En savoir plus sur les coefficients thermiques de la fenêtre
Dans le cadre de la construction ou de la rénovation d'une maison, chaque nouvel équipement doit être sélectionné avec soin en fonction de critères esthétiques mais surtout techniques. Dans cet article, nous faisons le point sur les coefficients thermiques de la fenêtre.
Utilisation des coefficients thermiques
La conception d’une fenêtre ou d’une menuiserie vitrée impose de nombreux défis. Elle repose sur plusieurs facteurs qu’il faut prendre en compte dans la conception. Deux d’entre eux sont à la fois les plus importants et, de prime abord, contradictoires :
- une fenêtre doit pouvoir isoler du froid mais aussi laisser passer la lumière et conserver la chaleur en hiver,
- elle doit également pouvoir conserver la fraîcheur et limiter la transmission de chaleur solaire en été.
Chacun de ces facteurs peut être défini par le biais d’un coefficient calculable pour chaque fenêtre en fonction de sa conception, de ses matériaux, de sa qualité d’installation. Trouver le bon équilibre entre les différents coefficients permet alors :
- d’optimiser l’isolation thermique de la maison,
- de garantir un confort optimal en toutes saisons pour les habitants,
- de permettre de substantielles économies d’énergie en limitant l’utilisation du chauffage et de la climatisation.
La RE2020 encadre maintenant la construction de bâtiments aux propriétés énergétiques plus puissantes et moins émissifs en carbone. Il est ainsi essentiel de comprendre la déperdition énergétique des menuiseries afin de choisir la solution la plus efficace.
Pour calculer la déperdition énergétique d’une fenêtre ou autre menuiserie, on se base habituellement sur différents coefficients qui prennent en compte la performance en isolation de l’encadrement de la fenêtre, celle du vitrage ainsi que l’effet du pont thermique dans les zones de contact entre les profilés d’encadrement et les vitrages. La moyenne de ces différents coefficients permet de calculer le coefficient de transmission thermique globale de la fenêtre, et donc la déperdition moyenne d’énergie sur l’année.
Comment s’expriment les coefficients de déperdition thermique ?
Les différents coefficients s’expriment le plus souvent en W/m2 x K, également formulé W/m2.K. Dans cette formule, le Watt est une unité énergétique. On le retrouve dans les kWh des factures d’électricité ou de gaz. Le Kelvin, quant à lui, est l’unité de mesure de température de base du système de mesure international. En l’occurrence, un écart de 1K correspond à un écart de 1°C. Comme on le voit dans la formule, le coefficient est calculé en prenant en compte la performance d’un mètre carré de vitrage. Il présente ainsi une valeur absolue. Cette dernière permettra de calculer les pertes énergétiques de chaque vitre de manière relative, en fonction de leur surface propre. Pour chaque vitrage, il conviendra alors de multiplier le coefficient de déperdition par le nombre de mètres carrés de la surface réelle.
Au final, un bon coefficient est un coefficient bas. Plus le coefficient est petit, plus il indique que la déperdition énergétique est minimale. La recherche d’un bas coefficient de déperdition est relativement universelle. Toutefois, il convient de voir qu’il n’est pas possible d’obtenir les mêmes coefficients selon que l’on prenne en compte les vitrages ou les encadrements, qui ne sont pas réalisés dans les mêmes matériaux.
Ug, le coefficient de déperdition du vitrage
La déperdition thermique des vitrages
Une vitre constitue généralement la plus grande surface d’échange entre intérieur et extérieur d’une fenêtre. La part de vitrages dans les baies coulissantes ou les portes-fenêtres est encore plus importante. Ainsi, cette part rend indispensable l’obtention d’un Ug aussi bas que possible.
Comme dans tous les systèmes d’échange thermiques, la déperdition d’énergie d’une vitre correspond à la conductivité calorifique du matériau qui la constitue. La nature même du verre, sa composition et son assemblage vont donc déterminer de quelle manière et à quel point la vitre conserve l’énergie. Ou, au contraire, la transmet.
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De base, le verre conduit assez bien la chaleur et le froid, et constitue un mauvais isolant. Pendant longtemps, c’était le cas des simples vitrages, imposant dans certains environnements très froids de limiter la taille des vitrages. Heureusement, les solutions de double vitrage actuelles sont très performantes. La partie vitrée d’une fenêtre est même souvent mieux isolée que son encadrement. Ainsi, il est aujourd’hui souvent préférable d’optimiser la proportion de surfaces transparentes dans une menuiserie.
Le cas du double vitrage
Le principe du double vitrage fonctionne en empêchant le verre de la vitre de conduire directement la chaleur vers le milieu le plus froid, autrement vers l’extérieur en hiver et vers l’intérieur en été. Pour cela, les doubles et triples vitrages intègrent une ou plusieurs couches isolantes sur le plan thermique entre deux épaisseurs de verre. Il s’agit généralement d’un gaz neutre, le plus répandu étant l’argon.
Pour empêcher un peu plus la chaleur de s’échapper en hiver, un des deux vitrages est équipé d’une couche bas émissive. Invisible à l’œil nu, il s’agit souvent d’une très fine couche d’argent qui piège les rayonnements infra-rouges, très calorifiques, à l’intérieur de la maison. Selon les standards actuels, un Ug de double vitrage en France métropolitaine est généralement compris entre 1 et 1,4W/m2.K.
Le Uf, coefficient de déperdition du profilé de la fenêtre
Un coefficient spécifique aux encadrements
Une fenêtre est un élément mécanique relativement complexe. Il comprend des parties dormantes, ouvrantes, des recouvrements, des charnières plus ou moins complexes, des joints d’étanchéité, et de nombreux autres systèmes mécaniques ou électriques. Tous ces éléments constituent la partie opaque d’une menuiserie, l’encadrement fixe et mobile autour du vitrage en lui-même. De par la complexité de ces mécanismes et la conception même d’une fenêtre, les cadres présentent généralement un coefficient de déperdition plus mauvais que celui du vitrage lui-même.
Le Uf est cependant calculé de la même manière que le Ug. Il exprime également la quantité d’énergie qui est transmise par une superficie donnée de cadre de fenêtre en fonction du différentiel de température.
L’intérêt des menuiseries aluminium
En moyenne, les encadrements en acier ou en aluminium offrent un moins bon Uf que les fenêtres en bois ou en PVC. On peut alors croire que ces dernières sont plus performantes. C’est pourtant loin d’être vrai ! Les profilés en aluminium étant bien plus fins que leurs équivalents en PVC, par exemple, ils occupent une surface bien plus réduite. Pour une fenêtre de même taille, ils laissent alors plus de place aux vitrages eux-mêmes. Ces derniers présentent un meilleur coefficient de déperdition et un meilleur apport en lumière et chaleur solaire. En moyenne, selon la dimension des fenêtres considérées, des équipements en aluminium avec un Uf moins bon peuvent quand même présenter un coefficient global et réel plus intéressant.
Ψ, un coefficient de déperdition linéique de mieux en mieux pris en compte
Contrairement aux autres coefficients évoqués dans cet article, le coefficient de déperdition linéique ne s’exprime pas en fonction d’une surface. Celui-ci se calcule en fonction de la longueur de la jonction entre le cadre et le vitrage. On parle donc de W/m.K et non plus de W/m2.K.
Il permet de prendre en compte la conduction thermique entre l’intérieur et l’extérieur. Cette conduction se fait à travers les différents matériaux, le fameux pont thermique. Les fenêtres modernes prennent en compte le Ψ en intégrant des éléments de rupture de pont thermique dans leur conception. De quoi permettre d’améliorer le coefficient global de la fenêtre. Ainsi que de ne pas gâcher de bons Uf et Ug avec un assemblage maladroit du cadre et du vitrage.
Uw : le coefficient global de de transmission thermique
Tous les coefficients vus plus haut sont pris en compte pour calculer le coefficient de transmission thermique dans son ensemble. Celui-ci s’exprime également en W/m2 x K. Il se calcul en additionnant :
- le coefficient Ug, rapporté à la surface du vitrage,
- le coefficient Uf, rapporté à la surface de l’encadrement,
- le coefficient linéique Ψ rapporté à la longueur de l’interface entre vitrage et profilé.
Ce coefficient global est celui qui permet de calculer la déperdition énergétique total d’une fenêtre. En multipliant ce coefficient par la surface des fenêtres et l’écart moyen de température entre intérieur et extérieur, on peut calculer la déperdition moyenne de ses menuiseries et donc la quantité d’énergie qu’il est possible d’économiser sur une année en changeant de fenêtres.
