Journal de bord n° 5 - L’humidité dans le bâti ancien - Pathologies : diagnostic et traitement

La rénovation énergétique du parc bâti ancien dans le respect de notre patrimoine architectural est un enjeu technique des plus passionnants.

Après avoir fait nos armes sur les appels à projets basse énergie de la région Bourgogne-Franche-Comté sur des programmes neufs qui ont préfiguré nos réglementations thermiques, il était temps de travailler sur la rénovation énergétique du parc bâti ancien. Les premiers groupes de travail ont rapidement mis le doigt sur la problématique de l’humidité en soulevant les questions légitimes :

• Est-il pertinent techniquement de mettre en œuvre les épaisseurs d’isolants induits par les cahiers des charges des aides financières sur des murs anciens ? 
• Quels sont les impacts des phénomènes de condensation, remontées capillaires, transfert de vapeur d’eau ?
• Comment anticiper l’impact de nos projets de rénovation énergétique sur les risques de pathologies liées à l’humidité ?

Nous savons que rénover un bien, c’est perturber un équilibre. Alors rénovons de manière cohérente et dans le plus grand respect des équilibres en place. Pour ce faire, nous devons comprendre les différents phénomènes d’humidification. Dans cet article, nous vous proposons d’aborder l’eau dans ses deux états (vapeur et liquide) pour rénover sans créer de pathologie.

L’eau sous forme de vapeur

a) La condensation de contact

La condensation résulte de la combinaison de deux facteurs, un excès d’humidité dans l’air ou la présence d’un point froid. 

L’excès d’humidité dans l’air peut provenir :

• D’une production de vapeur excessive par rapport à la destination du bien (nombre d’occupants ou de visiteurs, nombre d’animaux, aquarium de grand volume, séchage du linge à l’intérieur du volume).

ET/OU

• D’un défaut de ventilation (absence, dysfonctionnement, entretien, conception).

Les points froids sont principalement dus aux ponts thermiques : 

• Discontinuité de l’isolant, affaissement de l’isolant, flux d’air parasite qui refroidit les entourages de menuiseries.

Solutions : réaliser un diagnostic avec mesure du pourcentage d’humidité relative (HR), débits de ventilation, inspection des organes de ventilation, respect du principe de balayage, température des parois.

En parallèle, la conception et la mise en œuvre d’une isolation supplémentaire doivent s’accompagner d’une réflexion sur sa continuité, car plus la résistance thermique de l’isolant mis en œuvre est importante, plus les différences de températures de surface sont importantes au droit des discontinuités d’isolant (ponts thermiques), ce qui participe au développement de points de condensation et donc de moisissures.

La rénovation énergétique du bâti ancien doit s’accompagner d’un diagnostic ventilation exhaustif, car toute démarche de rénovation énergétique va abaisser le renouvellement d’air naturel (isolation, étanchéité à l’air, remplacement des menuiseries).

Le renouvellement d’air doit être permanent et vérifié, dans sa conception comme sa mise en œuvre, à sa réception.

b) La condensation à cœur des parois

Dès lors qu’une différence de température et d’hygrométrie persiste entre l’intérieur et l’extérieur d’un bâtiment, la vapeur d’eau cherche à migrer à travers la paroi.

Ces flux de vapeur sont majoritairement orientés de l’intérieur vers l’extérieur sous nos climats, mais des variations de conditions climatiques peuvent inverser temporairement ces flux. Cette situation s’observe par exemple en été, dans des combles mal isolés.

Lorsque la vapeur d’eau migre à travers la paroi, elle rencontre les différentes couches qui la composent. Les matériaux traversés vont plus ou moins résister au passage de cette vapeur et modifier la température :

• Les isolants vont résister au passage des calories et vont faire évoluer la température sur l’épaisseur de la paroi.
• Les éléments de structure et différentes couches (enduits, membranes, certains isolants et finitions intérieurs) vont résister au passage de la vapeur d’eau et vont à la fois créer une accumulation de vapeur en amont et une baisse de concentration de cette vapeur en aval (dans le sens de la migration de l’intérieur vers l’extérieur).

Il faut donc être vigilant sur ce point, car l’accumulation de vapeur d’eau combinée à une baisse de température peut engendrer la création d’un point de condensation dès lors que l’on atteint le point de rosée (100 % d’humidité relative).

Ce graphique montre l’évolution de la pression de vapeur (PV) dans le cas d’une isolation intérieure, impactée par la température et l’humidité. Lorsque la pression de vapeur (Pv : courbe verte) passe au-dessus de la pression de vapeur à saturation (Pvs : courbe rouge), il y a alors condensation (formation d’eau liquide).

Cette situation peut alors être corrigée par la mise en œuvre d’une membrane pare-vapeur qui va limiter le passage de la vapeur et éviter ou limiter le risque de condensation (courbe noire). L’intérêt de ce schéma est de pouvoir comprendre qu’une isolation extérieure va permettre une chute de la température et donc de la pression de vapeur à saturation (courbe rouge) côté extérieur de la paroi, ce qui élimine tout risque de croisement des courbes et donc tout risque de condensation.

Attention, lors de la prise de décision sur la position de l’isolant (intérieure/extérieure), il faut absolument réaliser un bilan des points singuliers qui entraîneraient des discontinuités (ponts thermiques) et valider la solution qui présente le moins de risques de pathologies, le moins de risques de créer un point de condensation et par conséquent de moisissures.

Point de vigilance : cette présentation du phénomène n’a qu’un intérêt pédagogique, car il s’agit de la représentation statique d’un phénomène dynamique. En d’autres termes, le point de condensation sur un mur en pierre de 50 cm d’épaisseur isolé par l’intérieur est quasiment inévitable mais cette condensation va s’évaporer au retour de conditions plus favorables. L’important est de comprendre le phénomène pour limiter le risque et ne pas faire d’erreur majeure en contradiction avec le fonctionnement de la paroi.

c) Flux d’air parasites : éviter la charge en eau des structures 

Lors d’un projet de rénovation énergétique avec la pose d’un isolant intérieur, nous avons vu à quel point il était important de permettre la migration de la vapeur d’eau au sein de la paroi. La mise en place d’un pare-vapeur permet de limiter le risque de condensation au cœur de la paroi, mais cela uniquement si cette paroi est mise en œuvre correctement, c’est-à-dire de manière continue. 

La non-prise en compte des flux d’air parasites sur une maison de 150 m² engendre un flux d’air supplémentaire de plus de 1 000 m³/h sous un vent de 30 km/h. Il faut comprendre que nous sommes en présence d’un flux d’air chaud et humide qui va traverser les isolants et la structure composant les parois. Cette traversée s’accompagne d’une baisse de température et engendre un phénomène de condensation.

Sans vous abreuver de chiffres, pour une maison de 150 m², la quantité d’eau générée par condensation peut atteindre jusqu’à 800 g/m² (de paroi) /jour.

• Identifier le matériau qui va assurer la fonction

Que cette fonction soit assurée par une membrane indépendante ou par un enduit, il est important de la définir clairement et de communiquer cette information à l’ensemble des artisans afin de pouvoir gérer les interfaces métiers (par exemple comment assurer l’étanchéité et la barrière étanche si celle-ci n’est clairement identifiée).

• Assurer la continuité de la barrière étanche

Gérer les interfaces métiers, si la barrière étanche est assurée par un enduit sur la maçonnerie, le menuisier doit avoir conscience que sa menuiserie devra être reliée de façon étanche avec cet enduit. Cela permet également de gérer le traitement de l’étanchéité des traversées de réseaux.

Les problématiques de l’étanchéité à l’air seront abordées dans la prochaine newsletter.

L’eau sous forme liquide

Sous forme liquide, il faut distinguer deux tailles de particules d’eau qui impactent leur mode de déplacement.

• L’eau libre (grosses particules d’eau) : elle n’est soumise qu’à la gravité et finit dans la nappe phréatique. Typiquement, on parle ici de l’eau de pluie ou de ruissellement (réserves hydrologiques).
   
• L’eau capillaire (fines particules) : elle se forme au-dessus de la nappe et remonte par les capillaires de plus en plus fins (réserves hydriques).
   
• L’eau liée et l’eau de constitution qui subissent peu de mouvements.

Nous allons retrouver les problématiques liées à l’eau libre dans plusieurs situations : dégât des eaux, infiltration, résurgence.

a) Le dégât des eaux

Le cas d’un dégât des eaux est généralement bien maîtrisé. Il faut d’abord localiser la fuite et ensuite la réparer.

Un dégât des eaux peut, si les parois ne sont pas asséchées rapidement, dissoudre les sels drainés par les remontées capillaires et renforcer ce phénomène, voire déclencher des désordres non révélés auparavant. L’assèchement après un dégât des eaux n’est donc pas une option, même si des travaux de décoration sont prévus, et surtout sur du bâti ancien.

b) L’infiltration

L’infiltration est de l’eau libre présente sous terre qui traverse un mur enterré par ses discontinuités (fissures par exemple).

En présence d’eau libre, il faut capter cette eau pour la canaliser. La meilleure option lorsqu’elle est possible est un drain extérieur et une protection mécanique des soubassements si le drain est réalisé contre le soubassement. Pour éviter toute décompression du sol proche des soubassements pouvant être dramatique sur du bâti ancien, il est recommandé d’éloigner le drain de 2 mètres du soubassement.

3 - Exemple de mise en place d'un système de drainage

Lorsque l’accès extérieur est impossible, la société Uretek a développé une technique brevetée Water Barrier pour injecter alternativement une résine expansive et un gel d’encapsulation, dans le sol, à travers le mur, afin d’empêcher l’eau d’entrer en contact physique avec le soubassement et d’éviter les infiltrations.

Reste ensuite la solution de nos anciens qui consistait à réaliser une rigole pentue en périphérie de la cave afin de collecter ces eaux d’infiltration et de les diriger vers un regard sans fond ou une pompe de relevage.

La réalisation d’un cuvelage (enduit étanche face intérieure du mur enterré) va permettre d’empêcher l’eau libre de sortir du mur. Le mur reste fortement humide avec une teneur en eau supérieure à 20 % en masse. On traite ici les effets et non les causes. La présence d’humidité dans une paroi enterrée donnant sur un volume à usage de cave n’est pas un problème en soi, mais l’action de blocage de cette eau liquide et sous forme de vapeur va renforcer le phénomène de remontées capillaires qui risque d’atteindre l’étage supérieur et créer des dégradations dans le volume habitable ou sur les façades hors- sol.

c) La résurgence

La résurgence apparaît lorsque le niveau de l’eau libre monte dans le sol (le niveau d’une rivière ou d’une nappe phréatique monte au-dessus du niveau bas du sous-sol). L’eau crée alors une pression sous la dalle et permet alors à l’eau de s’infiltrer par les discontinuités de la dalle (traversées de réseaux).

La solution est de traiter au mieux ces discontinuités et de réaliser un puits de décompression qui va permettre de libérer la pression exercée par l’eau sous la dalle. Ce puits de décompression est un carottage réalisé à travers la dalle dans lequel on insert un tube qui va traverser la dalle jusqu’au niveau inférieur de la dalle et va monter sur une hauteur adaptée (en général une hauteur comprise entre 1 m et 1,50 m), une étanchéité est alors réalisée entre ce tube et la dalle.

d) L’effet de mèche

L’effet de mèche est bien imagé par le café qui monte dans le sucre lorsqu’il y a contact.

Le phénomène est le même lorsque l’enduit de façade est en contact avec le sol.

L’eau monte dans les capillaires de l’enduit par un phénomène appelé « loi de Jurin ».

L’effet de mèche n’est pas très grave en soi, car l’eau drainée par ce phénomène est de l’eau de pluie quasiment déminéralisée.

La solution est de réaliser une saignée sur l’épaisseur de l’enduit afin de couper les capillaires de l’enduit (à l’aide d’une disqueuse) et de combler cette saignée à l’aide d’un mastic coloré.

Si ce phénomène est présent depuis plusieurs années, il se peut qu’une trace blanche se forme. Ces traces doivent disparaître sous l’action de la pluie, si l’enduit cloque, il faut alors décroûter et réaliser un enduit de soubassement, enduit sans capillaires.

e) Les remontées capillaires

L’effet de mèche qui touche les constructions récentes (après 1950) et impacte l’enduit en partie basse, touche également le bâti ancien, mais sur toute l’épaisseur de la paroi. L’effet de mèche draine de l’eau libre, eau de pluie qui ruisselle au pied du mur, mais également de l’eau capillaire, ces fines particules d’eau qui se forment au-dessus de la nappe phréatique et qui se chargent de sels hygroscopiques (les nitrates, les sulfates et les chlorures).

Les remontées capillaires touchent tous les bâtiments construits avant 1950 (avec ou sans dégradations majeures) et représentent le phénomène qui génère la plus grande quantité d’eau en continu.

Lorsque cette eau s’évapore, les sels restent dans la structure de la paroi et sous l’effet du temps, ces sels finissent par se concentrer dans une zone appelée « frange d’évaporation ».

Il se forme donc une différence de concentration de sels entre la frange d’évaporation et le bas du mur qui induit une charge électrique.

La concentration de sels attire les fines particules d’eau vers le haut par un phénomène appelé « osmose » (phénomène qui attire un liquide vers un milieu plus concentré pour le diluer). La présence d’eau en mouvement sous le bâtiment (nappe phréatique ou rivière souterraine) génère des vibrations ou bandes de fréquences qui vont mettre en mouvement ces fines particules d’eau. C’est l’addition de ces deux phénomènes qui crée les remontées capillaires au-delà du simple effet de mèche. Elles se caractérisent par leurs effets secondaires (voir le tableau ci-après).

Dans le cadre du traitement des remontées capillaires, il est important de distinguer 3 phases incontournables :

1) Le diagnostic

Le diagnostic doit comprendre :

La mesure d’humidité à cœur du mur avec une bombe à carbure (dite méthode CM) infalsifiable, cette mesure avant et après assèchement permet de valider que le taux d’humidité en masse avant traitement est cohérent avec le phénomène de remontées capillaires (entre 2 % et 8 % sur un mur non enterré) et que l’assèchement a bien permis de diminuer de façon drastique ce taux d’humidité.

La mise en évidence des sels, caractéristiques des remontées capillaires : nitrates, sulfates et chlorures en bord de mer.

Le diagnostic peut être complété par :

Une mesure de la charge électrique du mur sur sa hauteur à l’aide d’un voltmètre afin de valider la variation de concentration des sels.

Une mesure de la variation de champ magnétique à l’aide d’un géomagnétomètre pour valider le mouvement d’eau sous le bâtiment.

D’une mesure d’humidité dans l’air intérieur/extérieur avec les températures pour vérifier la différence d’humidité absolue (en g/m3).

La température de surface des parois à l’aide d’un thermomètre laser ou d’une caméra thermique.

2) La conception et la mise en œuvre du procédé d’assèchement

Le traitement des sels hygroscopiques

Quelle que soit la solution adoptée, dès que l’assèchement va opérer, les sels hygroscopiques qui ont été drainés par les remontées capillaires pendant plusieurs dizaines d’années vont être privés d’humidité et vont vouloir migrer à la surface de la paroi pour capter l’humidité de l’air. Ce déplacement va être contrarié lorsque ces sels, privés d’humidité, vont cristalliser et donc s’immobiliser. Lorsque les travaux de façade ou de peinture vont intervenir, l’apport d’humidité va permettre la dissolution des sels et donc leur redonner leur mobilité, ils pourront alors migrer dans l’enduit fraîchement mis en œuvre.

Pour contrer cette migration, il existe plusieurs solutions :

• Réaliser un enduit sacrificiel (l’enduit des charges de sels, on le décroûte et on recommence l’opération plusieurs fois).
• Mettre en œuvre un enduit d’assainissement ouvert au passage de la vapeur d’eau et non capillaire (différentes solutions sont disponibles sur le marché).
• Bloquer mécaniquement le déplacement des sels (solution pelliculaire).
• Rendre chimiquement les sels insolubles (solution pelliculaire translucide).
• Réaliser un doublage fixé mécaniquement (pas de pose collée).

3) Les solutions pour traiter les remontées capillaires :

Nos ancêtres les Romains utilisaient déjà des embases en pierres froides appareillées et posées non jointes. Dans les régions où ils ne disposaient pas de pierres froides, ils coulaient un joint en plomb sur la première rangée de pierre.

Drain atmosphérique

Le drain atmosphérique est un insert en céramique ou en terre cuite équipé d’une languette horizontale. Le principe est de ventiler le mur sur son épaisseur en laissant entrer de l’air froid et sec sous la languette. Cet air va se réchauffer durant son trajet au cœur du mur et se charger d’humidité pour ressortir au-dessus de la languette.

Le drain atmosphérique est un procédé naturel qui permet d’assécher tout ou partie d’un mur. Cette solution représente des travaux de carottage importants et favorise la montée des sels par ventilation.

Drains périphériques

Injection de résine

L’injection de résine permet de réaliser une barrière physique qui s’oppose au passage des remontées capillaires. Cette technique est très efficace sur des modes constructifs continus (construction en briques pleines par exemple) car sur une même couche, le matériau est uniforme, l’injection peut alors garantir une barrière uniforme avec des entraxes et des pressions d’injection respectés. La tâche devient plus délicate sur des modes constructifs aléatoires comme les murs en pierre calcaire, silex ou granit, avec mortier aléatoire, joints cavités, etc.

Électro-osmose

L’électro-osmose consiste à insérer des électrodes à distance régulière afin d’imposer une polarité électrique inverse de celle induite par la différence de concentration de sels entre le mur et le sol.

La polarité étant inversée, les fines particules d’eau capillaire sont attirées vers le bas du mur. Cette technique est très pertinente, car elle s’attaque aux causes du phénomène et non aux conséquences. Cette technologie ne favorise pas l’évaporation et ne favorise donc pas l’apport de sels hygroscopiques dans la structure qui sont la cause des dégradations intérieures et extérieures.

La réussite de cette démarche tient au maintien du contact électrique électrode/paroi dans le temps et la continuité de l’alimentation électrique.

La méthode de la contre-fréquence

Pour conclure

En conclusion, je dirais qu’il faut rester vigilant et prendre en considération la problématique de l’humidité dans le cadre d’une rénovation d’un bâti ancien et bien garder à l’esprit les quantités d’eau qui peuvent être générées par les différents phénomènes.

Olivier Joffre
Mur-Tronic