Le 20-40 compacté ne nécessite sans doute pas de mettre du plus fin par dessus : la surface après compactage sera très certainement assez lisse pour couler la dalle directement par dessus.
Le polyane ne sert sans doute à rien mais de toute façon si vous voulez en mettre un et que ça ne soit pas totalement inutile, il faudrait le placer entre deux couches protectrices : dans votre première solution, sur la dalle, mais sous l'isolant. Dans votre seconde, sur l'isolant, mais sous la dalle. Mais jamais entre dalle et hérisson (le plastique a toutes les chances d'être percé). Vérifiez quand même la problématique du radon, qui peut imposer de rendre étanche le soubassement.
Pour votre dalle, la seconde solution marche, mais en général si on fait une chape c'est pour noyer les réseaux, qu'on ne noie pas dans la dalle porteuse. Donc si vos réseaux passent ailleurs, c'est bon, sinon, il faut faire une dalle (8-10cm) et une chape, même si elle est directement par dessus.
Par de problèmes pour les seuils, en revanche il vaudra bien sûr prévoir un joint à chaque seuil, et ne pas faire un revêtement de sol continu d'une pièce à l'autre : comme il traverser des surfaces porteuses différentes, si vous faites ça il cassera. Donc stoppez votre carrelage avant les portes, et faites des seuils à chaque passage en cachant les joints de dilatation.
