Etanchéité à la pluie

Un article de TerraWiCotta.

Après la tenue des tuiles dans les tempêtes, on regarde maintenant l’étanchéité des toitures en tuile sous l’action combinée de la pluie et du vent.

Sommaire 1 Concomitance vent pluie 2 Pentes des toitures 3 Étanchéité des emboîtements 4 Étanchéité et vent latéral 5 Test d’étanchéité de toiture

Concomitance vent pluie

Tout d’abord, il faut noter qu’en Europe, on n’observe pas à la fois de grands vents et de grandes pluies. Sur la figure 72, les vitesses des vents et les débits de pluie correspondants ont été associés pour un certain nombre de stations météo françaises. Ce diagramme montre les points extrêmes et ne tient pas compte de la fréquence des précipitations. Quand le vent dépasse 25 m/s, il ne pleut plus. À cette vitesse de vent, la pression d’arrêt est cependant de 400 Pa, soit 40 mm de colonne d’eau. Le vent peut donc provoquer des remontées d’eau importantes dans les emboîtements. L’eau qui va pénétrer est en fait soumise à deux actions du vent, le vent local, au nez de la tuile qui provoque une augmentation locale de la pression, et la différence de pression du comble/extérieur, provoquée par l’écoulement général de l’air autour du toit.

L’étanchéité d’une toiture en tuile dépend de différents facteurs :

• les conditions météorologiques (débit de pluie, vitesse et direction du vent). La France est divisées en trois zones géographiques d’application dans la carte dite de concomitance vent pluie des DTU toiture. Ces 3 zones sont différentes des 4 zones de vent des règles N et V ;
• des conditions locales de vent et pluie provoquées par l’environnement proche ;
• la forme générale de la construction, sa taille et la longueur du versant : plus ce dernier est grand, plus la quantité d’eau à évacuer est importante ;
• l’orientation du vent par rapport à la toiture. Suivant cette orientation, les pressions de vent et les quantités d’eau reçues varieront et l’eau de pluie s’écoulera différemment sur la toiture. Sans vent, l’eau s’évacue selon la pente, perpendiculairement au faîte. Avec un vent transversal, l’eau s’évacue en diagonale sur le pan du toit, entraînée par le vent et par la gravité ;
• la pente de la toiture : une forte pente évacue plus vite l’eau reçue et la pellicule d’eau stationnaire est plus mince; Une forte pente limite aussi l’influence du vent latéral. Elle évite aussi que l’eau ne passe par-dessus de petits reliefs et elle limite le remplissage des emboîtements latéraux.

Par ailleurs, pour une même pression d’arrêt, les recouvrements nécessaires sont plus petits quand la pente est forte ;

• la tuile: type, dessin et nombre des emboîtements, précision de la fabrication, montage à joints droits ou croisés, longueur de recouvrement. Les recouvrements minimaux sont fixés par les DTU pour les tuiles plates (de 7 à 9 cm) et pour les tuiles canal (de 14 cm à 17 cm). Pour les tuiles à emboîtement, c’est généralement le dessin de la tuile et de ses emboîtements qui fixe le recouvrement ;
• la présence de points singuliers qui sont chacun des cas d’espèce, et qui dans la pratique sont généralement les points où les fuites sont observées en premier.

Pentes des toitures

Les DTU français fixent les pentes minimales pour chaque type de tuile, et les conditions d’emploi. Sur le tableau 76, on indique les pentes minimales qui sont ainsi demandées. La pente minimale est exprimée en m/m ou en %(ou tg  avec  angle de la toiture avec l'horizontale), en fonction du type de tuile, de la zone, de l’exposition, de l’emploi d’écran de sous toiture et de la longueur du versant (versant < 8 m dans le cas des tuiles plates ou 12 m pour les autres types de tuile). Certains modèles de tuiles peuvent déroger à ces valeurs grâce à l’obtention d’un Avis technique pour pose à faible ou très faible pente. Tableau 76 Pentes minimales pour quelques tuiles (m/m)

Ces chiffres sont basés sur l’expérience et n’ont pas forcément toute la cohérence voulue malgré de nombreuses révisions.

Étanchéité des emboîtements

Le problème de l’étanchéité des emboîtements se pose différemment selon les tuiles, la vitesse du vent et son orientation par rapport à la toiture. Étanchéité sans vent Quand il n’y a pas de vent, il peut y avoir en France de très fortes pluies (jusqu’à 400 mm/h). Le tableau 77, calculé de façon théorique en utilisant les équations de Manning pour les écoulements à l’air libre, donne quelques résultats préliminaires sur l’épaisseur de la couche d’eau sur le toit et sa vitesse pour des pluies observables en France, en supposant un toit plan sans relief. Il s’agit de résultats théoriques comparatifs qui ne sont que des ordres de grandeur tant que les équations ne sont pas calibrées pour l’application. Sans vent, les tuiles, plates, canal ou à emboîtement n’ont pas de problèmes d’étanchéité et l’eau s’évacue dans la gouttière. La pluie ne remonte pas les recouvrements et ne remplit pas les emboîtements

Tableau 77 Débit de pluie et couche d'eau sur la toiture Hypothèses : pente 0,3; coefficient Manning : 0,014 Étanchéité et vent perpendiculaire au faîte Quand il y a du vent, on va retrouver les systèmes de surpression et dépression autour de la toiture, qui ont été décrits précédemment mais avec des vents plus faibles. Au vent, l’eau sera poussée vers l’intérieur des recouvrements. Sous le vent, l’eau en sera chassée. Dans le cas le plus classique, on s’intéresse à un vent perpendiculaire au faîte et on regarde l’étanchéité des recouvrements et emboîtements transversaux, qui sont donc perpendiculaires au vent. L’eau est gênée dans son écoulement sur la toiture contre le vent, sa vitesse diminue et l’épaisseur d’eau augmente. Si le vent augmente encore, des vaguelettes se produisent, une partie de l’eau peut remonter, en particulier sous forme de gouttelettes. On a l’habitude de distinguer deux types de fuite :

• fuites dites de débordement, quand les emboîtements sont pleins d’eau. Il y a débordement d’eau sous l’effet des différences de pression des deux côtés de l’emboîtement. Pour les petits interstices, les forces de mouillage peuvent aussi intervenir. Cette fuite s’observe surtout à faible pente. Les doubles emboîtements n’ont pas d’action sur ce type de fuite ; par contre l’allongement des recouvrements est utile puisque la colonne d’eau que peut soutenir le vent est limitée ;
• fuites dites fuites balistiques, quand les emboîtements ne sont pas entièrement remplis d'eau. Le courant de fuite d’air est capable d’entraîner des gouttes en passant dans les emboîtements. Ces fuites se rencontrent souvent aux intersections des emboîtements longitudinaux et transversaux. Pour les diminuer, il faut freiner le courant d’air, d’où l’intérêt du double emboîtement.

Les emboîtements transversaux sont généralement horizontaux, pour des questions d’encombrement. La partie supérieure sera continue alors que la partie inférieure comprendra des trous pour évacuer l’eau qui a pu pénétrer. On compte généralement une ou deux rainures d’emboîtement.

Étanchéité et vent latéral

De façon plus complexe, le vent n’est plus maintenant perpendiculaire au faîte et il est partiellement latéral. L’eau qui s’écoule sur la toiture est repoussée de côté par le vent. Elle va s’accumuler le long des galbes et vers les emboîtements longitudinaux. Elle peut les remplir jusqu’au débordement. Une plus grande sensibilité est obtenue pour les tuiles planes dont les emboîtements sont sous le plan de la tuile et se remplissent plus facilement. Pour les tuiles à joints croisés, l’eau est bien répartie à chaque rang de tuile. On ne trouve que trois épaisseurs de tuiles superposées à la jonction des trois tuiles, les deux de la rangée inférieure et la tuile de la rangée supérieure qui repose sur les deux inférieures. Le dessin est relativement facile. Pour les tuiles à joint droit, il est souvent utile que chaque tuile ait des petits exutoires qui vont répartir l’eau sur la tuile du dessous et éviter que toute l’eau se retrouve concentrée dans les emboîtements du bas de la toiture. Pour ces tuiles, il y a généralement une zone où les quatre tuiles se recouvrent et le dessin sans fuite de cette partie est plus délicat. Il peut être intéressant de protéger l’emboîtement par une ondulation/relief qui diminuera la pression au niveau de la fente. La position surélevée des emboîtements au-dessus du plan des tuiles est source de facilité pour évacuer l’eau. Les emboîtements des tuiles à pureau plat sont donc plus sensibles à l'engorgement. Pour l’étanchéité, il faudrait que les emboîtements d’une tuile dans l’autre soient les plus précis possible. Cependant le couvreur apprécie des emboîtements larges, plus flexibles, sur lesquels on peut tirer et qui sont plus faciles à poser. Par ailleurs, les emboîtements devront être d’autant plus ouverts que la tuile n’est pas bien plane, et que ses dimensions ne sont pas très reproductibles. En ce qui concerne la précision, la norme demande de mesurer les dimensions des tuiles, la dimension du pureau, la rectitude et la planéité. Les dimensions et le pureau des tuiles doivent être reproductibles à ±2 % près (à l’exception de la largeur des tuiles canal) et la rectitude et la planéité des tuiles plates et des tuiles à emboîtement ou à glissement doivent être meilleures que 1,5 ou 2 % suivant que la longueur de la tuile dépasse ou non 300 mm.

Test d’étanchéité de toiture

L’étanchéité de toitures en tuile est testée dans des installations capables de reproduire les conditions de pluie et de vent. Le vent est généré par des ventilateurs ; la pluie est créée par des buses de projection alors qu’une rampe d’écoulement en haut de la toiture test simule l’action du rampant. Un WG du CEN travaille pour définir un test d’étanchéité européen. On trouve différents types d’installation :

• soufflerie dans la veine de laquelle on installe une toiture. La taille de la toiture ne doit être qu’une fraction de la section de la veine pour que les conditions restent inchangées quand on change les pentes. Il faut donc des grandes veines et on limite la taille de la toiture testée. On ne peut souvent tester que quelques tuiles. Par contre on peut facilement changer la pente et l’orientation du vent en tournant la toiture ;
• soufflerie dans laquelle la toiture test est parallèle au sens du vent. On considère que l’on simule réellement le vent dans les couches limites autour du toit ; il n’est plus alors perpendiculaire au toit mais parallèle. Le vent est bien homogène et facilement réglé. La pluie est plus difficile à contrôler car elle tombe là où le vent l’entraîne et il faut modifier les réglages et les positions des buses à chaque changement de vent. Ceci est surtout un problème avec des faibles pluies et un vent fort. Avec de fortes pluies, les rampes d’écoulement simulant le versant deviennent prépondérantes et l’uniformité de la pulvérisation n’a pas d’importance. Avec ces souffleries, on change facilement la pente du toit. Par contre, il est plus difficile de changer l’orientation du vent par rapport à la toiture pour obtenir un vent partiellement latéral.

On distingue encore plusieurs types de soufflerie.

• dans les souffleries en boucle ouverte, le vent et l’eau ne passent qu’une fois, elles sont plus simples mais bruyantes ;
• dans les souffleries à boucle fermée, le flux d’air retourne au ventilateur : elles sont peu bruyantes car entièrement fermées mais elles s’échauffent rapidement et l’eau s’accumule. Dans la majorité des cas, il est nécessaire de renouveler en continu une fraction du vent en apportant une portion d’air frais.