Performances de l'ossature bois : quatre solutions comparées

Arnaud Sellé
Suivant l'épaisseur et la nature de l'isolant et du choix de plancher lourds ou légers, les maisons à ossature bois présentent des performances très variables. Si les ossatures bois bas de gamme sont en retrait des maisons maçonnées, les meilleures solutions atteignent des résultats exceptionnels.
Intérieur ossature bois

Intérieur ossature bois
©DR

Pour le comparatif des maisons à ossature bois, nous allons évaluer trois solutions présentées dans la revue "les essentiels du bois" n° 3, février 2007 et une solution visant un objectif basse consommation Effinergie.





















coupe maison ossature bois Solution 1 : Ossature bois isolation uniquement entre montants



• Plaque de plâtre BA13 mm

• Profil métallique 15 mm

• Pare-vapeur

• Laine minérale 120 mm

• Montant d'ossature 45/120, entraxe 400 mm

• Panneau contreventant OSB 9 mm

• Pare-pluie

• Contre-lattage 22/45

• Bardage bois 22 mm



Utilisation d'un plancher léger et de refends légers (bois ou plaques de plâtre)
coupe maison ossature bois complément isolation par l'extérieur Solution 2 : Ossature bois avec complément d'isolation par l'extérieur



• Plaque de plâtre BA13 mm

• Profil métallique 15 mm

• Pare-vapeur

• Laine minérale 120 mm

• Montant d'ossature 45/120

• Panneau contreventant OSB 9 mm

• Isolant rigide hydrofuge 24 mm

• Contre-lattage 22/45

• Bardage bois 22 mm
coupe ossature bois isolation extérieure renforcée Solution 3 : Ossature bois avec complément d'isolation par l'intérieur à l'aide de panneaux haute densité



• Plaque de plâtre BA13 mm

• Lattage horizontal 60/60 mm

• Panneau isolant de fibres de bois 60 mm

• Frein vapeur

• Montant d'ossature 45/175

• Panneau de fibres de bois isolant 180 mm

• Panneau contreventant OSB 10 mm

• Pare-pluie

• Contre-lattage 40/40

• Bardage bois 22 mm
Ossature bois haute isolation

Solution 4 : Ossature bois haute isolation avec objectif label BBC/Effinergie et murs respirants (parois à perméances dégressives)


• Plaque de plâtre Fermacell

• Vide technique 40mm

• Panneau contreventant Pavaplan

• Montant d'ossature "joist" Steico Wall 300mm

• Pare-pluie de fibre de bois Isoroof Natur 35 mm

• Contre-lattage 30/30

• Enduit extérieur sur Nergalto SE



Le détail de cette solution est donné en annexe .



Les résultats ! 


1) pertes thermiques par les surfaces et liaisons de parois


A épaisseur de mur égale, les maisons en ossatures bois présentent des performances  d'isolation supérieures aux maisons maçonnées, mais les solutions bois d'entrée de gamme (solutions 1 et 2), pourtant les plus répandues, sont maintenant dépassées par les bonnes pratiques en construction traditionnelle (voir notre match comparatif : parpaing de bloc béton, monomur, béton cellulaire).


Pour autant, les solutions 3 et 4 démontrent que les maisons à ossature permettent beaucoup d'atteindre des hautes isolations (coefficient Up < 0,2), sans pour autant avoir des murs très épais.





















Solution 1 (isolation 12cm entre montants)















0.55 W/m²K (Up=0.35)
  0.65 0.45  

Solution 2 (isolation 12cm + complément extérieur)















0.46 W/m²K (Up=0.30)
  0.65 0.45  

Solution 3 (Isolation 18 cm + complément haute densité côté intérieur)















0.34 W/m²K (Up=0.2)
  0.65 0.45  

Solution 4 (Ouate de cellulose 30cm + complément extérieur)















0.3 W/m²K (Up=0.16)
  0.65 0.45  


2) Capacité thermique surfacique : 


Pour déterminer de manière sûre l'apport d'inertie apportée par des parois multi-couche, nous appliquons les calculs selon la norme ISO 13786 en régime périodique (période de 24h).


Pour atteindre une inertie satisfaisante en ossature bois, il faut impérativement mettre des  isolants denses, couplés à des panneaux denses placés du côté intérieur.

La solution 4, basée sur 2 panneaux côté intérieur (le panneau contre-ventant et la plaque de plâtre sur vide technique) permet d'atteindre des valeurs satisfaisantes, certes inférieures à ce que l'on peut obtenir en Monomur ou béton cellulaire, mais largement supérieures à une maison maçonnée avec doublage intérieur en plaque de plâtre .





















Solution 1 (isolation 12cm entre montants)















14 kJ/m²K
  15 35  

Solution 2 (isolation 12cm + complément extérieur)















18 kJ/m²K
  15 35  

Solution 3 (Isolation 18 cm + complément haute densité côté intérieur)















21 kJ/m²K
  15 35  

Solution 4 (Ouate de cellulose 30cm + complément extérieur)















27 kJ/m²K
  15 35  


3) déphasage :


De même, nous utilisons la norme ISO 13786 en régime périodique (période de 24h) pour déterminer de manière sûre l'aptitude des solutions à retarder et surtout amortir les fortes variations de températures extérieures, gage de confort en été.


L'ossature bois ne contenant par définition pas de matériau très lourd, la comparaison montre que le déphasage est fortement pénalisé si l'épaisseur de l'isolant n'est pas fortement dimensionnée.

En particulier, les maisons à ossature bois conventionnelles avec un isolant de moins de 15cm d'épaisseur ne pourront pas vous protéger efficacement de la chaleur estivale.

Ceci explique pourquoi aux Etats-Unis, qui compte une forte tradition de maisons à ossature bois, est le pays où la climatisation s'est généralisée très tôt.


Par contre, les ossatures bois avec une bonne épaisseur d'isolants denses (comme les solutions 3 et 4 comparées ici) permettent également  d'atteindre des valeurs satisfaisantes, également inférieures à ce que l'on peut obtenir en Monomur ou béton cellulaire, mais largement supérieures à une maison maçonnée avec doublage intérieur en plaque de plâtre .





















Solution 1 (isolation 12cm entre montants)















2.2 h
  7.5 11  

Solution 2 (isolation 12cm + complément extérieur)















5.2 h
  7.5 11  

Solution 3 (Isolation 18 cm + complément haute densité côté intérieur)















8.5 h
  7.5 11  

Solution 4 (Ouate de cellulose 30cm + complément extérieur)















10 h
  7.5 11  


4) Energie Grise :


Les quatre solutions comparées présententent des énergies grises assez faibles (entre 60 et 90 kWh/m² pour 3 des 4 solutions, montants et parement extérieur non compris).


L'utilisation d'isolants peu énergivores à la fabrication (fibre de bois ou ouate de cellulose) permet, à énergie grise égale, d'augmenter l'épaisseur d'isolant par rapport à des solutions basées sur des laines minérales ou des polystyrènes.


5) Résistance à la diffusion de vapeur d'eau  :


Le DTU Français pour l'ossature bois (DTU 31.2) ne prend pas en compte les exigences des murs perméables à la migration de vapeur (vapeur d'eau et d'autres gaz comme le CO2, les COV, etc).

Il stipule que le matériau utilisé en pare-vapeur doit avoir une perméance ≤ 0,005 g/m2.h.mmHg soit une valeur Sd ≥ 18 m.


La norme allemande DIN 4108 donne les exigences suivantes contre le risque de condensation dans les isolants :



  • Sd du matériau extérieur à l'isolant (pare-pluie)  < 0,3 m

  • Sd du matériau intérieur à l'isolant  > 2,0 m

  • Sd  du matériau intérieur à l'isolant > 6 × Sd matériau extérieur à l'isolant.


De la sorte, les solutions 1 et 2, basées sur une approche conventionnelle à pare-vapeur respectent parfaitement le DTU, mais leurs murs ne sont pas perméants.


La solution 3 respecte la norme allemande mais pas le DTU français.


La solution 4 est de loin la plus respirante. Pour respecter les conventions allemandes, il conviendra de mettre un frein-vapeur en complément du panneau contre-ventant, au minimum sur les parois extérieures des pièces humides (cuisine, cellier, salle de bain).





















Solution 1 (isolation 12cm entre montants)















  15 2.5  

Solution 2 (isolation 12cm + complément extérieur)















  15 2.5  

Solution 3 (Isolation 18 cm + complément haute densité côté intérieur)















13.4 m
  15 2.5  

Solution 4 (Ouate de cellulose 30cm + complément extérieur)















1 m
  15 2.5  


Conclusion :


Les maisons à ossature bois ont la réputation d'être mieux isolées que leurs homologues en maçonnerie.


Effectivement, seul un isolant épais (> 25 cm) et donc forcément placé entre ossatures, permettra aux constructions d'atteindre les  objectifs de basse consommation pronés par Effinergie et mis en exerge par les conclusions du Grenelle de l'environnement.

Les industriels comme Géoxia (propriétaire de la marque Maisons Phénix) ne s'y sont pas trompés et leur Bonne Maison est également basée sur des murs en ossature (mais métallique) avec isolants épais.


Par contre, ce comparatif montre bien qu'avec des isolants de moins de 15 cm d'épaisseur, une ossature bois aura des performances thermiques d'hiver moins bonnes que celles d'une maison conventionnelle à rupteurs de ponts thermiques et des performances thermiques quasi catastrophiques en été, notamment à cause de leur très faible déphasage .


Le surcoût des maisons à ossature bois est pour une bonne part dû au bardage extérieur ou à l'enduit plus difficile à appliquer. Si vous optez pour l'ossature bois, ne vous privez donc pas de prendre un isolant dense sur une bonne épaisseur entre montants et d'un complément d'iolation posé sur les montants.


La solution 4 de ce comparatif présente ainsi des performances d'isolation exeptionnelles et saura garder une excellente fraîcheur l'été grâce à un déphasage important et à une bonne inertie.


Annexe


Description détaillée de la solution 4 :


Contreventement et frein vapeur : parmi les solutions  le panneau de fibre de bois Pavaplan (de Pavatex) assure à la fois le rôle de contreventement, de frein vapeur et de barrière à la perméabilité à l'air en utilisant un ruban adhésif approprié. Il permet de remplacer de manière plus économique l'utilisation d'un OSB (classe E0) couplé à un film freine vapeur, c'est donc cette dernière solution qui sera présentée ici.

Une alternative à cette solution serait l'utilisation d'une plaque de plâtre Fermacell qui dispose maintenant d'un avis technique (AT 2/06-1200) pour le contreventement intérieur ou extérieur, mais dans ce cas, l'ajout d'un film frein-vapeur sera nécessaire.


Pour préserver l'imperméabilité à l'air, la finition intérieure sera placée sur un vide technique, pour permettre de passer les gaines électriques et de ne pas devoir percer le frein vapeur en installant les boîtes à encastrer des appareillages électriques.


Les montants des murs sont réalisés avec des profils minces en I (dits "joists") pour minimiser les pertes par pont thermiques et maximiser la stabilité dimensionnelle: par exemple le système Steico Wall.

Pour préserver un bon rapport performance/prix, l'isolant choisi est l'ouate de cellulose insufflée.


Pour le pare-pluie, plusieurs fabricants proposent des produits assurant à la fois un rôle de pare-pluie et de complément d'isolation à des performances et des prix sensiblement équivalents (Pavatex Isoroof Natur, Steico Universal, GUTEX Multiplex-top, Homatherm UD, Agepan DWD ...).


Pour le décor extérieur, un bardage bois ou fibro-ciment peut être utilisé, ou encore un enduit traditionnel sur treillis métallique Nergalto SE (spécial extérieur).

Il est également possible d'utiliser des isolants pouvant être directement recouverts d'enduit (Gutex Thermowall, Pavatex Diffutherm, Steico Protect), mais ces solutions, peu courantes en France seront souvent proposées à des prix plus élevés.









ossature bois mur manteau


Nous retenons ici l'usage d'un pare-pluie, le décor extérieur étant placé devant une lame d'air ventilée ne sera pas retenu dans les calculs thermiques.


Pour les valeurs de ponts thermiques, l'hypothèse d'un mur manteau autour d'une structure maçonnée interne (dalles, murs de refend, escalier en béton) est retenue, comme illustré ci-contre.



Détail des ponts thermiques de liaison


Pour les calculs présentés ici, les valeurs de ponts thermiques sont issues d'un document édité par le FCBA (CTBA) "Etude de la thermique des constructions en bois et élaboration d'une solution technique intégrée à la réglementation thermique pour la maison individuelle en bois". Une valeur typique pour chaque cas de figure a été retenue pour les calculs.

Ce document sera sous peu être disponible soit sur le site de la RT 2005 , soit sur le site du FCBA .


Pour les 4 solutions le plancher bas est un plancher lourd sur terre plein avec une isolation en sous face.


Pour les solutions 1, 2 et 3, les refends et planchers intermédiaires (de l'étage) sont légers (bois et/ou plaque de plâtre).











































































valeur Pont Thermique Ψ (W/mK) Solution 1 Solution 2 Solution 3 Solution 4
angles des murs avec plancher bas sur terre plein 0.22 0.25 0.14 0.25
angle des murs avec plancher intermédiaire (étage) 0.18 0.12 0.143 0.08
angle sortant entre deux murs (cas usuel) 0.16 0.11 0.07 0.11
angle entrant entre deux murs 0.15 0.06 0.11 0.06
angle entre les murs (extérieur) et les murs de refend 0.16 0.09 0.11 0.03
angle entre les murs et les appuis de fenêtre (partie inférieure) 0.1 0.1 0.17 0.1
angle entre les murs et les linteaux de fenêtre (partie supérieure) 0 0 0 0
angle entre les murs et les tableaux de fenêtre (côtés) 0 0 0 0
valeur de delta U pour les ponts thermiques intégrés (W/m².K) 0.07 0.04 0.04 0.04

Rappel de la liste des matériaux : Solution 1





















































































matériau épaisseur

(cm)
densité

(kg/m3)
chaleur

spécifique

(kJ/kg.K)
conductivité

thermique λ

(W/m.K)
Résistance

thermique

R(m²K/w)
Energie

grise au m²

(kWh/m²)
Résistance

diffusion

vapeur d'eau

Sd (m)
Pare-pluie (Sd=0,1) 0.10 130 2300 2.300 0 0 0.1
Panneau d'aggloméré type OSB 0.9 470 2500 0.120 0.08 21.2 1.8
Laine de roche 70kg/m3 12 70 1030 0.042 2.86 51.8 0.1
Pare-Vapeur (Sd=1500m) 0.10 130 2300 2.300 0 0
Lame d'air 15 mm 1.5 1 1000 0.071 0.21 0 0
Plaque plâtre BA13 1.30 825 1008 0.250 0.05 18.9 0.1
TOTAL 15.9       3.37 91.9

Rappel de la liste des matériaux : solution 2





















































































matériau épaisseur

(cm)
densité

(kg/m3)
chaleur

spécifique

(kJ/kg.K)
conductivité

thermique λ

(W/m.K)
Résistance

thermique

R(m²K/w)
Energie

grise au m²

(kWh/m²)
Résistance

diffusion

vapeur d'eau

Sd (m)
Pare-pluie fibres de bois 200 kg / m3 2.4 270 2100 0.049 0.49 7.5 0.1
Panneau d'aggloméré type OSB 0.9 470 2500 0.120 0.08 21.2 1.8
Laine de roche 110kg/m3 12 113 1030 0.044 2.73 83.7 0.1
Pare-Vapeur (Sd=1500m) 0.10 130 2300 2.300 0 0
Lame d'air 15 mm 1.5 1 1000 0.130 0.12 0 0
Plaque plâtre BA13 1.30 825 1008 0.250 0.05 18.9 0.1
TOTAL 18.2       3.63 131.2

Rappel de la liste des matériaux : solution 3





















































































matériau épaisseur

(cm)
densité

(kg/m3)
chaleur

spécifique

(kJ/kg.K)
conductivité

thermique λ

(W/m.K)
Résistance

thermique

R(m²K/w)
Energie

grise au m²

(kWh/m²)
Résistance

diffusion

vapeur d'eau

Sd (m)
Pare-pluie (Sd=0,1) 0.10 130 2300 2.300 0 0 0.1
Panneau d'aggloméré type OSB 1 470 2500 0.120 0.08 23.6 2
Panneaux laine de bois flexibles 50 kg / m3 17.5 50 2100 0.039 4.49 10.1 0.9
Freine vapeur (Sd=10m) 0.10 130 2300 2.300 0 0 10
Panneaux laine de bois 150 kg / m3 6 140 2100 0.042 1.43 9.7 0.3
Plaque plâtre BA13 1.30 825 1008 0.250 0.05 18.9 0.1
TOTAL 26       6.22 62.2 13.4

Rappel de la liste des matériaux : Solution 4











































































matériau épaisseur

(cm)
densité

(kg/m3)
chaleur

spécifique

(kJ/kg.K)
conductivité

thermique λ

(W/m.K)
Résistance

thermique

R(m²K/w)
Energie

grise au m²

(kWh/m²)
Résistance

diffusion

vapeur d'eau

Sd (m)
Isoroof Natur 1.8 240 2100 0.047 0.38 5 0.1
Ouate de cellulose injectée 30 45 1900 0.042 7.14 29.3 0.3
Panneau Pavaplan 3F 0.8 800 2100 0.1 0.08 32 0.5
Lame d'air 40 mm 4.00 1 1000 0.230 0.17 0 0
Fermacell 1.00 1125 1265 0.360 0.03 16.7 0.1
TOTAL 37.6       7.98 82.9 1