Châssis bois, aluminium ou PVC, simple vitrage, ou bien double, voire triple vitrage, verre faiblement émissif, autonettoyant, acoustique, sécurit, à contrôle solaire… l'industrie du vitrage propose aujourd'hui un choix très large de produits dans lequel il est facile de se perdre. Quel vitrage choisir pour une construction bioclimatique ?
Chaque modèle de vitrage doit pouvoir répondre à un problème spécifique : atténuer ou bien capter le rayonnement solaire, isoler un espace et se protéger des vents froids…

Choix des menuiseries
Le bois est le matériau le plus écologique pour la fabrication des menuiseries : matériau naturel, renouvelable, consommant peu d'énergie grise (700kWh/tonne) et facilement recyclable. Pour les essences exotiques, leurs provenances d'une forêt gérée durablement doivent être certifiées par le FSC ou le PEFC.
Les fenêtres en bois n'ont pas à être traitées contre les insectes (qui s'y attaquent rarement), mais contre les champignons, cependant les traitements insecticides et fongicides classiques sont en général très toxiques. Un traitement écologique suppose d'utiliser le matériau brut rétifié (chauffer à très haute température pour le sécher à plus de 85%), soit de le traiter par des sels de bore spéciaux pour imprégnations avant de recevoir une peinture ou un vernis écologique. L'absorption d'humidité doit être freiné pour empêcher le bois de trop travailler, le traitement doit être homogène et laisser le bois respirer pour permettre à l'humidité de s'évaporer.
Matériau durable : bien entretenu et protégé des intempéries, une fenêtre en bois tiendra plusieurs dizaines d'années…

L'aluminium est également un matériau intéressant notamment pour les parties extérieures des menuiseries et des serres. C'est aussi un matériau recyclable, mais qui utilise une très forte énergie grise (33700kWh/tonne).

Les menuiseries en PVC sont à bannir : matériau de synthèse produit à partir d'hydrocarbure, sa fabrication est lourde en énergie grise (20930kWh/tonne), il peut émettre des COV et est difficilement recyclable.

En terme de mise en œuvre, la fenêtre doit être posée le plus en retrait possible de la façade pour la protéger de la pluie. De plus, le raccord entre la menuiserie et la paroi (maçonnerie, pré-cadre en bois…) est un point à surveiller. Ce raccord est souvent la source de pont thermique ou de faiblesse dans l'étanchéité de la maison. Le cadre des menuiseries doit toujours se raccorder parfaitement aux matériaux d'isolation et au pare-pluie et lorsque c'est nécessaire, ces derniers doivent se retourner pour rejoindre la menuiserie. Avant de monter le châssis, la baie de la paroi ou le précadre doit recevoir dans son pourtour un joint d'étanchéité contre les infiltrations d'air. On utilise en général un ruban gonflant en mousse polyuréthane opérant une parfaite étanchéité par la pression du châssis, ce matériau a le défaut d'émettre des molécules nocives, comme les formaldéhydes. Plus écologique ce joint peut être comblé par de la jute, du coco, de l'étoupe de coton ou de lin. Ces matières laissent respirer le joint en régulant l'hygrométrie, elles gonflent en cas de forte humidité, celle-ci les traverse et s'évapore sans former de poche humide qui abîmerait la paroi ou le châssis. Après la pose des menuiseries, un joint de finition et un chambranle viennent finir le raccord entre la baie et la paroi.

Réchauffer : le principe de l'effet de serre
Le verre permet de piéger les rayonnements solaires, laissant pénétrer l'ensemble de ses rayonnements, mais par contre en arrêtant ou interceptant tous les rayonnements thermiques, rayonnements infrarouges, proches ou lointains émis en retour par l'air, les objets et les matériaux, ayant absorbé cette énergie solaire. C'est le principe de l'effet de serre. Le rayonnement solaire ayant traversé le vitrage se transforme en chaleur en réchauffant l'air et les matériaux qu'il irradie (en excitant leur molécule), les rayonnements thermiques émis vers l'extérieur par ces matériaux sont arrêtés (ou serrés) par le verre. Ce phénomène permettant de piéger la chaleur est appliqué par de nombreux systèmes de chauffages bioclimatiques. On peut ainsi orienter des baies au soleil de manière inclinées perpendiculaires au soleil pour profiter le mieux de l'ensoleillement, l'orientation des pièces doit varier en fonction du résultat rechercher : soleil dans les chambres le matin, le midi dans la cuisine, l'après-midi dans le séjour…
La façade sud est celle qui capte le plus de rayonnement en hiver, elle doit donc posséder le vitrage transmettant le plus de rayonnement possible. Un simple vitrage peut transmettre 85% du rayonnement, un double vitrage 75%, il réfléchit ou absorbe le reste. Les pertes par réflexion dépendent de l'angle d'incidence du verre, les pertes par absorption dépendent de l'opacité du verre et de sa teneur en fer. Les verres à forte teneur en fer ont un faible taux de transmission. La couleur verte des bords indique une teneur élevée en ions ferreux. Cette capacité de transmission énergétique d'un vitrage est appelée le facteur solaire (g). Il représente le pourcentage de rayonnements transmis par rapport aux rayonnements reçus. Il varie en fonction du type de vitrage, certains vitrages sont conçus pour réduire la transmission lumineuse, d'autres pour la favoriser. Cette valeur doit être donnée par le fabriquant, elle est très importante pour calculer les apports énergétiques d'une baie vitrée. Il ne faut pas la confondre avec le coefficient de transparence ou de transmission lumineuse qui mesure uniquement la lumière visible transmise. Pour réchauffer les pièces situées au sud en hiver, le vitrage devra posséder un bon facteur solaire (g).

Se protéger du soleil : le contrôle solaire
Contrairement à la façade sud, les façades est et ouest reçoivent peu d'apports en hiver et trop en été. On y prévoira donc des vitrages bien isolants et avec un facteur solaire faible. Certains vitrages dits "à contrôle solaire", tout comme certains verres réfléchissant ou teinté possèdent cette propriété limitant le rayonnement solaire et le facteur (g)

Isoler
Au nord, les fenêtres ne reçoivent aucun rayonnement direct, mais elles sont aussi de grandes dépensières, laissant fuir beaucoup plus d'énergie qu'une paroi bien isolée. Cependant, la résistance thermique des vitrages s'est considérablement améliorée depuis quelques années, comme tous les matériaux de façade. On doit particulièrement tenir compte de son coefficient de transmission thermique U (en W/m².K) pour le calcul des déperditions de l'enveloppe.
Ainsi les doubles voir les triples vitrages sont devenus des matériaux communs, l'épaisseur des lames d'air et l'utilisation de gaz rare comme l'argon ou le krypton ont aussi amélioré ces performances. Enfin sont apparu des double vitrages comportant un film métallique réfléchissant la chaleur sur une des faces intérieures, ces vitrages sont appelés à "faible émissivité", ils ont l'avantage de supprimer les radiations froides venant de la paroi vitrée et les mouvements de convection qu'elle entraîne.
Malheureusement l'amélioration de la résistance thermique des vitrages s'accompagne d'une diminution du facteur solaire. Il faut donc mieux privilégier cette résistance pour les vitrages situés au nord à l'est et à l'ouest et préférer un vitrage avec un bon facteur solaire au sud.

La résistance mécanique, l'acoustique, le coût, la facilité de mise en œuvre, d'entretien et de remplacement sont d'autres critères importants dans le choix du vitrage mais qui vont au-delà de notre propos.

Voici quelques valeurs moyennes des propriétés de différents vitrages :

 

Propriétés moyennes des vitrages :
- Simple vitrage clair de 4mm:
Coefficient de transmission thermique (U): Facteur solaire (g):		5,9 W/m².k 87%
- Double vitrage simple 4/6/4:
Coefficient de transmission thermique (U): Facteur solaire (g):		3,3 W/m².k 73%
- Double vitrage simple 4/16/4:
Coefficient de transmission thermique (U): Facteur solaire (g):		2,8 W/m².k 73%
- Triple vitrage simple 4/12/4/12/4:
Coefficient de transmission thermique (U): Facteur solaire (g):		2 W/m².k 66%
- Double vitrage à faible émissivité 4/12/4:
Coefficient de transmission thermique (U): Facteur solaire (g):		1,8 W/m².k 67%
- Triple vitrage à faible émissivité 4/12/4/12/4:
Coefficient de transmission thermique (U): Facteur solaire (g):		1,4 W/m².k 60%
- Double vitrage à isolation renforcée par gaz rare 4/12/4:
Coefficient de transmission thermique (U): Facteur solaire (g):		1,1 à 1,8 W/m².k 65%
- Triple vitrage à isolation renforcée par gaz rare 4/12/4/12/4:
Coefficient de transmission thermique (U): Facteur solaire (g):		0,5 à 0,8 W/m².k 60%

( commentaires| retour au sommaire| sources et références sur ce sujet )