage possédant de l’isolant en cavité et celui possédant l’entièreté de son isolation à l’extérieur avec les panneaux de polystyrène. L’ajout d’un panneau de fibre de bois de 1 pouce et demi d’épaisseur a d’ailleurs été utilisé pour tenter d’élever l’indice ASTC. Son ajout dans l’assemblage E89F38X63 permet de regagner cinq points, ce qui n’est toujours pas suffisant pour atteindre la valeur ASTC du mur classique.

Finalement, le panneau de fibre de bois combiné à une isolation de panneau semi-rigide de laine de roche permet d’atteindre une valeur ASTC d’un point supérieur à celle du mur classique.

Un modèle simple permettant de prédire le risque de prolifération de moisissures

Un aspect souvent négligé lors de la conception d’un assemblage est la capacité des matériaux à gérer l’humidité de façon à limiter le risque de prolifération de moisissures. Les essais en laboratoire afin de déterminer la performance au transfert de vapeur sont laborieux et de longue durée. De plus, le laboratoire ne possédant pas les installations nécessaires afin de tenir compte de l’impact des infiltrations d’eau et d’air, ces essais n’auraient pas été en mesure de refléter la réalité. Pour ces raisons, l’équipe s’est tournée vers l’étude par simulations hygrothermiques afin de comparer la performance de chacun des assemblages à la gestion de l’humidité.

Le modèle, portant sur des résultats récents d’autres recherches, utilise l’indice de prolifération de moisissures qui propose une notation de 1 à 7 de la visibilité de moisissures selon une description visuelle n’allant d’aucune moisissure visible à une moisissure sur l’entièreté de la surface du matériau; 3 étant considéré comme la valeur du seuil d’acceptabilité. L’indice est calculé selon la température, l’humidité relative de l’air à la surface du matériau ainsi que la résistance du matériau à la prolifération de moisissures permettant une comparaison entre les matériaux. Son utilisation est complémentaire au logiciel de simulations hygrothermiques WUFI®, logiciel populaire chez les architectes et professionnels qui réalisent des simulations hygrothermiques du fait de sa simplicité.

L’utilisation de l’indice de prolifération de moisissures a permis de comparer les assemblages lorsque soumis à des conditions normales d’humidité et lorsque le panneau de revêtement intermédiaire est soumis à un taux d’humidité initial de 250 kg/m³ et à un pourcentage d’infiltration allant de 0,01 % à 0,1 % de la charge de pluie. Alors que tous les assemblages répondent bien à un taux d’humidité initial normal, la figure suivante démontre que lorsque le taux d’humidité initial du panneau de revêtement intermédiaire des assemblages est fixé à 250 kg/m³, certains assemblages n’ont pas le même comportement dépendamment de la proportion de la charge de pluie infiltrée.

De façon générale, on remarque que les assemblages possédant un panneau de revêtement en fibre de bois atteignent un indice de prolifération plus élevé en début de vie alors que le matériau est très sensible à la prolifération de moisissures. Toutefois, étant donné la plus grande perméance de ces matériaux, le séchage de l’assemblage se fait à un taux plus rapide que l’assemblage E140X38 qui possède un panneau de revêtement OSB ayant une perméance plus basse. Quant à l’assemblage comportant simplement un panneau de polystyrène extrudé, la résistance plus élevée du matériau à la prolifération de moisissures et le maintien d’un profil de vapeur des deux côtés du matériau permettent de maintenir l’indice de prolifération à zéro. Les résultats de la simulation démontrent également que les assemblages à isolation par l’extérieur sont moins réactifs à la proportionnalité du taux d’infiltration alors que le taux de séchage de l’assemblage varie moins lorsque le taux d’infiltration augmente, comparativement à l’assemblage 140OX38.

Est-ce que l’isolation entièrement à l’extérieur est bénéfique pour un climat québécois? La réponse à cette question est encourageante, quoique mitigée. Ces assemblages ont le potentiel d’assurer une efficacité supérieure de l’isolation thermique pour répondre aux exigences des codes du bâtiment. Ils ont également le potentiel pour fournir une étanchéité à l’air supérieure et assurer le contrôle de l’humidité en maintenant un taux de séchage élevé. Toutefois, les résultats de l’étude suggèrent que ces assemblages présentent une mauvaise performance acoustique si les matériaux isolants n’ont pas également des caractéristiques favorisant une bonne insonorisation. Finalement, la performance de ces assemblages semble également dépendre fortement du respect de bonnes pratiques lors de la phase de construction du bâtiment. L’entreposage des matériaux à un endroit sec et protégé de la pluie ainsi que le soin apporté aux détails, notamment pour assurer l’étanchéité du pare-air, sont primordiaux afin d’atteindre les objectifs désirés.

FIGURE 3

FIGURE 3a

FIGURE 3b

Collaboration spéciale de la Chaire industrielle de recherche sur la construction écoresponsable en bois (CIRCERB) de l’Université Laval.