Économie de matière et d’énergie au cœur de la recherche

C’est un fait : dans le bâtiment, les évolutions sont lentes. Mais cette lenteur n’est nullement un frein à l’innovation. Et cette nouvelle édition de Batimat, où le renouvellement et la modernisation des procédés constructifs sont considérables, en est la meilleure preuve. Pour s’en convaincre, il suffit d’analyser les produits et process d’il y a une vingtaine d’années et de voir à quel point ils ont évolué. En vingt ans, le contexte s’est aussi considérablement modifié et continue d’avoir une influence considérable sur les produits ou, devrait-on dire, les systèmes. Ces évolutions sont évidemment liées à la notion de développement durable. Un thème fédérateur qui prend tout son sens dans trois domaines du bâtiment marqués par de profondes évolutions : la maîtrise de l’énergie, la sécurité et la rénovation dans laquelle s’inscrit une problématique d’accessibilité pour tous. C’est un autre chantier de taille qui devrait influer notablement sur les habitudes constructives et les produits. En France, tout commence par la réglementation et la mise en place d’une nouvelle mouture de la ­réglementation thermique (RT 2005) tient lieu, cette année, d’actualité.

Produits : une multiplication des fiches environnementales

Rappelons que celle-ci a pour objectif d’améliorer d’au moins 15 % par rapport à la précédente la performance énergétique des bâtiments neufs. Avec en ligne de mire, une diminution de 40 % en 2020. Le texte fixe cinq grandes orientations : en imposant un maximum de consommation énergétique, en introduisant les énergies renouvelables dans les systèmes de référence (chaudière bois, ECS solaire, pompe à chaleur), en favorisant la conception bio­climatique des constructions (apports et protections solaires, orientations..), en renforçant les exigences sur le confort d’été pour mieux prendre en compte le confort thermique et en ­durcissant les exigences sur le bâti et les constructions.

Ces dispositions, qui ne seront pas sans conséquences sur les modes constructifs, ne provoquent pas non plus la révolution attendue. Elles devraient toutefois améliorer nettement la qualité des constructions. Au programme : traitement systématique des ponts thermiques structurels, généralisation des vitrages hautes performances, isolation des planchers bas, renforcement de l’isolation, gestion des apports solaires. Autres évolutions réglementaires et pas des moindres : l’apparition d’une réglementation thermique pour l’existant (voir encadré).

Martelée depuis bientôt une dizaine d’années, la notion de développement durable est de mieux en mieux intégrée par l’ensemble des acteurs : maîtres d’ouvrage, maîtres d’œuvre et entreprises. Quant à la démarche haute qualité environnementale (HQE), elle évolue avec la certification qui intègre désormais les labels réglementaires de performance énergétique (HPE, THPE, BBC…) introduits par l’arrêté du 8 mai 2007. Au chapitre des produits, cela se traduit par une multiplication des Fiches de déclaration environnementale et sanitaire (Fdes) en conformité avec la norme NF-P01-010.

Ces dernières fournissent aux ­professionnels une information objective et normalisée sur les produits en matière d’environnement, tout au long de leur cycle de vie, et permettent ainsi de comparer et d’évaluer l’impact des procédés qu’ils vont utiliser. De fait, l’ensemble des fabricants, qu’ils aient passé leur produit ou non au crible d’une Fdes, font aujourd’hui référence à l’environnement et, plus largement encore, à la notion de développement durable. Charge aux concepteurs, et c’est le plus difficile, de faire le tri entre produits et process véritablement en phase avec ces notions.

L’industrialisation du bâtiment reste un vœu pieux

Dans ce contexte, tous les matériaux de structure tirent leur épingle du jeu et évoluent en tenant compte du facteur environnemental mais pas uniquement. Ainsi, l’industrialisation des process continue d’être l’autre grande tendance et moteur d’innovation pour les systèmes constructifs. C’est le cas avec l’acier. Architectes, économistes, sociétés d’ingénierie, maîtres d’ouvrage : tous le considèrent comme un matériau à la fois traditionnel et moderne. Décliné dans un très large éventail de produits, il apporte désormais des réponses pertinentes à nombre de problématiques techniques et esthétiques. La tendance est là aussi, depuis longtemps, à la préfabrication et à l’industrialisation.

Pour les prescripteurs, les structures acier autorisent la création de grands espaces libres facilement aménageables et modulables, en offrant tous les avantages de la filière sèche : rapidité d’exécution, limitation des déchets, absence de délais de séchage. La technologie a débouché sur des solutions globales dans le secteur tertiaire (petit et grand), en y adaptant des techniques éprouvées dans la construction industrielle. Il s’agit de systèmes de planchers évolutifs à base de poutres alvéolaires et de bacs collaborants.

Ces systèmes mixtes acier-béton, qui optimisent l’élément structurel par des planchers minces, autorisent la conception de plateaux libres, sans poteaux intermédiaires. Autre évolution constatée, les assemblages : comme dans la construction bois, l’acier a subi de profondes ­mutations dans ce domaine, en ­raison notamment d’une industrialisation des process. C’est, par exemple, le développement des assemblages par boulons à précontrainte calibrée, qui permettent de s’affranchir des problèmes de jeux.

Mais si l’acier rencontre un vif succès dans la réalisation de bâtiments prestigieux, tel le musée du Quai Branly à Paris ou dans les bâtiments agricoles ou industriels – 58 % des surfaces construites en Europe d’après l’Otua (Office technique pour l’utilisation de l’acier) –, il peine à se trouver une place dans la construction de logements. Aujourd’hui, toujours selon les chiffres de l’Otua, seuls 2 % des logements en Europe l’utilisent dans leur construction.

Hormis quelques maisons d’architectes, des niches régionales historiques comme la Lorraine ou encore la success story des maisons Phénix, la construction en acier reste exceptionnelle. On peut dire aujourd’hui que cette filière se trouve, pour le logement et la maison individuelle, dans une situation identique à celle du bois il y a une quinzaine d’années : tout reste à faire. Pourtant, les systèmes d’ossature acier ont fait leurs preuves, mais ont du mal à dépasser le stade expérimental. Les observateurs expliquent cette situation par plusieurs facteurs.

Le premier est la carence ­d’entreprises et, à l’instar de la construction bois, de nombreux projets acier sont abandonnés, faute de combattants.

Kits de charpente en bois massif

Ces obstacles n’empêchent cependant pas certains de croire à l’avènement de la structure acier sur le marché du logement. Ainsi, récemment dans le projet Cqfd, initié par Jean-Louis Borloo dans le cadre de son programme de rénovation urbaine, quatre projets sur les seize retenus utilisent des systèmes constructifs métalliques. Le tout pour un coût de l’ordre de 1 000 € HT/m2. Il y a donc un intérêt manifeste pour ces solutions.

Pour le matériau bois, c’est l’embellie. Portée par la vague environnementale, la construction bois ne cesse de se développer et on ne compte plus les projets qui l’intègrent en structure poteau-poutre ou en ossature. L’industrialisation de la charpente continue à favoriser la mutation technologique. Il en résulte des capacités d’usinage plus précises et complexes, de nouveaux assemblages (métallo-collé, goujon collé, bois/bois en queue d’arronde) et une baisse importante des coûts. Grande tendance et non des moindres : le fort développement de la préfabrication dans tous les ­domaines (panneaux de toiture et de façade, caissons de plancher ou de charpente). On trouve ainsi de véritables kits de charpente bois massif, à l’image des fermettes. Enfin, ce type d’outillage autorise la valorisation des bois reconstitués sous toutes leurs formes : lamellé-collé, lamibois, BLR. En terme d’ossature bois, le futur semble prometteur. D’une part, le marché de la maison individuelle offre des perspectives excellentes et, d’autre part, la compétitivité des prix des constructions deviendra très favorable à partir de la prochaine réglementation thermique en 2010. En effet, les systèmes traditionnels devront modifier leur mode constructif, alors que la maison bois n’aura guère de changements à opérer pour passer le cap.

Systématisation de « l’approche système »

De leur côté, les entreprises ont investi le secteur de la maison individuelle en termes de fabrication, de pose et de commercialisation. Elles ont su également, même si c’est imparfait, optimiser la gestion des chantiers. Des améliorations sont encore possibles en raison de la facilité à industrialiser les process et du développement de la préfabrication. Le Comité national pour le développement du bois (Cndb) a élaboré depuis quelques années, avec de nombreux partenaires, un cycle de formation complet. Appelée Maisons bois outils concept (Mboc), cette formation se fonde sur l’une des techniques de construction bois la plus répandue : l’ossature ­plate-forme. Elle répond aux besoins de réalisation de la maison bois en secteur diffus et du petit collectif. Sa particularité est d’intégrer l’ensemble des éléments de la chaîne en cumulant un apprentissage sur les fonctions de commercialisation, de conception et de réalisation. ­L’objectif est d’apporter des réponses à la fois rapides et pertinentes. Avantages supplémentaires, elle crée enfin un langage commun entre concepteurs et réalisateurs, via l’utilisation d’éléments et de matériaux de base standardisés.

Autres tendances susceptibles de modifier les habitudes : le marquage CE qui engendre la libre circulation des produits. Déjà, les panneaux en bénéficient et les ossatures bois devraient les rejoindre. La conséquence probable de ce marquage réglementaire sera une qualité accrue pour les produits qui ne bénéficient actuellement d’aucun autre marquage sur le plan national. La libre circulation des composants va ouvrir le marché à l’international. Des fabricants de kit d’ossatures des pays de l’Est de l’Europe, sollicités par des entreprises françaises et les grands groupes industriels du bois du nord de l’Europe, sont déjà présents ou à l’affût.

Recherche sur les économies de matière

Pour le béton, les grandes tendances des années précédentes sont encore d’actualité. Dans toutes les formulations désormais connues sous les noms de BAP, BAN, BHP, Buhp, Bfuhp…, le sur mesure répond aux attentes des professionnels : résistance mécanique (jusqu’à 200 MPA), durabilité, inertie thermique, confort acoustique et résistance au feu. Rappelons que l’ensemble des évolutions constatées est étroitement lié aux recherches menées sur la réduction d’eau et des vides dans le mélange. L’objectif étant de limiter les désordres que cause l’eau non consommée par l’hydratation du ciment, tels que microfissurations, ruptures et déformations de retrait et de fluage. Selon les formulations, on obtiendra une résistance mécanique plus élevée, une facilité de mise en œuvre, une rapidité, une qualité des parements ou la totalité. L’une des conséquences liée à cette pluralité conduit à privilégier, comme dans l’industrie, l’approche système. L’objectif étant de valoriser la technique en permettant, par exemple, de calculer un bâtiment à plus haute résistance, tout en réduisant la section des structures. C’est le cas notamment des poutrelles de planchers préfabriquées en béton hautes performances (BHP), qui autorisent des sections plus fines et de plus grandes portées sans étaiement. Comme beaucoup d’autres matériaux, le béton affiche de nouvelles fonctions : c’est le cas des bétons autonettoyants. Issus de la recherche, ils utilisent l’oxyde de titane pour dégrader par photocatalyse les molécules organiques à l’origine des salissures. Ces bétons sont particulièrement adaptés à la préfabrication des panneaux en bicouche. Le parement extérieur du panneau est traité avec le béton autonettoyant (5 à 6 cm), alors qu’un ciment classique est utilisé pour la partie structure. Ils sont désormais au stade de la commercialisation avancée ainsi que les bétons autodépolluants, qui, selon des principes identiques, transformeront les NOx en éléments non-nocifs pour l’environnement. Ces derniers sont actuellement en test grandeur nature.

En préfabrication, davantage que sur les chantiers où l’on trouve encore des réticences, on note une montée en puissance de l’utilisation des bétons autoplaçants (BAP). Le projet national BAP a permis de lever les derniers doutes sur leurs caractéristiques et ils sont de plus en plus employés en lieu et place des bétons traditionnels pour tous les produits à démoulage différé. Ils sont intéressants pour l’industriel en apportant des progrès notables dans les conditions de travail à l’atelier (abandon de la phase de vibration, réduction du bruit, gains en sécurité…) doublé d’une réduction de l’usure des coffrages. Ils le sont tout autant pour les utilisateurs, de par l’amélioration remarquable des produits. Notamment en termes de qualité des parements et de durabilité. Ainsi, les coffrages ont été adaptés pour être parfaitement étanches, et comme les BAP sont très homogènes, ils ne se séparent pas dans le coffrage. Il en résulte donc des défauts minimes de surface. Autre avantage lié à l’homogénéité, la limitation des risques de corrosion des armatures. Employés dans des plages de performance de 50 à 60 Mpa, ils participent à l’allègement de l’ouvrage, à l’amélioration des performances mécaniques, l’affinement des constituants, la manutention et le transport sont facilités.

L’arrivée du ciment sans poussière

Plus classiquement, les industriels notent une forte demande en poutres (20 x 20 cm jusqu’à 50 x 80cm) et les poutres en I, dédiées par exemple à la réalisation de bâtiments industriels, ont des caractéristiques que les aciers ne sauraient revendiquer : résistance au feu, charpente sans entretien.

En prédalles, deux produits se partagent désormais le marché. Les dalles armées, plus faciles à coffrer, sont disponibles jusqu’à des portées de 6 m et sont plutôt utilisées dans le logement. Inertes, elles ne bougent pas dans le temps. Les dalles précontraintes, plus performantes (portée jusqu’à 6,60 m), sont plutôt utilisées pour des applications dans les bâtiments industriels ou tertiaires en raison de leur plus grande portée.

Toujours en préfabrication, la multifonctionnalité est au rendez-vous car le béton ne peut tout ­résoudre seul. Il faut, RT 2005 oblige, par exemple, y intégrer des éléments d’isolation thermique. C’est désormais une réalité avec l’arrivée de prédalles équipées en usine de dispositifs destinés à recevoir, sur le chantier, des éléments isolants qui assureront une rupture thermique.

Ce sont aussi les prémurs isolants qui intègrent un isolant thermique au mur coffrant. Outre leurs avantages connus (facilité et rapidité de mise en œuvre, procédé propre, qualité constante…), ces véritables enveloppes multifonctionnelles apportent une réponse pertinente en terme d’isolation par l’extérieur. En effet, ils ne présentent pas la complexité des solutions habituellement proposées, puisqu’ils sont intégrés à la structure. Avec ce procédé, le mur allie esthétique d’une façade en béton brut soigné et isolation thermique par l’extérieur. À terme, la multifonctionnalité pourrait aller jusqu’à l’intégration d’une partie des ­réseaux. Pourquoi ne pas ­imaginer des fonctionnalités dans les planchers ou murs à coffrage intégré qui comprendraient, par exemple, les gaines électriques et une partie des fluides ?

Autres avancées technologiques pour les ciments, l’émergence de ciment et de mortier sans poussière. Des produits qui vont apporter au maçon un confort d’utilisation sans pareil. Ces derniers offrent, en effet, la particularité de n’émettre aucune poussière lorsque les sacs sont ouverts et leur contenu déversé dans la bétonnière, cette évolution découlant d’un nouveau concept de formulation. Outre cette spécificité, ces deux produits, pré-adjuvantés apportent, chacun dans leur domaine, des caractéristiques particulières facilitant les mises en oeuvre. Le béton plus plastique, acquiert une résistance à court terme plus rapide qu’un béton courant, tout en consommant moins d’eau. Le mortier, plus résistant qu’un ciment à maçonner, devient plus souple et de ce fait polyvalent, pouvant être employé en pose de blocs, chape de carrelage, chape finie.

On ne présente plus la brique monomur qui est sur le point de devenir un classique de la construction. Ses propriétés en termes d’isolation et de régulation thermique sont désormais connues : le mur est à la fois porteur et isolant, sans adjonction de doublages intérieur ou extérieur, et dispose des propriétés physiques d’un mur massif à l’ancienne.

Mais la brique monomur a apporté bien davantage au monde de la construction, à savoir le développement de la technique de la maçonnerie à joints minces. Très ­marginal lorsqu’il a été introduit, ce procédé représente aujourd’hui 90 % des chantiers de brique monomur. Il s’est ensuite étendu aux briques rectifiées de 20 et intéresse désormais tous les types de blocs constructifs : le béton cellulaire puisque c’est le premier matériau à l’avoir développé, le bloc en granulats de pierre ponce et, depuis peu, le classique bloc béton mais rectifié. Ce développement spectaculaire s’explique, notamment par les gains de temps à la pose estimés de 20 à 40 % par rapport à une pose traditionnelle au mortier. Cette croissance est motivée également par les qualités que ce type de pose confère à la construction. En effet, le joint mince supprime les ponts thermiques au droit des joints et limite du même coup les déperditions du même ordre.

La maçonnerie à joints minces est désormais intégrée à la nouvelle version de la norme DTU 20-1 maçonnerie et passe donc dans le domaine des techniques traditionnelles.

Favoriser les systèmes solaires intégrés

Le DTU reprend l’ensemble des dispositions applicables ultérieurement dans les avis techniques des fabricants. Il fixe les tolérances dimensionnelles des éléments, précise le type d’outillage à utiliser et définit la nature et la conception des mortiers. Ces derniers seront, bien entendu, adaptés à la nature des éléments de maçonnerie, avec des propriétés de mise en œuvre conformes au mode de pose et à l’outillage.

Ainsi, selon le nouveau DTU, le montage à joints minces exige du mortier des propriétés rhéologiques en accord avec le profil structurel du matériau et avec l’outil d’application.En couverture, la grande tendance tient à l’arrivée massive de systèmes destinés à la production d’énergie solaire photovoltaïque et plus rarement, thermique. Ces éléments de couverture permettent de mieux intégrer capteurs photovoltaïques ou solaires thermiques à l’enveloppe du bâtiment. Cette banalisation touche l’ensemble des matériaux de couverture : tuiles, feuilles de zinc, bacs acier, ardoise ou encore fenêtres de toit, étanchéité toiture-terrasse. Ces systèmes se distinguent par leur approche « filière couverture » ou étancheurs. Cette approche a séduit la commission européenne en charge du développement des énergies ­renouvelables.

Celle-ci est, en effet, à la recherche de produits simples aptes à promouvoir et à démocratiser l’accès à l’énergie photovoltaïque. Séduit également, le législateur français puisque ce dernier privilégie, avec un tarif d’achat supérieur, les systèmes intégrés. Fixé par ­décret, le prix d’achat du kWh pour les installations photovoltaïques constitue, en effet, l’un des leviers sur lequel s’appuient les pouvoirs publics pour promouvoir le solaire photovoltaïque. Récemment, les ­tarifs ont été relevés et ont atteint un niveau semblable à celui observé chez nos voisins. Il existe cependant une particularité : la France a choisi, à travers le coût d’achat de l’électricité, de favoriser le développement des systèmes intégrés à la toiture. Ainsi, le tarif pour 2007 a été porté à 30 centimes pour les modules classiques auxquels s’ajoutent 25 centimes de prime d’intégration au bâti pour les éléments intégrés, soit un total de 55 centimes par kWh acheté.

Le zinc prend des couleurs

En couverture proprement dite, le zinc, en dépit d’une hausse de prix des matières premières, conserve un attrait certain pour les prescripteurs, dans le neuf et bien sûr pour les travaux de rénovation. Les normes actuelles allient qualité constante et résistance exceptionnelle à la corrosion. Les alliages modernes, encadrés depuis 1997 par une norme européenne (EN 988), sont élaborés à partir d’un zinc très pur, obtenu par procédé électrolytique et par addition de cuivre et de titane en quantité contrôlée. Les propriétés desdits alliages sont ainsi améliorées : le cuivre le rend plus dur et augmente sa résistance mécanique, et il agit également sur la coloration de la patine (plus grise avec les ­nouveaux).

Le titane augmente la résistance au fluage du matériau, notamment sous l’alternance des contraintes thermiques. À 100 °C, le coefficient de dilatation passant de 3 mm/m pour les laminés anciens à 2,2 mm/m pour les produits de dernière génération. À titre de comparaison, le cuivre a un coefficient de dilatation admis compris entre 1,65 et 1,8 mm/m, tandis que celui du plomb de ­couverture est de 2,92 mm/m.Concrètement, les feuilles de zinc utilisées aujourd’hui, en neuf comme en rénovation, présentent des épaisseurs courantes de 0,65, 0,70 et 0,80 mm. Leur largeur maximale qui dépend de la région (règles N.V.) est généralement comprise entre 500 ou 650 mm. Les longueurs, quant à elles, ont augmenté avec le temps, passant de 3 m en feuilles traditionnelles jusqu’à des « longues feuilles » pouvant atteindre 20 m.

Esthétiquement, la tendance est au produit coloré ou prépatiné. Pour répondre à la demande, en particulier sur certains sites classés, les fabricants ont développé des traitements spécifiques.

Pose à joints debout préconisée

Ceux-ci reposent sur l’immersion du zinc naturel dans des solutions modifiant durablement la structure superficielle du métal, sans en altérer ses qualités. Ils sont disponibles en plusieurs teintes, de l’anthracite au gris souris proche de la couleur de la patine naturelle. Certains fabricants y intègrent également des pigments de couleurs. Des nuances qui offrent la possibilité de combiner entre eux les différents aspects de surface en jouant, par exemple, sur le contraste du plus clair et du plus foncé. En ce qui concerne la mise en ­œuvre, c’est pour le moment la pose à joints ­debout qui a la faveur des entreprises et des prescripteurs. Cette méthode plus moderne, qui convient au neuf comme à la rénovation, s’affranchit des tasseaux et des couvre-joints.

Ce qui n’empêche pas la technique plus ancienne – la couverture à tasseaux et agrafures – d’être ­encore d’actualité, particulièrement en rénovation. Apparue vers 1830 pour se généraliser sous le Second ­Empire, c’est elle qui confère aux toitures ­parisiennes cet aspect si ­particulier. Plus techniques mais aussi plus ­rares, les couvertures chaudes par opposition aux autres procédés appelés toitures froides (ventilées). Très efficaces, notamment dans les régions à très forte hygrométrie ou pour des bâtiments comme les piscines, ces systèmes sous avis technique imposent souvent assistance et conseil du fabricant. Ici, le zinc est revêtu en sous-face d’une laque polymérisée le protégeant de la condensation (épaisseur de la laque 60 microns). Dans le domaine des tuiles et particulièrement des tuiles terre cuite réservées au patrimoine, les industriels aux côtés des tuileries spécialisées ont réalisé d’énormes progrès. On trouve sur le marché des produits de qualité dédiés, qui reprennent toutes les spécificités régionales.

Un rôle prépondérant pour la couverture végétalisée

Des modèles vieillis proposés en de nombreux coloris qui réalisent des camaïeux renforçant l’aspect ancestral des couvertures. Avec ces tuiles, il est possible d’utiliser cette richesse pour créer des effets différents, souligner la diversité des volumes, et réaliser des propositions distinctes suivant les zones. Des tuiles qui ont toutes les qualités des tuiles « modernes » et ne subissent à la fabrication aucun traitement particulier si ce n’est, pour certaines, l’ajout d’agents destinés à les alléger. L’imperméabilité, la résistance au gel ou à la flexion sont d’abord obtenues par les modes de cuisson et la qualité des argiles utilisées : ainsi, plus l’argile est fine, plus elle résiste au gel. La plupart des tuiles ne sont pas siliconées. Une telle tuile ne laissant plus respirer naturellement le matériau, elle risque de provoquer de la condensation à l’interface toiture charpente, surtout dans le cas d’un écran de sous-toiture. Ce traitement est d’autant plus ­inutile que les ­pores ont tendance à se boucher avec les poussières. Sachant qu’il limite l’adhérence des mortiers de scellement, son seul intérêt est de servir de cache-misère pour dissimuler des argiles de mauvaise qualité. Notons que le DTU 40.22 « couverture en tuiles canal de terre cuite » impose au fabricant d’inscrire la mention « tuiles siliconées » sur la documentation ­technique du ­produit. Mais sur le plan du développement durable, ce sont probablement les toitures végétalisées qui auront un rôle de plus en plus grand à jouer.

Communes en Allemagne, elles sont aujourd’hui très prisées dans notre pays et nombre de fabricants, encore frileux il y a deux ans, proposent désormais des solutions techniques complètes, particulièrement en végétalisation extensive. Outre leurs propriétés environnementales intrinsèques – effet retardateur des écoulements d’eaux de pluie en agissant comme ­régulateur pluviométrique, améliorations des performances thermiques (en été comme en hiver) et acoustiques, amélioration de la qualité de l’air dans les villes par absorption du gaz carbonique par les végétaux –, ces systèmes assurent une protection mécanique de l’étanchéité en doublant quasiment sa durée de vie.