Brise-soleil métalliques - Agence Qualité Construction

RÉNOVATION
Photo Kawneer – X. Boismond
TECHNIQUES
UNE CONCEPTION FAVORISANT LA PÉRENNITÉ
La pérennité des brise-soleil métalliques est assurée à la fois par la nature de leurs matériaux constitutifs mais aussi par leur design. Pour
les éléments métalliques, le choix de matériaux appropriés (acier inoxydable, aluminium…) ou bien protégés (peinture, galvanisation…)
préviendra l’apparition de la corrosion. La conception des brise-soleil devra aussi être soignée pour éviter la création de zones favorisant la
rétention d’eau et la formation de dépôts. De telles zones risqueraient, en effet, d’initier un phénomène de corrosion, d’autant plus
préjudiciable qu’elles se situeraient au niveau de la liaison avec le bâtiment support.
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BRISE-SOLEIL MÉTALLIQUES
CONFORT
ET ÉCONOMIES
AU RENDEZ-VOUS
Comment réduire d’environ 5 °C la température estivale de
locaux exposés plein sud tout en réalisant de notables économies
sur la consommation énergétique liée à la climatisation? En installant des
brise-soleil métalliques dimensionnés selon les dispositions des Guides RAGE
les concernant. Ces documents s’intéressent aussi de près à leur mode de
fixation sur une façade en maçonnerie, en béton ou en charpente métallique.
TEXTE : FRANCK GAUTHIER
PHOTOS & ILLUSTRATIONS :
X. BOISMOND/KAWNEER,
CTICM, PROGRAMME RAGE
«
vec des brise-soleil métalliques horizontaux installés à l’aplomb de fenêtres
exposées plein sud, la température intérieure maximale est moins élevée de
4 à 5 °C par rapport à une pièce qui en
est dépourvue.» C’est l’un des résultats expérimentaux présentés aux bureaux d’études thermiques
lors du dernier salon Métal’Expo par Amor Ben
Larbi, directeur projets de recherche au Centre
technique industriel de la construction métallique
(CTICM). «Autre avantage, ces brise-soleil, qui protègent les fenêtres du rayonnement solaire direct,
diminuent également la charge de la climatisation. En
effet, celle-ci peut être réduite d’environ 20 à 25 % par
la seule mise en œuvre de brise-soleil», précise-t-il.
Ces résultats, conjugués aux exigences de la RT 2012
en matière de confort thermique en été et de performances énergétiques, expliquent le fait que les
brise-soleil gagnent du terrain, d’année en année,
aussi bien en construction neuve qu’en rénovation.
Ils ont aussi pour eux d’autres atouts. Bien dimensionnés, les brise-soleil horizontaux fixes ou orientables réduisent en été les phénomènes d’éblouissement des usagers des locaux concernés, sans pour
autant pénaliser l’éclairement naturel de ces mêmes
A
“Les brisesoleil […]
diminuent
la charge de
la climatisation.
En effet, celle-ci
peut être réduite
d’environ
20 à 25 % par
la seule mise
en œuvre de
brise-soleil”
locaux en hiver. Pour la même raison, s’ils offrent
une protection très efficace contre les surchauffes
estivales, ils ne s’opposent pas pour autant aux apports solaires hivernaux qui sont, eux, les bienvenus.
Signalons également que certains fabricants proposent des versions photovoltaïques de leurs
brise-soleil horizontaux.
Un référentiel commun
pour les brise-soleil
Équiper un bâtiment neuf ou rénové de brise-soleil
métalliques ne s’improvise pas. «Pourtant, jusqu’à
une période très récente, il n’existait aucun référentiel de conception ou de mise en œuvre les concernant.
Les métalliers se débrouillaient en s’appuyant sur leurs
connaissances et leur savoir-faire. Mais un besoin de
plus en plus pressant se faisait sentir: au-delà des
aspects structurels et mécaniques qu’ils maîtrisaient
bien, ils étaient à la recherche de réponses pertinentes aux exigences de la RT 2012. D’où la mise au
point par le CTICM, avec le soutien notamment de la
Capeb et de l’Union des métalliers de la FFB (Fédération française du bâtiment), d’un référentiel commun
sur lequel s’appuyer: deux Guides RAGE Brise-soleil
métalliques – Conception et mise en www
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TECHNIQUES
RÉNOVATION
œuvre, l’un portant sur la construction neuve, l’autre
sur la rénovation (1) », explique Amor Ben Larbi.
Ces Guides RAGE traitent des brise-soleil métalliques rapportés sur des bâtiments en maçonnerie,
en béton ou en charpente métallique. La mise en
œuvre sur une façade rideau ou un support bois n’est
pas abordée. Ils ne traitent pas non plus des brisesoleil relevables (type stores vénitiens extérieurs)
car ils sont couverts par la norme NF DTU 34.4
Mise en œuvre des fermetures et stores (juillet 2015).
Ces Guides RAGE ont été prévus pour les brisesoleil courants mais il est possible d’appliquer leurs
principes généraux aux éléments de plus grandes
dimensions (auvents, habillages de façade) moyennant des précautions complémentaires, notamment
au niveau de la réglementation parasismique.
POUR EN SAVOIR PLUS
TEXTES DE RÉFÉRENCE
• Guides RAGE téléchargeables
sur www.programmepacte.fr:
– Brise-soleil métalliques –
conception et mise en
œuvre – Neuf (avril 2014);
– Brise-soleil métalliques –
conception et mise en œuvre –
Rénovation (avril 2014);
– Mise en œuvre des rupteurs
de ponts thermiques sous
Avis Techniques – Neuf
(février 2013).
Deux familles
de brise-soleil métalliques
«Ces Guides RAGE distinguent deux grandes familles
de produits : les brise-soleil horizontaux, qui se
destinent prioritairement aux façades avec des baies
vitrées exposées au sud, et des brise-soleil verticaux,
plutôt conçus pour les façades orientées à l’est et à
l’ouest, exposées à un soleil plus bas sur l’horizon»,
explique Amor Ben Larbi.
Les brise-soleil horizontaux sont disposés audessus d’une fenêtre ou d’une série de fenêtres de
façon à limiter (éventuellement, à contrôler) la pénétration du rayonnement solaire dans le local
protégé en été. L’occultation peut être réalisée à
l’aide d’un remplissage complet (auvent plein), de
lames inclinées (fixes ou orientables), d’un caillebotis ou de métal déployé. Ces brise-soleil peuvent
être en porte-à-faux (des poutres consoles transmettent toutes les charges appliquées au bâtiment
support) ou suspendus (des barres ou des câbles
obliques participent à la reprise des charges).
De leur côté, les brise-soleil verticaux prennent place
devant une ou plusieurs fenêtres. L’occultation est
généralement réalisée à l’aide de lames (fixes ou
orientables), de caillebotis ou de métal déployé,
d’éléments décoratifs, métalliques ou non, visant
une recherche esthétique particulière. Les Guides
RAGE rappellent également qu’un brise-soleil
vertical ne doit pas être confondu avec un dispositif anti-intrusion…
Nécessaires au sud,
très utiles à l’ouest et à l’est
Le rôle d’un brise-soleil horizontal est de projeter
une ombre verticale devant la fenêtre protégée. Plus
le soleil est haut dans le ciel, plus l’ombre couvrira
une surface importante. En été, lorsque le soleil est
au zénith, la protection est donc maximale. En revanche, en hiver, comme le soleil est bien plus bas
sur l’horizon, l’ombre portée devient minimale voire
quasi inexistante. Les apports solaires gratuits sont
alors optimisés, les besoins de chauffage étant
• Deux articles de la revue
Construction Métallique
(avril 2015 et janvier 2016)
du CTICM donnent des
solutions de rupteurs de
pont thermique «de chantier»
pour les structures métalliques
rapportées.
• Fiche pratique sur les
protections solaires rédigée
par le Conseil d’architecture,
d’urbanisme et d’environnement
de Midi-Pyrénées, sous la
forme d’une démarche globale:
www.caue-mp.fr/basedocumentaire/les-protectionssolaires.html.
OUTILS INTERNET
• www.energieplus-lesite.be:
la Faculté d’architecture,
d’ingénierie architecturale
et d’urbanisme de l’Université
catholique de Louvain
propose sur ce site une
méthode permettant de
dimensionner rationnellement
une protection solaire fixe
(rubriques «Techniques»
puis «Enveloppes»).
• Le logiciel Solene: le Centre
de recherche nantais
architecture urbanité (Crenau)
de l’École nationale supérieure
d’architecture de Nantes
(www.nantes.archi.fr) a
développé ce logiciel de
simulation d’ensoleillement,
d’éclairement et de
rayonnement thermique.
(1) Ces deux Guides RAGE sont téléchargeables sur www.programmepacte.fr/catalogue.
(2) L’annexe D du Guide RAGE donne un exemple concret de calcul détaillé visant à
faciliter le travail du métallier.
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réduits d’autant. Ce type de protection se destine
prioritairement aux façades exposées au sud ou
orientées à plus ou moins 30° de l’axe sud.
Pour une façade exposée plein est ou plein ouest,
un brise-soleil horizontal s’avère bien moins efficace car le rayonnement solaire provient d’une
hauteur intermédiaire entre le zénith et l’horizontale. Un brise-soleil vertical à lames inclinées sera
alors bien plus performant pour protéger les locaux
du rayonnement solaire direct. De plus, la possibilité d’orienter ses lames permet d’optimiser son
rôle: éviter la surchauffe solaire et l’éblouissement
lumineux l’été en adaptant leur position aux différents moments de la journée, et bénéficier au mieux,
l’hiver, des apports solaires gratuits et d’un maximum
d’éclairement naturel. L’orientation de ces lames
peut être commandée manuellement ou être automatisée (capteur d’intensité lumineuse, sonde de
température…).
Rien n’interdit de conjuguer les deux types de protections solaires sur une façade exposée au sud.
Les brise-soleil horizontaux joueront pleinement
leur rôle l’été et les brise-soleil horizontaux à la misaison. «Un bâtiment aux expositions multiples peut
évidemment aussi associer des brise-soleil horizontaux
sur sa façade sud à des brise-soleil verticaux sur ses
façades est et ouest. C’est le cas notamment d’un bâtiment de bureaux en acier à énergie positive récemment
construit à Rennes», signale Amor Ben Larbi.
Dimensionnement :
toutes les charges à prévoir
En ce qui concerne la conception d’un brise-soleil,
son dimensionnement s’appuie essentiellement sur
le référentiel Eurocode le concernant (Eurocode 3
pour l’acier, Eurocode 9 pour l’aluminium) (2). «Dans
le cas présent, les facteurs à prendre en compte sont
les charges permanentes (son poids propre), les
charges climatiques (neige et vent) et les charges sismiques. Le type de remplissage d’un brise-horizontal
joue notamment un rôle important en raison du risque
d’accumulation de neige, par exemple», indique Amor
Ben Larbi.
En revanche, tant que le porte-à-faux du brisesoleil ne dépasse pas 1,5 m (pour une masse surfacique maximale de 25 kg/m2), l’influence sismique
est considérée comme négligeable. C’est le cas
pour 90 % des brise-soleil, surtout horizontaux.
Pour un brise-soleil vertical, en plus d’une masse
maximale de 25 kg/m2, il faut que la hauteur de référence (définie comme la hauteur entre le point haut
du brise-soleil et l’aire de chute potentielle) soit inférieure à 3,5 m pour négliger l’action sismique.
Respecter les recommandations du fabricant suffit généralement pour éviter la vibration des lames
du brise-soleil sous l’effet du vent. Sinon, par défaut, des valeurs de limites de flèches des éléments
horizontaux ou verticaux sont proposées dans les
Guides RAGE. Suite à une étude vibratoire spécifique, des valeurs plus favorables peuvent aussi
être choisies. Il ne faut pas non plus négliger l’éventualité que ces vibrations aient pour origine la
fixation des lames sur leur support, en particulier
lorsqu’elles sont orientables.
www
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Photo CTICM
Des auvents pleins contre
la propagation verticale du feu
En matière de résistance à la propagation verticale
du feu, des exigences sont habituellement imposées aux façades des bâtiments comportant des ouvertures et, par conséquent, aux éléments rapportés sur celles-ci. Selon la destination de l’ouvrage,
des dispositions spécifiques à la règle dite du
«C+D» doivent être mises en œuvre. Pour mémoire,
cette règle impose le respect d’une distance minimale (C) entre deux baies superposées. Une saillie
du plancher, le palier d’un balcon, un brise-soleil
peuvent éventuellement venir en complément pour
créer un obstacle (D) à la transmission verticale du
feu d’un étage à l’autre du bâtiment (voir illustration n° 3 ci-contre). La valeur minimale de la somme
des distances «C + D» dépend du type de bâtiment,
de sa fonction et de la masse combustible mobilisable des matériaux utilisés en façade.
«Lorsque des brise-soleil horizontaux participent au
“D”, ce qui est seulement le cas des auvents pleins,
des dispositions constructives particulières doivent
alors être mises en œuvre. L’objectif est d’assurer la
résistance au feu du remplissage (selon le degré exigé)
ainsi que l’étanchéité aux flammes et aux gaz chauds
à la jonction entre les brise-soleil et les façades. Les
Guides RAGE en détaillent les modalités», signale
Amor Ben Larbi.
Attention: dans certains cas, la réglementation incendie peut exiger qu’un bâtiment possède à chacun
de ses niveaux des baies accessibles aux échelles
aériennes des services de secours et de lutte contre
l’incendie. Dans ce cas de figure, les brise-soleil
verticaux doivent être conçus et installés de manière à ne pas entraver l’intervention des services
de secours pour leur permettre d’accéder rapidement à l’intérieur du bâtiment ou pour faciliter
l’évacuation des personnes.
Rupteurs thermiques :
« de chantier » ou manufacturés ?
La fixation des brise-soleil sur une façade bénéficiant d’une isolation thermique par l’extérieur (ITE)
sous-entend de traverser celle-ci. Sans précautions
particulières, il en résulte l’apparition de ponts thermiques localisés. Le Guide RAGE comporte un tableau
récapitulant les valeurs de ces ponts thermiques
ponctuels pour les différents types de fixations en
acier habituellement employés sur une façade en
béton, en maçonnerie ou en acier. Ces valeurs sont
valables uniquement dans le cas où un complément
d’isolation est mis en œuvre tout autour de la structure (et entre les semelles pour les profilés ouverts)
au prolongement de l’isolant de la façade.
Pour réduire ces déperditions thermiques, le recours à des rupteurs de pont thermique est possible.
Ils associent un matériau isolant à un système mécanique de liaison structurale permettant de fixer
le brise-soleil sur l’ossature du bâtiment, tout en
réduisant les ponts thermiques au niveau des fixations (voir illustration n° 4 ci-contre).
Pour la fixation d’un brise-soleil, les solutions dites
«de chantier» sont généralement privilégiées pour
leur coût de fabrication et de mise en œuvre. «Réalisées à partir de plaques de PVC (voir illustration n° 5
ci-contre), elles réduisent de 50 à 60 % www
Photo ci-dessus :
Ponts thermiques au niveau
des fixations d’un brise-soleil
horizontal (caméra infrarouge).
“Le Guide RAGE
comporte
un tableau
récapitulant
les valeurs
des ponts
thermiques
ponctuels pour
les différents
types de
fixations en acier
habituellement
employés
sur une façade
en béton,
en maçonnerie
ou en acier”
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“Qu’il soit de chantier ou manufacturé, le rupteur de pont thermique
doit pouvoir assurer la reprise de l’ensemble des charges appliquées
au brise-soleil ainsi que le poids propre de celui-ci. Le rupteur est
sollicité à la fois en flexion (élément le plus déterminant), en
cisaillement vertical, en traction, en compression…”
ces ponts thermiques», indique Amor Ben Larbi. Elles
relèvent de l’Avis de chantier et doivent être justifiées
en amont par le concepteur en termes de performances, notamment thermiques et mécaniques.
Mais le rupteur de pont thermique peut aussi être
un produit manufacturé. «Les systèmes manufacturés sont brevetés et/ou sous Avis Technique. Ils
peuvent être utilisés pour la fixation d’un brise-soleil.
Leurs prix restent assez élevés et dans certains cas
ils nécessitent un savoir-faire pour assurer leur bonne
mise en œuvre. Pour les rupteurs utilisés pour un brisesoleil sur support béton, le concepteur pourra trouver
certaines informations dans les Avis Techniques/Appréciations Techniques d’EXpérimentation (ATEx) et le
Guide RAGE Mise en œuvre des rupteurs de ponts
thermiques sous Avis Techniques (3). En revanche,
pour les rupteurs sur support acier, aucune évaluation
technique n’est pour le moment disponible. Dans les
deux cas de figure, il convient donc de prendre toutes
les précautions nécessaires à leur emploi, notamment
en zone sismique», souligne Amor Ben Larbi.
Qu’il soit «de chantier» ou manufacturé, le rupteur
de pont thermique doit pouvoir assurer la reprise
de l’ensemble des charges appliquées au brisesoleil ainsi que le poids propre de celui-ci. Le
rupteur est sollicité à la fois en flexion (élément le
plus déterminant), en cisaillement vertical, en
traction, en compression… «Ces efforts sont bien plus
réduits lorsque le brise-soleil est suspendu, avec des
barres fixées à la façade, plutôt qu’en porte-à-faux.
Le recours à un rupteur articulé, qui n’a donc pas de
résistance, ni de rigidité significative vis-à-vis d’un
moment de flexion verticale, est plus simple et souvent
plus économique qu’une version rigide », précise
Amor Ben Larbi.
Assurer l’étanchéité
à l’eau et à l’air
Comme on l’a vu, fixer les brise-soleil sur la façade,
même avec un rupteur de pont thermique, implique
d’avoir à traverser en plusieurs points l’isolation
thermique par l’extérieur. Toutes les possibilités
d’intrusion d’eau doivent donc être colmatées soit
à l’aide d’un film étanche situé en face extérieure
du nu de fixation de façade (pare-pluie), incluant une
protection de l’assemblage (et de l’éventuel rupteur),
soit par des éléments étanches inclus dans la
conception même de cet assemblage (voir illustration n° 7 ci-contre). Cette conception doit être validée
et les spécifications de mise en œuvre doivent être
indiquées dans la fiche descriptive de l’organe de
liaison. Le calfeutrement à l’aide de mousses
expansives est déconseillé en raison de leur vieillissement prématuré et de leur sensibilité aux
agressions climatiques. Le dispositif d’étanchéité
peut être composé d’un mastic élastomère de première catégorie (Classe 25 E). « Attention : une
malfaçon constructive à ce niveau peut induire de
graves désordres de fonctionnement de la liaison. En
plus des phénomènes de corrosion résultant de la
présence d’eau, la liaison peut être soumise à des
cycles de gel/dégel mettant en cause le principe même
de résistance de la fixation», précise Amor Ben Larbi.
De plus, pour les auvents pleins, il convient d’assurer convenablement leur étanchéité et de prévoir
une évacuation efficace des eaux de pluie (pente
suffisante, exutoires…).
Les performances des rupteurs thermiques requièrent aussi une bonne étanchéité à l’air de l’ITE.
Un bon calfeutrement entre l’isolant de la façade
et les rupteurs s’avère donc nécessaire pour réduire
les déperditions thermiques. Il est recommandé de
mettre en œuvre un complément d’isolation tout
autour des poutres (et entre les semelles, pour les
profilés ouverts), au prolongement de l’isolant de
la façade (voir illustration n° 8 ci-contre).
Rénovation :
un diagnostic indispensable
CE QU’IL FAUT
RETENIR :
• Les brise-soleil horizontaux
se destinent aux façades
exposées au sud et les brisesoleil verticaux à celles
exposées à l’est et à l’ouest.
• S’ils ont été conçus en
conséquence, les brise-soleil
peuvent participer
à la protection incendie
d’un bâtiment en retardant
la propagation des flammes
d’un étage à l’autre en façade.
• L’étanchéité à l’eau et à l’air
doit être assurée au niveau
des éléments de fixation
traversant l’ITE.
(3) Ce Guide RAGE est téléchargeable gratuitement sur www.programmepacte.fr/catalogue.
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Avant d’envisager l’installation de brise-soleil sur
un bâtiment existant, se pose la question de savoir
s’il pourra supporter ou non cette nouvelle charge
rapportée. À cela s’ajoute la modification locale du
support (mise en place du système de fixation) qui
peut parfois réduire la capacité du bâtiment support à résister à ses propres charges. «Si la “réserve
de résistance” du support est limitée, le choix de la
conception de la structure rapportée s’orientera plutôt vers des systèmes réduisant les sollicitations dans
le support (brise-soleil horizontal suspendu, brisesoleil vertical avec de multiples appuis). Au diagnostic
de l’existant succède l’étude de faisabilité qui peut
tenir compte des travaux locaux ou globaux de réfection
préconisés», explique Amor Ben Larbi.
Une bonne coordination est ensuite évidemment indispensable entre le titulaire de la façade et celui
de l’élément rapporté. En effet, le nombre et la position des fixations des éléments rapportés doivent
être pris en considération pour les découpes au niveau du complexe de façade prévu (ITE). ■
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