Ecologie Solutions
VITRAGES ISOLANTS THERMIQUES et PHONIQUES pour BATIMENTS

Les fenêtres équipées de double et triple vitrage.


Les portes mais surtout les fenêtres sont les principales sources de perte d'énergie thermique vers l'extérieur de l'habitat.
Or, garder plus longtemps la chaleur produite par son système de chauffage, c'est polluer moins, préserver nos ressources naturelles tout en faisant des économies importantes chaque année.



Quelques repères
Le marché de la fenêtre
Simple ou double, à isolation thermique ou acoustique, en verre classique ou traité "faible émissivité", la demande en vitrages, tout comme les matériaux isolants, ne cesse de progresser en France...
Si le bois n'est aujourd'hui plus à l'honneur, avec seulement 14,5 % de parts de marché, la fenêtre en aluminium (18,9 %) reste en retrait par rapport à la fenêtre en PVC qui représente déjà 64,7 % de parts de marché (chiffres 2008).
L'isolation des ouvertures reste donc la pierre angulaire de tout dispositif d'économie d'énergie du bâti.

Généralités sur les fenêtres isolantes
L'isolation thermique d'un vitrage est caractérisée par son coefficient U (plus il est faible, meilleure est la performance thermique).
Il exprime la quantité de chaleur en Watt (W), qui traverse la paroi d'une surface de 1 m² lorsqu'il y a un écart de température de 1° K entre les ambiances séparées par celle-ci (coefficient U en W/ m².° K).
Dans des conditions identiques de mise en oeuvre et d'environnement (vent, température ambiante), U dépend essentiellement des caractéristiques de l'espace de gaz (nature et épaisseur), des composants du verre (émissivité et épaisseur), et de la nature de l'intercalaire.

Facteur solaire (FS)
Une paroi vitrée est plus ou moins transparente aux rayonnement thermiques du soleil et sa capacité à récupérer de l'énergie solaire gratuite est liée à son facteur solaire (g), qui représente le pourcentage d'énergie entrant dans le local par rapport à l'énergie solaire incidente.
Cette énergie totale est la somme de l'énergie solaire entrant par transmission directe, et de l'énergie cédée par le vitrage à l'ambiance intérieure à la suite de son échauffement par absorption énergétique.
Plus le facteur solaire "g" est petit, plus les apports solaires sont faibles.
Ce paramètre permet de comparer l'efficacité des produits entre eux.

Shéma facteur solaire (FS)


L'effet de serre bénéfique
L'énergie solaire entrant dans un local à travers un vitrage est absorbée par les objets et les parois intérieures qui en s'échauffant, réémettent un rayonnement thermique situé principalement dans l'infrarouge lointain (supérieur à 5 μm).
Les vitrages, même clairs, sont pratiquement opaques aux radiations de longueur d'onde supérieure à 5 μm.
L'énergie solaire entrant par les vitrages se trouve donc piégée dans le local qui a tendance à s'échauffer : c'est “l'effet de serre” que l'on constate, par exemple, dans une voiture stationnée en plein soleil, vitres fermées.
En hiver, la maîtrise de cet effet de serre permet de bénéficier gratuitement de cet apport gratuit de thermies.


Le DOUBLE VITRAGE
Pourquoi du double vitrage ?
La conductivité du verre est importante (celle d'une vitre de 4 mm d'épaisseur est de λ = 1,0 W/(m.K)).
Pour simplifier, 1 m² de vitrage simple dissipe (chaleur perdue) autant de chaleur que 16 m² de mur en parpaings creux de 20 cm (le plus couramment utilisé), sans isolation !

D'où l'intérêt du double vitrage qui enferme de l'air (le meilleur isolant après le vide) entre 2 vitres.
C'est l'espace entre les 2 vitres qui assure l'isolation d'un double vitrage.
Il est caractérisé par le coefficient U ou "de partie centrale" qui ne tient pas compte du pont thermique apporté par l'espaceur.
(Les valeurs de U sont calculées selon la norme ISO 10292 du 15-7-94 ou NF EN 673)
- si la lame d'air a une épaisseur de 8 mm -> Ug = 3,1 (W/m².K)
- si la lame d'air a une épaisseur de 10 mm -> Ug = 3,0 (W/m².K)
- si la lame d'air a une épaisseur de 12 mm -> Ug = 2,9 (W/m².K)
- si la lame d'air a une épaisseur de 14 mm -> Ug = 2,8 (W/m².K)
- si la lame d'air a une épaisseur de 16 mm -> Ug = 2,7 (W/m².K)
- si la lame d'air a une épaisseur de 18 mm -> Ug = 2,7 (W/m².K)
- si la lame d'air a une épaisseur de 20 mm -> Ug = 2,8 (W/m².K)
- si la lame d'air a une épaisseur de 24 mm -> Ug = 2,8 (W/m².K)

On peut ainsi en conclure que pour des lames d'air de 8 et 16 mm la différence n'est pas si importante que cela.

Mais l'incidence de l'épaisseur de la lame de gaz n'est pas la même selon les gaz utilisés.
En effet l'augmentation d'épaisseur diminue les échanges thermiques par conduction mais augmente les échanges thermiques par convection.
Ainsi pour le SF6, le coefficient U augmente avec l'épaisseur.
Pour l'air, le coefficient U est pratiquement constant au delà de 16 mm et tend à diminuer après 18 mm.
Les vitrages avec Argon ou Krypton présente un coefficient U constant au delà de 14 mm.
Autre exemple : un double vitrage 6-12-6 (verre extérieur de 6 mm - lame d'air de 12 mm - verre intérieur de 6 mm) est 2 fois plus isolant qu'un vitrage simple de 6 mm.

Précisions sur le coefficient "U"
Dans le calcul du coefficient U d'un vitrage, il faut prendre en compte le coefficient de transmission thermique linéique du joint périphérique du vitrage.
Ce coefficient dépend de la nature de l'espaceur, du coefficient U en partie centrale, de la surface et du périmètre du vitrage.

Exemple de coefficient U d'un vitrage isolant de 0,70 m x 1,40 m compte tenu du pont thermique de l'espaceur (W / (m².U) )
 Espaceur en aluminium
Coefficient U en partie centrale
2,9
1,9
1,5
Coefficient U avec pont thermique
3,0
2,1
1,75



Pourquoi le traitement faible émissivité ?
Le double vitrage anti-émissivité comporte en face intérieure un revêtement spécial piégeant les rayonnements infrarouges à l'intérieur de la pièce.
Un double vitrage peu émissif sera donc plus isolant tant en thermies entrantes que sortantes !
Son surcoût est amorti en deux ans environ.
Plus performants que les doubles vitrages classiques (trois fois moins de déperditions) ils sont constitués :
- d'une couche métallique ultra fine déposée sur la vitre intérieure qui renvoie la quasi totalité du rayonnement basse température (infrarouge) émis par l'intérieur du local chauffé et renforce l'effet de serre créé par la vitre.
- d'air (un double vitrage classique contient généralement de l'air sec) ou d'un autre gaz adapté qui améliore le coefficient U (argon ou krypton), dans l'espace entre les deux vitres.
Par son inertie, ce gaz freine les mouvements de thermo-convection et limite les déperditions.
Dans certains cas on utilise des mélanges de ces gaz.
En valeurs relatives le remplacement de l'air par de l'argon est plus intéressant quand on utilise des couches faiblement émissives.


Les dépôts peu émissifs sont réalisés selon deux procédés :
- à couche dure (ou pyrolytique)
- à couche tendre (ou magnétron)

Unités de mesure utilisées :
Uw : isolation de la fenêtre complète (vitrage + ouvrant + dormant) Ug (autrefois K): coefficient d'isolation du vitrage seul.
Le coefficient d'isolation Ug diminue à mesure que l'isolation thermique des fenêtres augmente.

Emissivité
Les vitrages absorbent plus ou moins l'énergie qu'ils reçoivent et en restituent une partie ; cela est d'autant moins prononcé que l'émissivité est faible.
L'émissivité dépend :
- du type de matériau,
- de la température,
- de l'état de surface (lisse, rugueux, réfléchissant…)
- de l'angle de mesure (pas de problème entre 45° et 50°)
- de la longueur d'onde...


Importance de l'orientation
Une baie vitrée 2,15 x 2,40 m haut de gamme placée au sud peut économiser 1000 kWh de chauffage par rapport à un baie ordinaire de même taille placée au nord.
Il est intéressant de comparer :
- l'énergie calorifique apportée selon le type de vitrage,
- les déperditions thermiques de ces vitrages,
- la variation de ces paramètres selon l'orientation.

Remarques
Le remplacement d'un verre normal par un verre à faible émissivité permet de diminuer notablement le coefficient U.
L'utilisation de deux vitrages à couche faiblement émissive améliore peu la performance thermique du vitrage et entraîne une diminution de la transmission lumineuse.


Une fenêtre isolante, c'est moins de condensation
Lorsque l'air chaud et humide de la cuisine, de la douche, du bain ou de la respiration entre en contact avec une surface froide, il se refroidit et la vapeur qu'il contient se condense en fines gouttelettes d'eau, car la température de l'air est passée en dessous de son point de rosée.
Le double vitrage évite cette condensation.

La partie chassis
La deuxième cause de déperdition des fenêtres est la fuite d'air entre le châssis fixe et les battants mobiles, fuite qui dépend aussi de la pression du vent.
Les fenêtres actuelles sont bien étudiées, possèdent des joints d'étanchéités, des rainures d'amortissement et d'emprisonnement de l'air pour isoler en brisant, expansant, étanchant : la qualité des menuiseries extérieures est donc primordiale pour le confort et le bilan thermique de votre logement (absence de sensation de paroi froide, économies d'énergie).

De plus en plus souvent utilisé pour assurer une perte thermique minimisée au niveau des fenêtres, le triple vitrage assure une isolation maximum.
Presque toutes les constructions des pays nordiques en sont systématiquement équipées.



Le TRIPLE VITRAGE
Système

Rappelons que les meilleurs doubles vitrages à isolation renforcée (VIR) offrent pour leur part, un coefficient de transmission thermique U de l'ordre de 1,2 à 1,1 W/ m².K avec une lame d'argon entre les 2 vitres et une couche basse émissivité déposée sur la face intérieure du vitrage extérieur.
Avec deux couches faiblement émissives performantes et des lames d'argon entre les vitres, le triple vitrage permet de ramener ce coeficient à 0,6 W/ m².K si l'on utilise le krypton.

Principal avantage
Une performance thermique exprimée par un coefficient de transmission thermique (U) égale à environ 0,8 W/ m².K.

Inconvénients
- le prix,
- une masse qui impose des contraintes mécaniques importantes sur les cadres de fenêtres !
Pour une épaisseur 4/12/4/12/4 de 36 mm (ou plus s'il s'agit de vitrages de sécurité ou acoustiques), le poids s'élève en effet à 30 kg/ m² alors que celui d'un double vitrage est limité à 20 kg /m² pour une épaisseur 4/16/4 de 24 mm (ou plus si vitrages spécifiques).
C'est pour cette raison que certains fabricants remplacent le verre intermédiaire du triple vitrage par un film plastique, plus léger et n'altérant pas les performances initiales de la fenêtre.
- cette augmentation du poids des vitrages intervient sur les efforts de manoeuvre nécessaires et risque d'aboutir sur une usure prématurée des éléments mécaniques.
- le facteur solaire g (voisin de 0,50 contre 0,65) est modifié, et le coefficient de transmission lumineuse Tl (voisin de 0,7 au lieu de 0,8) est détérioré par rapport aux caractéristiques des doubles vitrages (selon les simulations du SNFA).
- certaines études montrent que les gains de consommation sont de faibles à très faibles, voire même négatifs ! puisque la valeur U est abaissée de plus de 50 % avec la fenêtre triple vitrage et la forte dégradation du facteur solaire g du vitrage et l'augmentation des profilés des fenêtres triple vitrage pénalisent les apports solaires d'hiver qui constituent la partie positive de la contribution de la fenêtre.
- Autre point à prendre en compte : les 2 couches basse émissivité, font que le vitrage situé au milieu va être soumis à des échauffements très importants.


Impact écologique
Pour une analyse objective de ces deux types de produits en terme de développement durable, il faut également s'intéresser aux différences de coûts et aux matières consommées.
Si l'on considère les conditions météorologiques des 8 zones climatiques utilisées pour les calculs de consommation par la RT 2005 - qui ne sont pas comparables avec celles des Etats du nord de l'Europe - on s'aperçoit que les gains en consommation d'énergie (3 % en zone H1b, soit 421,5 kWh/ an, et 20 €/ an pour la maison étudiée) sont disproportionnés par rapport à l'augmentation des coûts et des surconsommations de matières premières...

La fabrication d'un triple vitrage nécessite :
+ 50 % de float,
+ 100 % de barrière d'étanchéité,
+ 100 % de couche basse émissivité,
ainsi qu'une augmentation de l'épaisseur du dormant et de l'ouvrant d'au moins 20 mm ; soit de 20 à 25 % de matière première supplémentaire.


Conclusion
A ses débuts, le double vitrage a connu de nombreux problèmes liés à la barrière d'étanchéité entre les 2 vitrages et à l'embuage des vitrages.
Ces problèmes ont tous été résolus aujourd'hui ce qui fait bénéficier ces équipements de la garantie décennale des ouvrages.
Alors, en attendant mieux, optez plutôt pour du double vitrage faible émissivité.


Un outil de calcul intéressant
Le pôle Fenêtre de la FFB (Fédération Française du Batiment) a mis en ligne un outil Web permettant de calculer rapidement les caractéristiques énergétiques des parois vitrées, voici son lien :
www.paroisvitreesrt2012.fr


Pour ceux qui ne sont pas encore équipés
Nous vous recommandons l'ouvrage suivant qui développe en détail les différents types de vitrages isolants et comment les choisir :

Pour se renseigner sur ce guide
Editions Eyrolles - prix librairie 9 €
(Achetez-le à 8,55 € - port compris en cliquant sur l'image)

Forum
Etant donné le prix et les contraintes mécaniques ne serait-il pas plus judicieux de mettre un cadre en bois double vitrage dont l'écart entre les vitres serait supérieur à 16 mm pour améliorer l'isolation avec une lame d'air plus épaisse ?
Ce cadre en bois pourrait être placé entre la fenêtre et les volets pendant l'hiver, comme cela se fait en Pologne et les pays nordiques.
L'été, le printemps et l'automne l'isolation n'est pas nécessaire, car on laisse les fenêtres ouvertes.
L'hiver les jours sont courts ; le matin on part travailler, et on revient le soir quand il fait nuit ; les volets peuvent rester fermer par temps de grands froids ; au moins certains ; d'autres avec une ouverture par l'extérieur.

M.D
Réponse
Vous avez parfaitement raison, l'usage de ce type de cadre amovible double vitrage aux dimensions du tableau de vos fenêtres peut représenter une solution intéressante d'isolation, à partir du moment où vous l'encastrez de façon jointive (chiffons, ouate...).
Rien ne vous empêche alors de fermer vos volets de l'extérieur (car il s'agit encore d'une couche isolante), en les maintenant avec un système élastique (sandows...).
Par contre l'option de laisser fermer les volets par temps froid en hiver, présente au moins 3 inconvénients :
- se priver des qualités bactéricides de la lumière du soleil,
- se priver de l'effet de serre inhérent au rayonnement solaire hivernal, d'autant plus efficace qu'il est bas sur l'horizon,
- vivre dans un intérieur peu lumineux, amplifiant la dépression saisonnière et les besoins en éclairage.
Enfin, quel type d'aération (notamment des chambres) prévoyez-vous avec des fenêtres ainsi calfeutrées ?
Ce point est pourtant particulièrement important pour le maintien d'une qualité d'air satisfaisante avec un taux d'hygrométrie favorable.
Les dépenses de chauffage sont une chose, le capital santé en est une autre à savoir préserver prioritairement, me semble-t-il...

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