Vitrages isolants thermiques

Le double vitrage à verre clair

Le double vitrage est constitué de deux feuilles de verre assemblées et scellées en usine, séparées par un espace hermétique clos renfermant de l’air ou un autre gaz déshydraté.

  1. Feuilles de verre.
  2. Air et/ou gaz déshydraté.
  3. Espaceur fixant l’espace entre les feuilles de verre.
  4. Ouverture pour l’absorption d’humidité.
  5. Première barrière d’étanchéité en polyisobuthylène.
  6. Dessicant.
  7. Seconde barrière d’étanchéité en polyuréthane, silicone ou polysulfure.

Le dessicant introduit dans l’espaceur est destiné à assécher le gaz emprisonné à la fermeture du vitrage et à absorber la vapeur d’eau éventuelle. Le bon fonctionnement des barrières d’étanchéité et du dessicant conditionne la durée de vie du vitrage.

La composition des doubles vitrages est donnée par 3 valeurs (en mm). Exemple : 4/12/4 : l’épaisseur de la feuille de verre extérieure / l’épaisseur de l’espaceur / l’épaisseur de la feuille de verre intérieure.

La garantie d’efficacité des doubles vitrages prévue dans les (ATG) est de 10 ans. Mais la durée de vie réelle est bien supérieure.

Les modes de transmission de chaleur

L’intérêt du dispositif est de bénéficier du pouvoir isolant apporté par la lame d’air ou de gaz, et de faire baisser de la sorte le coefficient de transmission thermique U de l’ensemble du vitrage.

La transmission de chaleur dans la lame d’air se fait par convection, rayonnement et conduction. Elle se fait par conduction et rayonnement dans le verre. La présence de la lame d’air permet de limiter les pertes de chaleur par conduction, la conductivité thermique de l’air (0.025 W/m.K (à 10°C)) étant nettement inférieure à celle du verre (1 W/m.K).

Caractéristiques énergétiques

Lorsqu’un rayonnement incident est intercepté par une paroi, une partie est réfléchie vers l’extérieur, une partie est absorbée par le matériau, une partie est transmise à l’intérieur. La transmission solaire du double vitrage est légèrement plus faible que celle du vitrage simple, car la chaleur qui traverse le vitrage est absorbée et réfléchie par deux couches et non une seule.

Les schémas suivants donnent les coefficients de transmission thermique U et le facteur solaire FS d’un double vitrage et d’un simple vitrage :

   

Simple vitrage et double vitrage.

Améliorer la performance du double vitrage ?

Une des manières de réduire le coefficient de conductivité thermique d’un double ou triple vitrage est de travailler sur l’espace interstitiel. La première idée consiste à augmenter l’épaisseur de la lame d’air. Effectivement, l’isolation augmente dans les premiers millimètres, puis l’isolation reste pratiquement constante au-delà de 14 mm. Pourquoi ? Dans le premier temps, l’air constitue un matelas, mauvais conducteur de la chaleur, mais une fois que l’épaisseur d’air s’accroît, des boucles d’échange convectives se forment entre la vitre chaude et la vitre froide… Un double châssis écarté de 20 cm n’isole pas mieux qu’un double vitrage ordinaire.

On a alors pensé à remplacer l’air par un gaz moins conducteur : l’Argon, le Krypton, … Effectivement, cela apporte un “+” à l’effet d’isolation. Mais impossible de descendre en dessous d’un U de 2,5 W/m²K.

Et pourquoi pas le vide ? Effectivement, un vide d’air permet une absence de convection et de conduction. Mais mécaniquement, les deux vitres ont du mal à résister à la pression atmosphérique et se brisent. Il faut alors placer des écarteurs… qui sont eux-mêmes des conducteurs de chaleur… Cette technique est à l’étude, mais n’a pas d’application industrielle aujourd’hui.

Reste à diminuer la transmission de chaleur par rayonnement : c’est l’idée du vitrage à basse émissivité dont nous reparlerons ci-dessous.

Caractéristique lumineuse

Le double vitrage assure un aspect neutre en réflexion et une grande transparence. Il est caractérisé par un coefficient de transmission lumineuse élevé, mais néanmoins inférieur à celui d’un simple vitrage.

Simple vitrage, TL = 90 %.

Double vitrage, TL = 81 %.

Le double vitrage “à basse émissivité”

Principe

Ce vitrage est aussi appelé vitrage à haut rendement ou vitrage super isolant. En anglais, il se nomme vitrage low-E et en France, on l’appelle vitrage à Isolation Renforcée (VIR).

L’objectif est d’augmenter le pouvoir isolant du double vitrage, c.-à-d. de diminuer son coefficient de transmission thermique U (anciennement “k”).

Vous avez dit : “émissivité” ?

Quand de la chaleur ou de l’énergie solaire est absorbée par un vitrage, elle est réémise par le vitrage, soit par convection d’air le long de sa surface, soit par radiation de la surface du vitrage vers les autres surfaces plus froides. Par conséquent, la réduction de la chaleur émise par les vitrages sous forme de radiation peut améliorer fortement ses propriétés isolantes.

La capacité d’un matériau à émettre de la chaleur de manière radiative est appelée son émissivité. Ce coefficient d’émissivité varie en fonction de la longueur d’onde du signal émis. Les fenêtres, ainsi que les matériaux que l’on trouve à l’intérieur d’un bâtiment, émettent typiquement des radiations sous forme d’infrarouges de très grande longueur d’onde. A savoir enfin que pour une longueur d’onde donnée, le coefficient d’absorption d’un matériau est égal au coefficient d’émissivité.

Les vitrages standards ont une émissivité de 0.84 sur l’entièreté du spectre. Cela signifie qu’ils émettent 84 % de l’énergie possible pour un objet à cette température. Cela signifie également qu’en ce qui concerne les rayonnements à grande longueur d’onde qui frappent la surface du verre, 84 % est absorbé et seulement 16 % est réfléchi.

Par comparaison, les couches basse-émissivité ont un coefficient d’émissivité de 0.04.

Les vitrages sur lesquels on a déposé de telles couches émettront seulement 4 % de l’énergie possible à cette température, donc absorberont seulement 4 % du rayonnement de grande longueur d’onde qui les atteint.

Autrement dit, ils réfléchiront 96 % du rayonnement infrarouge de grande longueur d’onde.

Application

Le rayonnement des matériaux du bâtiment est émis à une longueur d’onde plus élevée que ceux qui composent le spectre solaire ou le spectre d’émission des éclairages de vente.

Ondes électromagnétiques correspondant au rayonnement solaire et au rayonnement des matériaux.

La couche basse émissivité est, en général, une couche métallique, en argent par exemple, déposée sous vide et qui doit être placée à l’intérieur du double vitrage vu sa fragilité. Elle bloquera une partie du transfert de chaleur par rayonnement, diminuant ainsi le flux total de chaleur au travers de la fenêtre.

Importance de la position de la couche basse émissivité

La position de la couche basse émissivité dans un double vitrage n’affecte en rien le facteur U (ou k) de celui-ci. Donc, en ce qui concerne les pertes de chaleur par transmission, il n’y a absolument aucune différence que la couche basse émissivité soit placée en position 2 ou en position 3.

Numérotation des vitrages.

La surface d’un vitrage, dans un double ou un triple vitrage, est référencée par un nombre, commençant par le numéro 1 pour la surface extérieure du vitrage extérieur vers la surface intérieure du vitrage intérieur. La surface intérieure d’un double vitrage porte donc le numéro 4.

Par contre, le facteur solaire FS (ou le facteur de transmission de l’énergie incidente) du vitrage est influencé par la position de la couche. En effet, en plus de sa capacité à inhiber les transferts d’infrarouges à grande longueur d’onde, une couche basse émissivité absorbe aussi une certaine quantité de l’énergie solaire incidente. Cette énergie absorbée est transformée en chaleur, provoquant ainsi un échauffement du vitrage.

Si l’on cherche à diminuer la chaleur incidente (FS faible), la couche basse émissivité sera placée en face 2, la chaleur absorbée par le vitrage étant alors essentiellement réémise vers l’extérieur; ce qui devrait pouvoir théoriquement réduire les apports externes pour les meubles frigorifiques fermés. En analysant le marché des fabricants de meubles frigorifiques, il semble que ce type d’application ne soit pas développée.

Si vous êtes en possession de données contredisant ce qui précède, n’hésitez pas à nous les communiquer !