Les baies vitrées XXL

Les fenêtres ont été considérées pendant de nombreuses années comme le point faible de l’isolation thermique des bâtiments. Depuis les années 80, les industriels du verre et de la menuiserie ont multiplié les techniques et innovations pour améliorer leurs performances.

Si les réglementations thermiques (RT) successives exigeaient des performances en fonction des parois du bâtiment, les RT 2000 puis 2005 se distinguent par le fait qu’il faut calculer le bilan énergétique global du bâtiment où les menuiseries ne sont plus considérées comme des facteurs de déperdition thermique. Ainsi, la RT 2005 caractérise les fenêtres par leur capacité à diminuer les consommations de chauffage et d’éclairage grâce à leurs apports solaires gratuits de lumière et de chaleur en hiver.

Tirer le meilleur parti énergétique des fenêtres est un des enjeux de la prochaine RT 2012 pour valoriser la conception des bâtiments basse consommation et bioclimatique. Elle va imposer un minimum de 1/6e de surface vitrée par rapport à la surface habitable avec un maximum de fenêtres orientées au sud pour obtenir des apports solaires élevés et un niveau d’éclairement naturel important et confortable.

Une étude montre que, à caractéristiques de vitrage et de menuiserie égales, plus on augmente la surface de la fenêtre, plus elle est isolante, plus les gains solaires s’accroissent et plus l’apport de lumière naturelle est important.

En hiver, une fenêtre bien orientée peut ainsi capter plus d’énergie qu’elle n’en perd et devenir «positive» dans certaines conditions. En été, des protections extérieures (volets, stores, avancée de toiture) ou des masques (brise-soleil et végétation) permettent de limiter les apports de chaleur tout en conservant une bonne transmission lumineuse. Dans ces conditions, l’augmentation de la surface vitrée permet de contribuer à la fois à la baisse de la consommation, au confort… et à l’esthétique.

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1) La spécificité des grands formats

a) La technique du levant-coulissant

Double vitrage et grandes dimensions représentent un poids important qui ne pose pas de problème sur des châssis fixes mais devient crucial lorsqu’il s’agit de vantaux coulissants qui peuvent peser jusqu’à 250 kg!

Les profilés intègrent alors une manœuvre par levage. Lors de l’ouverture, un chariot soulève le vantail ce qui facilite la manœuvre et réduit l’usure prématurée des joints. À la fermeture, les roulettes de guidage s’escamotent, le coulissant s’affaisse en venant comprimer les joints périphériques contre le dormant, ce qui assure une étanchéité à l’air maximale. Une menuiserie extérieure de grandes dimensions est beaucoup plus sensible aux assauts des intempéries qu’une fenêtre de petite taille. De même, si elle est plus large que haute, il y a un risque de fléchissement sous les assauts du vent, donc de laisser passer l’air et l’eau.

De nombreux fabricants proposent une ouverture à translation qui transforme un vantail coulissant en châssis à frappe (ouverture «à la française» ou à battant). Pour cela, l’ouvrant se déporte vers l’intérieur avant de coulisser parallèlement au deuxième vantail. Lorsque l’on ferme la baie, il vient comprimer le joint isolant du châssis sur toute sa périphérie, comme une fenêtre à frappe. L’étanchéité à l’air et à l’eau s’en trouve optimisée d’où une excellente isolation thermique et phonique. De même, le verrouillage périphérique garantit de hautes performances en terme de sécurité. En outre, ce type de châssis permet la position oscillo-battante, idéale pour aérer la pièce.

b) Des performances adaptées à la région

Ceci n’empêche pas de se renseigner sur les performances des menuiseries aux tests AEV. Réalisés en laboratoire, ils les classent en fonction de leur étanchéité à l’air (A), à l’eau (E) et de leur résistance au vent (V). Les tests soumettent les fenêtres aux assauts répétés de l’air, du vent (30, 110, 160, 190 kilomètres/heure) et de la pluie pour tester leur étanchéité. Elles sont ouvertes et fermées 5 000 ou 10 000 fois, ce qui correspond à une utilisation quotidienne pendant près de vingt ans. Les classements résultent des essais réalisés (voir encadré ci-dessus).

Une norme indique le classement AEV que doit posséder une menuiserie en fonction de la zone climatique, de la situation de la construction et de sa hauteur par rapport au sol (norme FD P 20-201, DTU 36.1/37.1). En voici quelques illustrations : dans une zone calme, une fenêtre située à moins de 6 m de hauteur du sol doit être classée A*2 E4 VA2, A*2 E5 VA2 si elle est située entre 6 et 18 m de hauteur ; dans une région ventée, comme en bord de mer, le classement sera A*2 E*6 V*A3, et A*3 E*4 V*A4 si elle est située entre 6 et 18 m de hauteur.

c) Des dimensions imposées

Les fenêtres sont proposées en différentes dimensions standard que l’on retrouve dans les catalogues. Les plus grandes baies vitrées dans ce cas mesurent 2,15 m de hauteur et 2,40 cm de largeur, quel que soit le matériau de la menuiserie. Au-delà, il faut faire appel au «sur-mesure». Sachez que vos envies les plus folles ne pourront pas forcément être réalisables, tout simplement parce que les dimensions d’une baie vitrée sont limitées par plusieurs facteurs.

La glace (le verre) qui sort des usines est découpée en panneau de 6 x 3 m pour trois raisons : le dimensionnement des fours, le transport et la sécurité. Quant aux profilés, c’est l’aluminium qui autorise les plus grands formats, à châssis fixe ou vantail coulissant. À dimensions égales, la section des montants et traverses des menuiseries en bois ou en PVC serait beaucoup trop importante et inesthétique. Les profilés en aluminium sortent des usines en longueur de 6,50 m; ainsi une baie vitrée ne peut-elle actuellement mesurer plus de 6 x 3 m. Soit déjà une surface de 18 m2 !

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2) Côté vitrages, un choix essentiel

a) Une isolation raisonnée

Une lame d’air sec et immobile emprisonnée entre deux vitres de 4 mm d’épaisseur constitue un double vitrage isolant. À une lame d’air importante correspond une isolation thermique performante. Aujourd’hui, le double vitrage standard est un 4/16/4 VIR (ou ITR). Appelé aussi peu émissif (FE), un VIR (vitrage à isolation renforcée) ou ITR (isolation thermique renforcée) correspond à un traitement spécial à base de fines couches transparentes de métaux et d’oxydes métalliques appliquées sur une des faces intérieures du double vitrage. Le verre rendu faiblement émissif renvoie par rayonnement les calories produites par le chauffage vers l’intérieur, réduit ainsi les déperditions calorifiques de plus de 40% par rapport à un double vitrage classique, et filtre le rayonnement solaire.

Pour améliorer les performances du double vitrage et atteindre les valeurs exigées par la RT 2005 (et celle de 2012 également) et bénéficier du crédit d’impôt (voir encadré), la lame d’air est remplacée par un gaz neutre plus isolant que l’air : l’argon. Le double vitrage s’équipe aussi de profilés intercalaires «à bords chauds» ou «Warm Edge», qui équilibrent les températures sur l’ensemble de sa surface et réduisent les condensations.

Dernière innovation ou plutôt remise au goût du jour, le triple vitrage est de 40% plus isolant que le double vitrage, mais aussi deux fois plus épais ou presque (32, 36 ou 44 mm contre 24 mm). Le poids du vitrage et celui des profilés plus épais «alourdissent» la menuiserie, également du point de vue esthétique.

Des études montrent que dans nos climats tempérés, l’économie d’énergie est négligeable, exceptée pour les bâtiments situés dans une région très froide l’hiver. Jusqu’à ces dernières années, le triple vitrage était également synonyme de surcoût important… La situation est en train de changer, il est vrai, avec un coût moyen de 160 euros le mètre carré. Mais pas au point de justifier cette option ailleurs que dans une construction conçue avec une isolation maximale : c’est-à-dire une maison passive ou à énergie positive.

b) Les coefficients à connaître

Trois critères indissociables permettent d’apprécier toutes ces améliorations et les performances d’une menuiserie. Outre la mise en oeuvre qui doit être parfaite, deux composants déterminent les qualités et performances des fenêtres : le vitrage et le châssis. Il faut donc connaître les différents coefficients U pour effectuer le bon choix.

Les déperditions thermiques d’un matériau, ou coefficient U, sont exprimées en W/m2.K. Plus il est réduit, plus il est isolant. Concernant les fenêtres, le U s’accompagne d’une lettre en fonction du produit qui est mesuré : «g» pour «Glass» (vitrage) indique les performances du double vitrage seul; «f» pour «Frame» (cadre) caractérise les performances du cadre de la menuiserie (bois, PVC, alu, etc.); «w» pour «Window » (fenêtre) désigne les performances globales de la fenêtre. Le Uw devient Ujn («jour/nuit») lorsque la fenêtre possède une fermeture (volets battants, roulants). Uw (ou Ujn) est le coefficient à retenir et à demander car, à dimensions et caractéristiques égales, il permet de comparer les performances des menuiseries. Grâce à l’argon et au «Warm Edge», les baies vitrées de grandes dimensions affichent un Uw inférieur ou égal à 1,8 W/m2.K, performance supérieure à celle fixée par la RT 2005 et exigée pour obtenir le crédit d’impôt.

Les apports de chaleur extérieure favorisent ou pénalisent la consommation d’énergie d’un bâtiment. Le facteur solaire d’une menuiserie, coefficient Sw exprimé en pourcentage, représente la quantité d’énergie solaire, donc de chaleur «gratuite», qui pénètre par la menuiserie. Ce pourcentage varie en fonction de la nature du vitrage, du clair de vitrage, de la fermeture (volet, stores, etc.), et de la couleur des profilés de la fenêtre (teinte claire ou foncée). Plus le Sw est élevé, plus la menuiserie laisse passer les apports solaires. Un double vitrage traditionnel affiche un Sw de 0,80. Avec un VIR, il varie de 0,40 à 0,69 selon le traitement de couche peu émissive. Un Sw de 0,40 correspond en été à une réduction de la température intérieure jusqu’à 6 °C en Région parisienne et 9 °C à Marseille.

La RT 2005 calcule un Sw d’hiver (0,40) et un d’été (0,15). Elle précise que les baies doivent être complétées de protections solaires (volets, stores, etc.) de manière à obtenir le Sw de 0,15 et limiter l’échauffement des pièces, d’où un confort plus grand et une économie de climatisation. En hiver, l’apport solaire extérieur, plus faible, est compensé par la valeur U du vitrage, entraînant une économie de chauffage. On a constaté qu’avec une fenêtre orientée au sud, dont le Uw est inférieur ou égal à 2 et le Sw supérieur ou égal à 0,40, les apports gratuits sont supérieurs aux déperditions. Elle devient donc un véritable capteur naturel.

La transmission lumineuse, ou TLw, mesure la quantité de lumière qui passe à travers le vitrage. Lorsque le rayonnement solaire frappe un vitrage, une partie est réfléchie, une autre est absorbée et une troisième est transmise directement. Un double vitrage standard affiche un TLw de 0,80, et un VIR offre un TLw légèrement inférieur de 0,70 en moyenne. Moins lumineux, ce dernier s’installe sur une façade exposée au sud à condition qu’il possède un facteur Sw faible pour compenser les Surchauffes d’été.

c) La sécurité, incontournable !

Ce n’est pas une option, mais une obligation. En effet, une baie de grande dimension entraîne automatiquement la pose d’un double vitrage de sécurité. Votre assureur l’exigera. La protection des personnes dans une configuration classique, est assurée par une vitre intérieure feuilletée. Elle est composée d’un film de polyvinyle butyral (PVB) de 0,38 mm d’épaisseur, intercalé entre deux verres. En cas de choc, le PVB maintient les bris de verre en place et le vitrage n’éclate pas. La vitre feuilletée est désignée 44.1, soit par exemple 4/12/44.1 ITR. Le PVB offre l’avantage de filtrer plus de 90% des ultraviolets qui sont responsables des phénomènes de décoloration. Il préserve ainsi les couleurs des tissus et des tapis, ou encore celles des papiers peints, et des peintures.

Pour retarder les intrusions et le risque de vol, de deux à six films de PVB, selon le degré de sécurité recherché, sont collés entre les deux verres placés côté extérieur (44.2/12/4 ITR). Cette configuration apporte également une isolation phonique parce qu’une vitre extérieure plus épaisse augmente les performances acoustiques. La(les) feuille(s) de PVB peuvent également être remplacés par du PVB A (acoustique) qui renforce davantage les performances phoniques.

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3) Côté chassis, une belle diversité !

a) L’aluminium, d’infinies possibilités

Matériau roi des grandes baies vitrées, l’aluminium est proposé par tous les industriels de la fenêtre ou presque. Outre ses nombreuses possibilités de coloris, uni ou bicoloration, et de finitions, sablées ou granitées, ou encore de laquage décoratif, il autorise les profilés les plus fins du marché, qui laissent entrer la plus grande quantité de lumière du jour. Tous les fabricants ont fait des efforts pour diminuer encore la face vue des profilés pour optimiser le clair de vitre.

Le montant central, jonction entre deux vantaux fermés, varie de 76 à 94 mm contre 130 à 150 mm auparavant. La chicane, superposition des montants arrière des vantaux mesure de 40 à 50 mm de large. Utilisée sur les fenêtres traditionnelles, la technique de l’ouvrant caché fait son apparition sur les baies coulissantes. Les montants du vantail (ou des vantaux) sont dissimulés par le dormant. La face vue de 68 mm laisse passer 20% de lumière en plus (Janneau, Technal, etc.).

En termes d’isolation thermique, l’aluminium, plutôt mauvais élève, a bien évolué. La rupture de pont thermique (RPT) sur le dormant et les ouvrants s’est généralisée. Les profilés extérieurs et intérieurs sont assemblés avec des barrettes en polyamide, ou en PVC, qui limitent les échanges entre l’intérieur et l’extérieur, et suppriment les phénomènes de condensation. Habituellement de 18 mm d’épaisseur, les barrettes passent à 22 ou 38 mm sur le dormant, et à 28 ou 36 mm sur les ouvrants. La rupture peut être réalisée avec une résine coulée dans les profilés pour obtenir une plus grande rigidité, mais le système de bicoloration est alors impossible («Bering» chez Profils Systèmes).

La feuillure des profilés permet la pose de double vitrage peu émissif sur les ouvrants de 24 mm en standard et d’obtenir ainsi un coefficient Uw inférieur à 1,8 lorsqu’ils mesurent plus 2,40 m de large. Pour atteindre un Uw plus bas, de très bonnes performances thermo-acoustiques ou encore améliorer la sécurité, des doubles vitrages de 26 à 32 mm sont possibles. Sur châssis fixes, ils peuvent atteindre 36 mm.

La finesse et la rigidité des profilés permettent de réaliser de grandes baies vitrées, dont les vantaux font jusqu’à 3 m de hauteur («Lumeal» de Technal, «Satin Road» et «Toundra» de Profils Systèmes, «ASS 50» de Schüco), voire 4 m (Panoramah) et 3 m de large. L’ouverture de la baie peut atteindre jusqu’à 12 m et comporter jusqu’à huit vantaux coulissants!

À signaler, les coulissants d’angle développés par plusieurs fabricants (Reynaers, K-line, Panoramah, Minco, etc.). Conçu pour répondre à une nouvelle tendance architecturale de l’habitat, le concept permet une ouverture panoramique totale de l’angle d’un logement, d’une maison, pour faire place, dedans comme dehors, à un maximum de lumière et de visibilité. Il peut être associé à un galandage et à des volets coulissants.

b) Bois, PVC, mixtes, les outsiders

Malgré certaines innovations, les baies vitrées de grandes dimensions en PVC, en bois et mixtes (bois-alu) restent marginales.

Pour les menuiseries en PVC, un cadre normatif bien structuré, NF-CSTBat, est un signe de qualité, permettant d’éliminer les fabrications de piètre qualité. Côté écologie, les fabricants ont la possibilité d’utiliser des matériaux recyclés, à condition que ces derniers soient positionnés à coeur alors que la peau est, elle, vierge.

Épaisse d’au moins 0,5 mm, elle assure durabilité du profilé. L’emploi du plomb comme stabilisant dans le processus de fabrication est réduit, voire éliminé complètement. Multichambres (de 3 à 5), les profilés PVC renforcés par une armature métallique s’amenuisent en largeur au détriment des épaisseurs qui passent de 60 mm à 70, 80 ou 90 mm. La face vue du battement central passe de 150 mm à 112, voire 108 mm. Aujourd’hui les baies vitrées en PVC peuvent atteindre jusqu’à 6 m de largeur sur une hauteur de 2,60 m, grâce à la technique du levant-coulissant. Elles acceptent des doubles vitrages jusqu’à 28 mm, en épaisseur de 70 mm, pour une performance globale d’un coefficient Uw égal ou inférieur à 1,4.

Les profilés en bois, comme ceux en PVC, voient leur épaisseur augmenter, de 58 à 68 mm, et même 78 mm, pour accepter des doubles vitrages plus importants et obtenir des encadrements plus isolants. La face vue du battement central reste importante (136 à 166 mm). Pour obtenir plus de stabilité, les menuiseries en chêne ou bois exotique, garanties évidemment FSC et PEFC, sont en lamellé-collé. Les baies mesurent jusqu’à 2,45 m de hauteur et 3,90 m de largeur avec des possibilités allant jusqu’à 6 m en combinant deux vantaux fixes et deux coulissants à levage. Avec un vitrage de 24 mm, le Uw de la fenêtre est inférieur à 1,8 et à 1 en version triple vitrage.

Les menuiseries mixtes sont une association judicieuse du bois et de l’aluminium, ce qui permet d’allier les avantages de l’un et de l’autre. En version coulissante, la fenêtre est en bois massif lamellé collé (chêne, hêtre, pin des Vosges, bois exotique) et entièrement recouverte d’un capotage en aluminium qui le protège des intempéries et participe à l’esthétique de la façade (nombreux coloris disponibles). À l’intérieur, le bois, isolant, supporte le double vitrage (24 à 28 mm d’épaisseur, Uw 1,2 à 1,4) et s’intègre à l’habitat par son aspect naturel.

Les coulissants mixtes sont en principe disponibles en deux vantaux, pour des ouvertures allant jusqu’à 3,20 m de largeur. Une ouverture de 6 m avec quatre vantaux –deux vantaux fixes et de deux coulissants à levage (oscillo-coulissant)– est possible (Bieber, MC France, Millet, Minco, Pasquet Menuiseries).

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4) Verrières et châssis fixes

Combinaison de châssis fixes et d’ouvrants, les façades ou pignons entièrement ou presque vitrés apportent une luminosité incomparable dans les pièces de la maison et une vue exceptionnelle sur l’extérieur.

Architectes et menuisiers n’ont que l’embarras du choix au niveau du matériau des châssis. Bois, PVC, acier et bien sûr aluminium, permettent toutes les réalisations dans la mesure des possibilités de chaque matériau et des dimensions du vitrage. Intégrés au bâti, les profilés des châssis aluminium disparaissent au profit de la lumière (Panoramah). L’harmonie avec l’architecture du bâtiment doit être au rendez-vous avec les menuiseries bois ou PVC, plus visibles. L’importance du clair de vitrage oblige une étude thermique pour choisir le vitrage le plus adapté en matière de facteur solaire (Sw) et de luminosité (TLw) selon l’orientation de la façade ou du pignon. Des protections solaires sont également à prévoir.