Mouvement de l’humidité

Il est indispensable de comprendre l’interaction de l’humidité avec la maison, pour bien concevoir et utiliser un logement. Le contrôle et la gestion de l’humidité sont le secret d’une enveloppe durable et d’un espace habitable sain. L’humidité est responsable d’un grand nombre de dommages et de plaintes liés aux maisons. Elle peut se manifester sous ses trois états : gazeux, liquide ou solide.

Vapeur d’eau

La vapeur d’eau, la forme gazeuse de l’eau, est toujours présente dans l’air intérieur et extérieur de toutes les maisons. Nous sentons sa présence dans l’air qui nous entoure, surtout lorsque celui-ci est trop sec ou trop humide.

L’expression «humidité relative» est souvent utilisée pour décrire la quantité de vapeur d’eau qui se trouve dans l’air. Grosso modo, c’est la quantité de vapeur d’eau se trouvant dans l’air mesurée par rapport au maximum d’eau que l’air peut contenir à cette température. À une humidité relative de 100 p. 100, l’air ne peut absorber plus de vapeur d’eau. On dit qu’il est saturé.

La quantité de vapeur d’eau que l’air peut retenir dépend de la température. L’air chaud peut en retenir davantage que l’air froid. Quand vous abaissez la température de l’air à une humidité relative de 100 p. 100, la vapeur d’eau commence à se condenser à l’extérieur de l’air, sur les surfaces fraîches et prend la forme d’eau liquide. L’air demeure à une humidité relative de 100 p. 100 mais, parce qu’il s’est refroidit il ne peut conserver toute la vapeur d’eau en suspension à une température plus élevée.

Les climatiseurs et les déshumidificateurs mécaniques fonctionnent selon ce principe pour enlever l’humidité de l’air intérieur. L’air est forcé à circuler le long de conduites froides qui font condenser la vapeur d’eau. Quand l’air se réchauffe encore, son humidité relative est plus faible.

La température à laquelle un mélange d’air et de vapeur d’eau atteint une humidité relative de 100 p. 100, ou la saturation, est perceptible car elle définit le moment de la condensation. Cette température est appelée le point de rosée. Une rubrique Regard détaille ce concept (voir le Regard 2 : Qu’est-ce que le point de rosée?).

La teneur en humidité de l’air exerce aussi un effet sur la santé et le confort thermique. Pour les gens au repos ou exerçant un travail léger, une humidité relative de 30 à 60 p. 100 est acceptable. Au-dessus de ces niveaux, l’humidité est excessive, idéale pour la croissance des moisissures et inconfortable. En dessous de ce niveau, l’air est trop sec et peut déclencher un certain nombre de malaises chez les occupants. Bien entendu, les activités qui se produisent dans la maison ont aussi une influence sur les niveaux d’humidité relative que nous jugeons confortables.

La vapeur d’eau dans la maison peut être produite par différentes sources, y compris les occupants, les animaux familiers, les plantes et les matériaux de construction. Les humains et les animaux produisent de l’humidité par leur respiration. Les plantes intérieures dégagent aussi de l’humidité. Des activités comme laver la vaisselle, ou le linge, prendre un bain et cuire des aliments dégagent beaucoup de vapeur d’eau dans l’air. L’eau peut aussi se diffuser dans la maison à partir du sol environnant, à travers les murs et dalles du sous-sol. Finalement, l’air humide pénètre dans la maison à partir de l’extérieur en été, augmentant ainsi la quantité de vapeur d’eau à l’intérieur. Normalement, les matériaux et meubles intérieurs emmagasinent une partie de l’humidité en été et la relâchent en automne lorsque l’humidité baisse.

Deux processus sont à l’origine du mouvement de la vapeur d’eau. Cette dernière peut soit passer d’un espace à l’autre à travers un matériau, soit être transportée par l’air qui se déplace d’un endroit à un autre. Il est important de comprendre les deux mécanismes de transport de vapeur pour la conception, la construction et la rénovation d’enveloppes durables de bâtiments.

La vapeur d’eau dans l’air aura tendance à se déplacer d’une concentration élevée à une concentration faible. Si deux espaces présentant des concentrations différentes de vapeur sont séparés par un matériau, la vapeur aura tendance à exercer une pression en essayant de passer du côté à forte concentration au côté à faible concentration. La pression, appelée pression de vapeur, entraîne le mécanisme de diffusion de la vapeur : plus la différence de concentration est grande, plus la pression de vapeur est forte. La figure 2-7 illustre la diffusion de la vapeur.

Figure 2-7

Diffusition de la vapeur

Le matériau qui sépare les deux espaces peut laisser traverser plus ou moins de vapeur, selon sa perméabilité à la vapeur. Tous les matériaux en laissent passer une certaine quantité. La conception des enveloppes durables de bâtiments vise à empêcher la condensation de vapeur d’eau et l’accumulation d’eau libre dans l’enveloppe, ce qui pourrait entraîner une dégradation et une détérioration. Une enveloppe de bâtiment bien construite comprendra des matériaux et des revêtements assez résistants pour protéger contre des niveaux dangereux de diffusion de la vapeur. L’approche traditionnelle consiste à installer une membrane peu perméable pour réduire la concentration de vapeur d’eau dans l’ensemble, afin que la condensation ne puisse se produire à la température de calcul de l’emplacement du bâtiment.

Le matériau présentant la plus faible perméance à la vapeur dans l’ensemble de l’enveloppe est normalement appelé pare-vapeur. D’ailleurs, ce nom n’est pas tout à fait exact car aucun matériau n’empêche complètement la diffusion de la vapeur. Le pare-vapeur ne fait que retarder celle-ci et diminue la concentration, empêchant ainsi la condensation. L’élément pare-vapeur est celui qui offre la plus haute résistance à la diffusion de la vapeur à travers l’enveloppe.

On connaît les taux de perméance à la vapeur d’eau pour un grand nombre de matériaux de construction. Ces taux montrent avec quelle rapidité la vapeur traverse les matériaux. Plus le taux de perméance est bas, moins le matériau laisse passer la vapeur.

La pellicule de polyéthylène est le matériau le plus répandu pour retarder la vapeur. On peut aussi utiliser une peinture pare-vapeur, une cloison sèche revêtue d’une feuille isolante, certains types de polystyrène extrudé et quelques épaisseurs de contreplaqué ou de panneaux à grandes particules.

Pour fonctionner convenablement, le pare-vapeur doit être installé du côté chaud de l’isolant ou, plus particulièrement, du côté chaud du point de rosée. Voir le Regard 2 : Qu’est-ce que le point de rosée?, pour de plus amples détails.

Eau à l’état liquide

L’eau à l’état liquide exerce plusieurs influences sur le bâtiment. Elle peut provenir de l’intérieur ou de l’extérieur de celui-ci. Lorsque de l’eau liquide ou libre provient de l’intérieur du bâtiment, il s’agit normalement d’une fuite de tuyau ou d’un autre problème de plomberie. Elle peut aussi provenir d’une condensation accumulée de vapeur d’eau, comme nous l’avons indiqué tout à l’heure. Lorsque de l’eau provient de l’extérieur du bâtiment, c’est normalement à cause de l’effet du vent ou d’une infiltration de pluie ou de neige, de l’humidité du sol ou d’une nappe phréatique haute.

Pour empêcher la croissance de la moisissure, la décomposition et la détérioration du bâtiment et de son contenu, il faut que l’enveloppe soit en mesure d’empêcher l’eau de pluie de pénétrer dans la maison. L’eau de pluie est normalement maintenue à l’extérieur par le système de protection contre la pluie utilisé par le bâtiment : le toit, les gouttières, les tuyaux de descente, les systèmes des murs et les systèmes de drainage des fondations protègent le bâtiment, recueillent l’eau et l’éloignent de celui-ci. En outre, les surplombs et les pentes aménagées en direction opposée de la maison contribuent à empêcher l’eau de pénétrer dans celle-ci.

Il faut empêcher la pluie et la neige, mues horizontalement par le vent, de pénétrer dans l’enveloppe du bâtiment et de provoquer des dommages. Une récente innovation dans la technologie du bâtiment consiste à installer un mur à écran pare-pluie. Ce dernier comprend trois éléments qui empêchent le vent de faire pénétrer la pluie à l’intérieur : un revêtement mural extérieur poreux, une cavité interne renfermant de l’air et une couche interne murale scellée. L’eau qui ne peut traverser l’espace d’air est drainée par gravité et expulsée du mur.

La conception d’une maison doit également tenir compte de la neige, qui est une autre forme de précipitation. La maison doit pouvoir résister à une accumulation de neige au cours des mois d’hiver, ainsi qu’à l’eau qui apparaît au moment de la fonte de la neige. On trouvera de plus amples détails sur la neige et la glace à la rubrique consacrée à l’eau à l’état solide.

L’eau de pluie et la neige fondante s’infiltrent dans le sol autour de la maison et, sous l’effet de la gravité, peuvent souvent s’introduire, par toutes les fissures et ouvertures existantes, dans les murs de fondations. Dans certains pays, on utilise des couches de drainage sur ces murs, pour éloigner l’eau des fissures et des ouvertures jusqu’au tuyau de drainage situé à la base du mur. La couche de drainage offre à l’eau un cheminement plus facile qu’à travers les fissures et ouvertures des fondations. À la base de celles-ci, le tuyau de drainage recueille l’eau de pluie qui s’est infiltrée et l’achemine vers un égout, un fossé sec ou un puisard.

L’eau peut être attirée dans un matériau par la tension superficielle. Tout comme dans une paille, cette tension attire l’eau à travers les minuscules pores ou capillaires du matériau. Cet effet, parfois appelé action capillaire, permet à l’huile de remonter à travers la mèche d’une lampe. L’action capillaire peut vaincre la gravité, faisant monter l’eau très haut. Les dimensions des capillaires déterminent la force de l’effet de mèche : plus les capillaires sont petits, plus la force d’ascension est élevée. Certains matériaux se prêtent davantage à l’action capillaire. C’est le cas du béton, de la maçonnerie, de la roche poreuse, du bois et de certains isolants. Par contre, le verre, les métaux et d’autres matériaux non poreux résistent à l’effet capillaire. Dans les matériaux comme la pierre broyée et le gravier, les pores sont trop gros pour que l’action capillaire puisse se manifester. L’action capillaire est expliquée plus en détail à la figure 2-8.

Figure 2-8

Capillarité

La stratégie à adopter pour empêcher l’eau de pénétrer dans un bâtiment par action capillaire consiste à isoler la source d’eau par rapport aux matériaux de bâtiment vulnérables à l’action capillaire. Les fondations imperméabilisées appliquent ce système. Le revêtement d’imperméabilisation bouche les pores du béton ou de la maçonnerie qui, autrement, attireraient l’eau du sol par effet capillaire. La membrane d’étanchéité isole les fondations du sol humide environnant. Ce type de membrane est parfois appelée «coupure de capillarité», car elle brise le lien entre les capillaires du matériau des fondations et ceux du sol. Le polyéthylène (ou des feuilles similaires de plastique) est parfois employé comme coupure de capillarité. Une certaine quantité d’eau s’infiltre dans le mur de fondation, par effet capillaire, à travers la semelle.

Sachant cela, il est important d’isoler aussi la fondation des matériaux qui, à l’intérieur du bâtiment, peuvent attirer l’eau par effet capillaire et détériorer les murs. Les pièces de charpente de bois ne doivent pas entrer en contact direct avec les fondations ou les dalles de béton ou de maçonnerie, mais doivent en être isolées au moyen d’une coupure de capillarité La capillarité peut aussi provoquer quelques autres problèmes relatifs au bâtiment. L’efflorescence et l’effritement sont souvent des conséquences directes d’une capillarité incontrôlée de l’eau à travers le béton et la maçonnerie. Le Regard 7 : Efflorescence traite plus en détail de ce phénomène.

N’oubliez pas que la protection contre l’humidité et les matériaux employés comme coupure de capillarité ne sont pas destinés à étanchéiser la cave, mais uniquement à empêcher l’humidité du sol de s’infiltrer par capillarité dans les fondations. On utilise normalement des systèmes d’imperméabilisation proprement dits lorsque de l’eau à l’état liquide exerce une pression sur les fondations.

L’eau souterraine dans le sol est normalement associée à une nappe phréatique haute, laquelle peut être localisée ou s’étendre sur une grande surface. Si une telle nappe est supérieure au plancher du sous-sol, elle peut exercer sur les fondations une pression ou une force hydrostatique pouvant faire entrer l’eau à travers des fissures, des ouvertures ou des joints dans le système de fondations. Parfois, la pression peut être assez forte pour causer des dommages structuraux lorsqu’elle s’exerce sur les fondations. La figure 2-9 montre comment une nappe phréatique haute exerce une pression sur des fondations.

Figure 2-9

Pression exercée sur les fondations par une nappe phréatique haute

Les fondations des maisons sujettes à une pression hydrostatique causée par des nappes phréatiques hautes doivent être imperméabilisées. Cette opération traite les fondations assez à la manière de la coque d’un navire. On scelle les fondations avec plusieurs couches de membranes pour empêcher l’infiltration d’eau. La structure du bâtiment doit être conçue pour résister aux pressions de la nappe phréatique. Le plus souvent, il faut un système permettant de diminuer la pression, normalement avec un réseau de tuyaux de drainage placés sous la dalle et reliés à un puisard et à une pompe. Devant une situation exigeant une imperméabilisation, on recommande de consulter un professionnel.

Eau à l’état solide

En hiver, l’eau stagnante se transforme en glace, la pluie en neige et la vapeur en givre. La glace, la neige et le givre peuvent infliger d’importants dommages au bâtiment.

L’eau, quand elle se transforme en glace, prend de l’expansion et du volume. La glace et la neige ajoutent du poids à différents éléments. La vapeur peut se condenser, se congeler, s’accumuler et causer des dommages lorsque le givre accumulé fond. Les charges imposées sur un bâtiment par les précipitations augmentent en hiver parce que l’eau congelée peut s’accumuler avec le temps. À mesure que la neige et la glace s’accumulent, elles augmentent la masse qui doit être soutenue par la structure du bâtiment. D’autres éléments non structuraux (par exemple, les gouttières) doivent aussi soutenir une charge accrue. La structure et les éléments peuvent se déformer ou céder s’ils ne sont pas conçus pour résister à ces charges hivernales accrues, notamment si l’on ne tient pas compte des amoncellements de neige causés par les rafales de vent.

La profondeur du sol gelé s’étend d’habitude seulement jusqu’à quelques pieds sous la surface, selon l’épaisseur de la couverture de neige. Le gel du sol peut faire gonfler les parties de la maison situées au-dessus du sol gondolé ou adjacentes à celui-ci. Les forces de soulèvement peuvent être très puissantes et occasionner des dommages considérables aux maisons.

Le mécanisme de soulèvement exige trois conditions :

des températures sous le point de congélation;

  • une quantité suffisante d’eau dans le sol;
  • enfin, l’eau doit pouvoir se déplacer librement dans le sol par capillarité

Si l’une ou l’autre de ces conditions n’est pas présente, aucun soulèvement ne peut se produire.

L’eau se congèle dans une structure semblable à celle d’une lentille, qui prend de l’ampleur à mesure qu’elle accueille l’eau du sol non gelé en dessous. La lentille exerce alors une pression vers le haut sur le sol qui la recouvre, soulevant ainsi la surface du sol. Lorsque les nappes phréatiques sont hautes, l’eau peut s’infiltrer par capillarité à travers le sol jusqu’au niveau où l’on rencontre les températures de congélation. On appelle habituellement celui-ci le niveau de congélation. L’eau capillaire se congèle et se transforme en glace. L’action capillaire continue à attirer l’eau vers le haut jusqu’au niveau de congélation dans le sol.

L’approche traditionnelle pour prévenir les dommages du soulèvement occasionné par le gel consiste à installer les fondations sous le niveau de congélation, afin que le sol situé sous la surface portante ne gèle pas. À elle seule, toutefois, cette précaution ne prévient pas toujours les dommages causés par le soulèvement. Si l’excavation est remblayée par du sol vulnérable au gel, il peut se produire des dommages occasionnés par l’adhérence due au gel.

Ces dommages se produisent lorsque le sol soulevé qui entoure le bâtiment gèle et adhère aux fondations, soulevant avec lui la totalité ou une partie du bâtiment. Le lien créé peut être assez solide pour occasionner de graves dommages lorsque le sol autour du bâtiment se déplace. Une coupure de lien, par exemple sous forme d’isolant rigide, placée autour du bâtiment, est parfois utilisée pour empêcher les dommages causés par l’adhérence due au gel.

La vulnérabilité au gel est liée à la distribution des tailles de particules dans le sol. En général, des sols à gros éléments, comme le sable ou le gravier, ne se soulèvent pas. Par contre, l’argile, le limon et les sables fins favoriseront la formation de lentilles de glace même s’ils sont présents en petites quantités dans les sols à gros éléments. Un autre moyen de s’attaquer au problème consiste à utiliser des matériaux de remplissage non vulnérables au gel.

Un autre important facteur dont il faut tenir compte dans la science du bâtiment, relativement à l’eau solide, est l’accumulation de glace ou bancs de glace, phénomène commun en hiver. La formation de glace sur les avant-toits des toits en pente est commune dans de nombreuses régions du pays. Le phénomène provient de la neige fondante et des températures de congélation. Le rayonnement solaire et la perte de chaleur du bâtiment peuvent faire fondre une partie de la neige sur le toit de la maison. L’eau s’écoule le long de la surface du toit jusqu’aux avant-toits, où elle rencontre normalement des températures plus froides et se congèle de nouveau. La glace peut s’accumuler aux avant-toits et occasionner un refoulement de l’eau de fonte sous la couverture et, parfois, dans les combles. Les glaçons qui se forment aux avant-toits peuvent aussi être un danger pour les passants et les biens situés en dessous. Le phénomène des bancs de glace est illustré à la figure 2-10.

Figure 2-10

Bancs de glace sur toiture

On règle le plus souvent les problèmes d’accumulation de glace en maintenant des températures de surface uniformes sur le toit et en empêchant la fonte initiale de la neige. En général, il faut pour cela assurer une ventilation suffisante des combles, surtout aux avant-toits, et appliquer uniformément une isolation adéquate sur toute la surface du plafond, principalement aux sablières. Il est notoire que les sablières non isolées entraînent une perte de chaleur et font fondre la neige des toits tout en étant susceptibles de former des bancs de glace. Finalement, toutes les maisons doivent comprendre un moyen d’empêcher le refoulement d’eau de pénétrer dans la toiture. Une protection des avant-toits, au moyen d’une membrane, peut contribuer à empêcher l’eau de fonte de pénétrer dans les combles. Voir la publication dans la SCHL, L’humidité dans les habitations de la région de l’Atlantique , pour de plus amples renseignements.

Avec les années, les systèmes employés pour contrôler l’eau à l’intérieur et à l’extérieur d’un bâtiment ont évolué pour devenir complexes et interdépendants. Les problèmes provoqués par de l’eau incontrôlée sont de loin les plus répandus. En comprenant l’interaction entre l’eau et le bâtiment, vous pourrez corriger les problèmes existants et en éviter de nouveaux.

Source : Société canadienne d’hypothèques et de logement (SCHL)