Les pénétrations de la toiture du plus récent musée de la Smithsonian Institution sont équipées de rupteurs de pont thermique pour protéger la collection et économiser l’énergie

Le Musée national de l’histoire et de la culture afro-américaines doit concilier plusieurs besoins : économiser l’énergie, maintenir un taux d’humidité confortable pour les visiteurs, et protéger des objets irremplaçables des dégâts causés par la condensation.

Pour atteindre cet équilibre délicat, le musée a choisi d’isoler de la charpente les éléments qui percent l’enveloppe du bâtiment au niveau de la toiture à l’aide de rupteurs de pont thermique à la fine pointe de la technologie. 

Prévenir la condensation dans des espaces humides 

Le Musée national de l’histoire et de la culture afro-américaines est le premier musée de la Smithsonian Institution à viser la prestigieuse certification LEED^MD Or. C’est aussi le premier à utiliser des rupteurs de pont thermique dans le cadre de sa stratégie globale de conservation de l’énergie.

« L’efficacité énergétique fait partie des objectifs du musée, mais la protection de la collection est la priorité absolue, explique Marcus Wilkes, directeur de SmithGroupJJR. Les matières organiques, comme le tissu et le bois, sont très sensibles aux variations de température. La plupart des musées doivent maintenir une humidité relative de 50 %, donc il faut que leur enveloppe soit particulièrement performante. C’est la raison pour laquelle nous avons opté pour des rupteurs de pont thermique – plus pour contrer la condensation que pour améliorer l’efficacité énergétique, même si ces deux objectifs avaient leur importance. »

Parer aux moisissures à l’aide d’une isolation structurelle 

Selon Marcus Wilkes, les enveloppes des musées ont ceci de particulier que les ponts thermiques sont leur ennemi numéro un. On parle de pont thermique quand les éléments structurels de béton ou d’acier qui pénètrent dans l’enveloppe, comme les raccords de toiture, les auvents et les balcons, conduisent le froid de l’extérieur vers l’intérieur à travers l’enveloppe isolée et refroidissent ainsi les intérieurs chauffés pendant l’hiver. En plus de gaspiller l’énergie, les ponts thermiques peuvent entraîner la formation de condensation du côté chauffé de l’enveloppe, surtout quand l’humidité est suffisamment élevée pour que les surfaces exposées au froid atteignent le point de rosée, ce qui est le cas dans les musées. Les moisissures, nuisibles à la santé comme aux collections, peuvent ainsi proliférer sur les murs et les plafonds intérieurs froids, et rester invisibles pendant des années. 

SmithGroupJJR a supervisé la conception de l’enveloppe du musée, c’est-à-dire de sa façade, en se donnant pour mission d’assurer la continuité de la membrane et de l’isolation. Le travail devait être extrêmement précis. Or, le processus de documentation était déjà bien avancé quand un changement de conception majeur a introduit de nouveaux risques. « À la dernière minute, nous avons dû remplacer un raccord d’eau réfrigérée par des refroidisseurs atmosphériques sur toit, explique Marcus Wilkes. Nous nous sommes donc retrouvés subitement avec un élément de toiture en situation porteuse qui n’était pas protégé et qui posait un risque important de pont thermique. »

La structure du toit qui a été construit est composite : elle est constituée d’une armature d’acier revêtue de béton coulé, lui-même surmonté d’une membrane et de matériau isolant. Les refroidisseurs atmosphériques s’appuient sur des poteaux d’acier qui percent l’isolant. C’est à ces intersections que le risque de pont thermique était le plus élevé.

Parce que les refroidisseurs sont placés directement au-dessus de l’espace d’exposition, il était essentiel d’éliminer complètement ce risque pour protéger la collection. Pour ce faire, ce sont des rupteurs de pont thermique qui ont été choisis. Comme le dit Marcus Wilkes, « il n’y avait pas d’autre solution. »

SmithGroupJJR a donc commandé des rupteurs de pont thermique fabriqués par Schöck North America pour isoler et porter les colonnes d’appui des refroidisseurs à leurs points de pénétration dans l’enveloppe du bâtiment. Marcus Wilkes avait découvert l’existence de ce produit lors d’un congrès, quelques mois avant de décrocher le contrat du musée. « J’ai gardé cette idée en tête, et quand ce problème singulier s’est présenté, j’ai trouvé la coïncidence heureuse. »

Isoler tout en portant des charges 

Les ingénieurs de Schöck ont évalué les charges pondérées du poids propre des refroidisseurs et du vent au niveau de la toiture afin de déterminer le nombre de rupteurs de pont thermique à poser pour assurer la continuité de l’isolation et du support des charges sur l’ensemble du toit.

Le type de rupteur Isokorb^MD qui a été choisi, le modèle S22, est un élément isolant et porteur pour structure d’acier qui résiste aux forces normales et au cisaillement. Il se compose d’un bloc de mousse isolante Neopor^MD de 51 à 76 mm (2 à 3 po) d’épaisseur comprimé entre deux plaques d’extrémité par des barres boulonnées faites d’acier inoxydable à haute résistance. Les rupteurs de pont thermique conçus pour l’acier se placent à l’horizontale sur les auvents et les balcons, et à la verticale sur les toits.

Disposés en carré à chaque pénétration de la toiture, pour un total de 16 modules par refroidisseur, ces éléments transfèrent les moments structurels de la toiture ainsi que la charge des refroidisseurs. 

En réduisant les ponts thermiques, ils empêchent les colonnes et les poutres du toit de refroidir les cavités intérieures, ce qui protège la collection du musée en prévenant la formation de condensation propice aux moisissures. Ils génèrent de surcroît des économies d’énergie en diminuant de moitié les déperditions de chaleur à chaque point de pénétration, ce qui rend le bâtiment plus écologique et aidera ainsi le musée à obtenir sa certification LEED.

Un investissement payant 

Du fait des exigences élevées de la certification LEED^MD Or, de l’originalité architecturale du musée et de ses besoins techniques, les concepteurs ont dû trouver le moyen de maintenir le taux d’humidité nécessaire à la protection de la collection tout en prévenant la formation de condensation propice aux moisissures. En optant pour des rupteurs de pont thermique dans le cadre de sa stratégie écoénergétique, la Smithsonian Institution a donné naissance à un chef d’œuvre d’architecture et accompli une prouesse technique sans faire de compromis.

Neopor^MD est une marque déposée de BASF Corporation.