pose de panneaux solaires, x.kuborn, cstc

16/05/2012

1

Centre scientifique et technique de la construction : www.cstc.be

Xavier Kuborn (CSTC)

Cycle de formation énergie et construction 1 16/05/2012

Points d’attention pour la pose en toiture de capteurs solaires thermiques

et photovoltaïques.

Fon

ctio

ns

de

la t

oit

ure

La toiture protège le bâtiment (et les occupants)

Protection de la partie supérieure du bâtiment contre :

• La neige

• Le froid

• Le chaud

• La pluie

• Le vent

• (le bruit)


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Fon

ctio

ns

de

la t

oit

ure

Production d’énergie : un rôle supplémentaire.

Les capteurs solaires ajoutent à la toiture la fonction de production d’énergie :

o Electricité.

o Chaleur. o Certificats verts (PV), réduction de la facture énergétique et plus-value pour le bâtiment.


Fon

ctio

ns

de

la t

oit

ure

Production d’énergie : un rôle supplémentaire.

→ L’installation solaire ne peut altérer les fonctions premières de la toiture.

→ Les performances, stabilité mécanique et durée de vie doivent être inchangées.


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Vu

e d

’en

sem

ble

Points d’attention…de la conception à l’entretien


Conception

Montage

Do

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Réception

Remplacement

Mise en service

Inspection

Entretien

Vu

e d

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Conception

Montage

Do

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ns

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Réception

Remplacement

Mise en service

Inspection

Entretien

Accessibilité du chantier

Matériaux employés

Etat de la toiture

Interventions ultérieures

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Vu

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’en

sem

ble



Conception

Montage

Do

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ns

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s

Réception

Remplacement

Mise en service

Inspection

Entretien

Détails de mise en œuvre


1) Etat de la toiture

2) Accessibilité du chantier

3) Matériaux employés

4) Interventions ultérieures

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Etat

de

la t

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ure

Durée de vie de la toiture > installation solaire

Installation solaire bien conçue et bien entretenue 25 ans (annoncé) : • Inspecter préalablement la toiture

• Rénover/remplacer si nécessaire


Etat

de

la t

oit

ure


Installation solaire bien conçue et bien entretenue 25 ans :

• Couverture : 30 100 ans et d’avantage (bien supérieure à la durée de vie d’une installation solaire).

• Etanchéité : 10, 30 50 ans maximum (comparable à la durée de vie d’une installation solaire).


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Etat

de

la t

oit

ure


Toute intervention sur la toiture après la pose des capteurs entraine des travaux/frais supplémentaires :

• Démontage – (transport) – stockage des capteurs et accessoires

• Risque de dégâts sur :

o Les capteurs

o La toiture







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Acc

essi

bili

té d

u c

han

tier

Modification de la fréquence d’accès

Toutes les toitures plates ne sont pas prévues pour la circulation des personnes. Présence de capteurs solaires augmentation de la fréquence d’accès :

• Pendant la durée du chantier

• Après le chantier : inspections, entretiens

• Prévoir des moyens d’accès sécurisé o Sécurité des personnes.

o Sécurité des installations.


Acc

essi

bili

té d

u c

han

tier

Protéger la toiture

Chemins d’accès : Protection contre le poinçonnement et l’usure de la membrane

Protection des accessoires (câbles, conduits,…)


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Acc

essi

bili

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u c

han

tier

Sécuriser l’accès

Protections antichute :


Lorsque A ≤ 4 m ou situation dangereuse.

Acc

essi

bili

té d

u c

han

tier

Respecter les fonctions existantes

Conserver intacts les accès, les fonctions des accessoires en toiture (exutoires,…).


SPF Intérieur

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Acc

essi

bili

té d

u c

han

tier

Maintenir le chantier propre et dégagé

• Ne pas laisser trainer de vis, d’outils, ou d’autres objets coupant poinçonnement et percement de la membrane d’étanchéité.

• Bouchage éventuel du système d’évacuation des eaux de pluie lors de la première averse.


Acc

essi

bili

té d

u c

han

tier

Accessibilité du chantier

Toutes les toitures inclinées ne sont pas munies de crochets ou d’autres moyens de fixation. • Contrairement aux toitures plates, il n’y a pas d’accessibilité

des toitures inclinées.

• La présence de capteurs solaires augmente le besoin d’accès.

• Prévoir des moyens de faciliter l’accès après la réalisation du chantier crochets, marches pieds,…


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Acc

essi

bili

té d

u c

han

tier

La toiture doit être accessible

Faciliter et sécuriser l’accès pour inspection, entretien et réparation


Accès facile mais limité depuis

l’intérieur.

Echelle à sécuriser (crochet, ligne de vie)

Moyens d’accès spécifiques à prévoir.

Acc

essi

bili

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u c

han

tier

La sécurité des travailleurs est une priorité

• Prévoir des dispositifs antichute, privilégier les dispositifs collectifs.

• Une échelle n’est pas adaptée au transport des capteurs (et charges lourdes) limiter son utilisation.


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Compatibilité des matériaux

Vérifier que les matériaux sont assemblables et compatibles à long terme (p.e. migration de plastifiants,…).

Pour une intervention sur une toiture existante, connaître les matériaux employés.

Vérifier la compatibilité électrochimique des matériaux en présence d’écoulement d’eau


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Compatibilité des matériaux

Proplème de compatibilité entre une huile thermique et une membrane EPDM.


Mat

éria

ux

emp

loyé

s

Utiliser des matériaux de qualité

Garantir les fonctions et les performances à long terme limiter les interventions ultérieures.

• Capteurs solaires certifiés :

o Photovoltaïques (IEC 61215,…)

o Thermiques (EN 12975/6/7, solar keymark)

• Capteurs en bon état :

o Pas de défauts visibles : fêlures, délaminations, tôles pliées, joints endommagés.


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Mat

éria

ux

emp

loyé

s Utiliser des matériaux de qualité

Garantir les fonctions et les performances à long terme limiter les interventions ultérieures.

• Accessoires métalliques résistants à la corrosion

o Zone protégée (sous la couverture) – classe 2

o Zone exposée (à la pluie) – classe 3

o Bord de mer (brouillard salin) – classe 4


Mat

éria

ux

emp

loyé

s


Visserie en inox car un zinguage protecteur peut être endommagé lors de la mise en œuvre.

→ Classe 2 et 3 : inox A2.

→ Classe 4 : inox A4.

Rails, crochets,…

→ Classe 3 : Acier galvanisé à chaud 55 µm, Inox A2, Alu

→ Classe 4 : Acier galvanisé à chaud 85 µm, Inox A4, Alu


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Mat

éria

ux

emp

loyé

s


Feuilles métalliques, bavettes : adapter l’épaisseur.

→ Classe 3 :

o Zinc 0,7 mm, cuivre 0,6 mm, plomb 1,25 – 2 mm

→ Classe 4 :

o Zinc 1 mm, cuivre 1 mm, plomb 1,25 – 2 mm

Eléments synthétiques résistants aux UV

→ Câbles, bavettes, membranes, joints, serre-câbles


Perf

orm

ance

s én

ergé

tiq

ues

.

Maximiser les performances

L’installation doit être :

• bien orientée

• bien positionnée

• bien dimensionnée.

•


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Perf

orm

ance

s én

ergé

tiq

ues

. Eviter les ombres




Conception

Montage

Do

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Réception

Remplacement

Mise en service

Inspection

Entretien

Détails de mise en œuvre

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1) Fixation sur toiture inclinée

2) Stabilisation sur toiture plate

3) Percement sur toiture inclinée

4) Percements sur toiture plate

Inve

nta

ire

des

tec

hn

iqu

es

Deux techniques principales

Intégration et surimposition


L’étanchéité est assurée par les capteurs et des raccords étanches

Les capteurs n’ont aucun rôle d’étanchéité

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Inve

nta

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des

tec

hn

iqu

es


Intégration :

• Esthétique

• Durabilité des capteurs/raccords < toiture

• Prévoir une sous-toiture continue, en bon état et connectée à la gouttière pour l’évacuation des condensats.


Inve

nta

ire

des

tec

hn

iqu

es


Surimposition :

• Capteurs fixés à la charpente via des rails en alu et des crochets ou goujons.


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Fixa

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et

Règles de mise en œuvre

1) Les crochets sont fixés dans un élément structural de la charpente ou dans un élément intermédiaire, lui-même ancré dans un élément structural.

2) Les crochets ne peuvent exercer d’efforts, permanents ou occasionnels, sur les éléments de couvertures.

3) Les crochets ne peuvent gêner le positionnement des éléments de couverture.


Fixa

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et






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et

Fixation dans un élément structural


Le crochet est vissé dans un chevron/fermette.

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Fixation dans un élément intermédiaire


Le crochet est boulonné dans une volige. La volige est vissée dans les chevrons/fermettes.

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et

Conseils de mise en œuvre

Limiter la flexion de la volige sous la charge reprise par le crochet

→ L’épaisseur de la volige dépend de l’écartement entre les chevrons et de la charge reprise par le crochet. A voir sur chantier.

→ L’épaisseur de la volige est limitée par l’épaisseur des lattes (max. 35 mm), cette solution n’est pas applicable à toutes les configurations (lattes trop fines, écartement entre chevrons trop grand).


Fixa

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et

Conseils de mise en œuvre

Une volige de 35 mm n’est pas assez épaisse (limite) pour permettre la fixation du crochet par vis/tire-fond :

→ Le crochet est boulonné à travers la volige

→ Il est conseillé de boulonner le crochet avant de fixer la volige.


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Le crochet est boulonné dans un profilé métallique. Le profilé est vissé dans les chevrons/fermettes.

Avantages du système : • Meilleure rigidité pour une plus faible épaisseur s’adapte à

d’avantages de configurations.

• Possibilité d’usiner des glissières pour faciliter le réglage de la position du crochet.

• Utiliser des écrous freinés.

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Trois fonctions :

1) réglage de la position


Par ex : lorsque le sommet de l’onde est aligné avec le chevron

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Trois fonctions :

2) Répartition de la charge


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Trois fonctions :

3) Sécurisation de l’ancrage (pour fermettes minces)


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Crochet avec platine large

Attention au bras de levier lorsqu’on décentre le système ancrage plus fragile.


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Sous l’effet d’une charge (neige, vent, personne) :

• Flexion du crochet

• Contact avec la tuilefissures, rupture

• Infiltrations.

Fixa

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et

Risque pour la couverture


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Contact tuile/crochet


Positionner le crochet sans contact avec la tuile inférieure :

• Crochet adapté

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et

Mise en œuvre correcte


hauteur

Inclinaison

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• Crochet adapté

• Entretoises

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• Crochet adapté

• Entretoises

• Meuler les ergots

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• Crochet adapté

• Entretoises

• Meuler les ergots

• Meuler la tuile

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Fixa

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et

Mises en œuvre correctes


Adapter la tuile supérieure pour permettre un positionnement correct :

• Meuler le casse goute

Fixa

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2) Adapter la tuile supérieure pour permettre un positionnement correct :

oMeuler le casse goute

oMeuler légèrement la tuile

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2) Adapter la tuile supérieure pour permettre un positionnement correct :

oMeuler le casse goute

oMeuler légèrement la tuile

o Adapter la tuile

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Mauvais exemples

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Mauvais exemples Fi

xati

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par

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chet


Mauvais exemples

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Mauvais exemples Fi

xati

on

par

cro

chet


Les ardoises sont trop plates et fines pour permettre le passage d’un crochet adaptation nécessaire.


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Fixa

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1) Placement d’une feuille d’étanchéité et fixation du crochet à travers la feuille (dans le chevron)


Fixa

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2) Découpe et placement des ardoises latérales


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3) Placement d’une seconde feuille d’étanchéité


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4) Découpe et placement des ardoises supérieures


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Le goujon remplace un tire-fond de fixation des plaques ondulées

Diamètre supérieur pour avoir une bonne prise dans l’ancien trou.

Mo

nta

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ou

jon

s Détails de mise en œuvre

Confédération Construction Verviers 73 16/05/2012



2) Stabilisation sur toiture plate


4) Percements sur toiture plate

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Stab

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pla

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Ancrage ou lestage ?


Positionnement peu efficace du lest pour le renversement

Avantages :

Possibilité de réaliser l’ancrage dans des éléments

structuraux résistants : • Murs, piliers, poutres

• Capables de supporter des charges importantes

Stab

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te

Ancrage


Piliers/murs porteurs

Poutres béton, bois, métal

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Stab

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te

Ancrage

Avantages :

Indépendant des éléments de remplissage :

• Béton, tôles d’acier profilées, OSB

• Trop souple, pas assez résistant ?


Éléments de remplissage

Stab

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te

Ancrage

Avantages :

Permet éventuellement de réaliser des entretiens sur l’étanchéité sans démonter l’installation solaire.


Espace suffisamment accessible ?

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Stab

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Ancrage

Inconvénients : • Percements des couches de la toiture

o Main d’œuvre qualifiée, travail important

o Soin du travail intégrité de la toiture à long terme

• Efforts sur la structure du bâtiment

• Création de ponts thermiques o Diminution des performances de l’isolation

o Risque de condensation pour les classes de climats élevées (piscines,…)

o Limiter le nombre d’ancrage moins de points d’appui et structure secondaire plus lourde.


Stab

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Lestage

Avantages : Pas de percement

o Peu de connaissances spécifiques au travail d’étancheur

o Peu de risques pour l’étanchéité

o Main d’œuvre réduite, travaux rapides

o Pas de ponts thermiques, pas de risque supplémentaire de condensation

Inconvénients : Masse de lest importante

o Souvent sous-évaluée

o Ne convient pas pour toutes les configurations de toitures plates


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Stab

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Ancrage ou lestage ?


Lorsque la toiture est capable de supporter la masse additionnelle, le lestage est une solution intéressante.

L’ancrage donne d’avantage de liberté sur la configuration (inclinaison,…) mais demande plus de travail.

Stab

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te

Techniques d’ancrage (cfr. NIT 244)


Ancrage pour structures légères

Ancrages pour structures lourdes

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Stab

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te


Fixation dans le support : • Béton : ancrage chimique, chevilles vérifier l’état du béton

(fissure,…)

• Poutrelles métalliques : pince,…

• Poutrelle en bois : tirefonds, tige/boulons/crampons,…


Stab

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te


Fixation dans le béton

Distances à respecter par rapport au bord fabricant.

Distance réduite pour ancrages chimiques.


Source : Antec

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Stab

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Pinces pour poutrelles

Solidariser les ondes découpées


Source : Antec

Stab

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Fixation dans le bois : • Vis ou tirefonds : facile à mettre en œuvre au travers l’OSB

• Etriers et crampons : plus de travail mais plus résistant.


Source : Antec

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Stab

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Fermeture du pare-vapeur : • Le soin à apporter à ce détail est fonction de la classe de

climat intérieur (hangar < maison < piscine) NIT 215.

• Étanchéité liquide

• Mastic (+ rondelle et écrou de maintient)


Stab

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te


Resserrer l’isolant autour des percements


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Stab

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Fermeture de l’étanchéité

• Maintenir le point faible 150 mm au-dessus du niveau de l’eau

• Les techniques dépendent du type de membrane, faire attention à la compatibilité chimique.


150 mm

150 mm

Stab

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1) Bloc de rehausse – installation légère →Effort de traction (vent) repris par les ancrages sur la

toiture et les écrous


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Stab

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1) Bloc de rehausse – installation légère →Effort de compression (poids propre, neige et vent) repris

par l’isolant (adapter l’isolant)


Compression Déformation élastique Fluage

Stab

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1) Bloc de rehausse – installation légère →La réglementation impose des épaisseurs croissantes pour

l’isolation des bâtiments.

→Les isolants se déforment (temporairement, de manière permanente) sous l’effet d’une charge

→La déformation peut entrainer un défaut d’étanchéité

Evaluer la charge reprise par l’isolant : • Charge permanente (fluage)

• Charge variable (déformation élastique)

Certains isolants se déforment très peur, par exemple :


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Stab

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1) Bloc de rehausse – installation légère →Étanchéité liquide/mastic

→Couche de protection/étanchéité


Chute de membrane, néoprène étanchéité par serrage, protection contre les arêtes vives.

Stab

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2) Bloc de rehausse – installation lourde →Effort de traction repris par les ancrages sur la toiture et

les écrous

→Effort de compression repris par les écrous


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Stab

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2) Bloc de rehausse – installation lourde


Attention aux mouvements parasites éventuels problèmes d’étanchéité au droit des percements.

Stab

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Techniques d’ancrage


3) Pied préfabriqué

rehausse

bavette

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Stab

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Techniques d’ancrage


3) Pied préfabriqué

Coupure thermique intégrée.

Isolant à l’intérieur du pied (si possible).

Stab

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te



La compatibilité entre les membranes d’étanchéité (bitume, EPDM, PVC), les étanchéités liquides (PU, bitume,…) et les matériaux de construction (béton, métal, isolants,…) est décrite dans la NIT 244

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Stab

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Autres techniques (pour info)


Cellules amorphes intégrées dans la membrane d’étanchéité : • Rendement plus faible (amorphe < cristallin)

• inclinaison capteurs = inclinaison toiture

• Pas de percement, surcharge très faible.

Stab

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te



Cellules cristallines et structure porteuse collée à la membrane : • Les efforts sont repris par la membrane d’étanchéité

• Conditions de collage sur chantier ?

• Durabilité, déchirures ?

Source : Altec

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Stab

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Cellules cristallines et structure porteuse thermo-soudée à la membrane : • Les efforts sont repris par la membrane d’étanchéité

• Durabilité, déchirures ?

Source : soprasolar

Le poids propre des capteurs, du support et l’ajout d’une masse de lest permettent de stabiliser l’installation solaire par rapport au vent.

Stab

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Les caractéristiques du lestage


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→Déplacement de l’installation solaire

→Renversement de l’installation solaire

Stab

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Lestage insuffisant


Déplacement de l’installation en toiture : • Danger potentiel de chute, de dommages aux personnes et

aux autres structures.

• Dégâts potentiels sur la toiture et les accessoires (membrane d’étanchéité, passage et chemins de câbles).

• Destruction du support, des capteurs.

• 3 états d’équilibre à vérifier 1) renversement,

2) soulèvement,

3) glissement.

Stab

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Lestage insuffisant


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Stab

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Déplacement de la structure


Stab

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Renversement des capteurs


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En fonction de plusieurs paramètres : • La vitesse du vent, la topographie des lieux et la

configuration du bâtiment Eurocode NBN 1991-1-4 et annexes nationales

• La position de l’installation sur la toiture, la protection par d’autres capteurs, la configuration des capteurs (inclinaisons,…), la présence de déflecteurs.

Stab

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Le lestage doit être dimensionné


• Lors des travaux capteurs + structure + lest + matériel + ouvriers.

• En conditions de service capteurs + structure + lest + charge de neige/vent

• Déformation de la structure, modification de la pente, stagnation d’eau, apparition de fissure.

• Augmentation de la charge et diminution de la durée de résistance au feu avant effondrement.

Stab

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La toiture doit pouvoir supporter le lest


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Avant d’envisager le lest :

• Connaître la structure de la toiture et déterminer sa capacité de mise en charge :

→ Éviter la rupture

→ Limiter la déformation

→ Eventuellement modifier le projet :

o Réduction de l’inclinaison des capteurs

o Ajout de déflecteurs de vent

o Utiliser des câbles pour maintenir les capteurs

o Réalisation d’ancrages

o Abandon du projet

Stab

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tio

n s

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toit

ure

pla

te

La toiture doit pouvoir supporter le lest


Prévoir une protection mécanique entre la structure lestée et la membrane d’étanchéité : • Protéger contre le poinçonnement

• Permettre la dilatation thermique

• Vérifier la compatibilité chimique des accessoires !

Stab

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toit

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te

Mise en œuvre des structures lestées


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Protection contre le poinçonnement • Matériaux épais et déformable (dalle en caoutchouc,…).

• Souple (ne transmet pas le poinçonnement).

• Ne se liquéfie pas aux températures rencontrées en toitures plates.

• Débordement de min. 5 cm.

• Vérification périodique.

Stab

ilisa

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n s

ur

toit

ure

pla

te



Permettre la dilatation thermique • Grandes structures métalliques

• Grands écarts de température

• Par. ex. : profilé en aluminium de 6 m, 20°C à l’ombre, 70°C au soleil 7 mm d’allongement.

• La couche de protection peut être fixée à la membrane ou à la structure, mais pas aux deux à la fois

• Les assemblages entre éléments de structure doivent autoriser la dilatation thermique.

Stab

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toit

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Permettre la dilatation thermique

Stab

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Grands profilés Pas de protection

Permettre la dilatation thermique

Stab

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Capteurs solyndra (faillite) : • Capteurs tubulaires, peu de prise au vent.

Stab

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Systèmes sans lest (pour info)




2) Fixation sur toiture plate


4) Percement sur toiture plate

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Perc

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oit

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incl

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Eviter si possible les percements

Des raccords appropriés doivent être mis en œuvre à chaque couche traversée.


Couverture Sous-toiture

Isolant

Pare-vapeur/étanchéité à l’air

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incl

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Thermique : le ballon est généralement dans le volume protégé percements inévitables.


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Perc

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incl

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Photovoltaïque : l’onduleur et le compteur peuvent être hors du volume protégé percements évitables.


Perc

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incl

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Percements de la couverture


• Isolation thermique (pour caloporteurs)

• Protection contre les UV

• Protection mécanique

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Perc

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co

uve

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Accessoires de tuiles

Accessoire adapté bon emboitement/recouvrement et étanchéité intacte :

• Accessoire spécifique

• Accessoire universel


Choix du diamètre (meilleure étanchéité).

Bavette plissée.

Perc

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co

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re


Passage sous une tuile :

• Tuile soulevée.

• Câble « écrasé » durabilité.


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Perc

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re


Ne pas utiliser de tuiles à douille : • Plus difficile de faire passer le conduit.

• Éventuellement inclinaison du conduit vers l’intérieur et écoulement de l’eau de pluie.


Perc

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toit

ure

Percements de la sous-toiture

Limiter le percement au strict minimum :

Refermer la sous-toiture avec :

• Membrane autocollante adaptée

• Membrane EPDM collée avec bande adaptée


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Perc

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Maintenir la continuité de l’isolant

• Réaliser le percement aussi court que possible, perpendiculairement au plan de la toiture.

• Resserrer la couche d’isolant autour du câble/conduit résistance à des températures élevées (150°C) et incombustible.


par

e-va

peu

r/ét

anch

éité

à l’

air

Soigner l’étanchéité à l’air

Refermer le passage du câble/conduit au niveau du pare-vapeur :

• Prévoir la manchette avant de raccorder le câble/conduit (solution idéale).

• Utiliser le bon diamètre


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par

e-va

peu

r/ét

anch

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à l’

air

Soigner l’étanchéité à l’air

Refermer le passage du câble/conduit au niveau du pare-vapeur :

• Rendre étanche à l’aide d’une bande autocollante (pas facile en pratique, surtout pour des petits diamètres).




2) Fixation sur toiture plate


4) Percement sur toiture plate

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Passage de câbles (cfr. NIT 244)

Les accessoires de passage de câble sont constitués de trois éléments :

• Chapeau de protection contre la pluie

• Fourreau pour la traversée

• Platine de fixation



Chapeau de protection contre la pluie


Col de cygne pré-monté Col de cygne assemblé Couvercle démontable

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Col de cygne :

→ Difficile de faire passer un gros faisceau de câbles.

→ Poids des câbles et bras de levier : soutient éventuellement nécessaire pour éviter de fragiliser la platine et l’étanchéité.


Raccord étanche ? Relevé de 150 mm


Chapeau de protection contre la pluie :

→ Passage des câbles à la verticale (plus facile).

→ Le chapeau est rajouté par la suite.


Chapeau bien fixé ?

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Platine : → Reprend l’effort créé par le poids des câbles

→ Réalise le raccord avec la membrane d’étanchéité

→ Fixée dans le plancher de la toiture à travers l’isolant

→ Ajouter un cadre isolant rigide sous la platine pour limiter les déformations


150 mm


Platine :

→ Fixée directement dans le plancher de la toiture


150 mm

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Raccords : • Étanchéité à l’air : difficile pour un faisceau de câbles

• Isolation : idem

→ Éviter ces percements au niveau du volume protégé.

→ Réaliser l’étanchéité à l’air du côté intérieur


? ?

Chemins de câbles

1) Les câbles sont groupés, le tracé est aussi court que possible et identifiable visuellement en surface (pour les câbles sous l’étanchéité).

2) Les câbles sont protégés des conditions climatiques, agressions mécaniques, circulation des personnes (gaine, capot, marche pied).

3) Les câbles ne perturbent pas l’évacuation de l’eau.

4) Les câbles sont stabilisés mécaniquement.


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Chemins de câbles


Protection mécanique de la membrane

Fixation des câbles (serre-câble protégé contre les UV)

Chemins de câbles


pose de panneaux solaires, x.kuborn, cstc

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