La fenêtre dans tous ses états

Fenêtre bois ancienne

La fenêtre, cet objet curieux qui permet de s'évader

Je ne sais pas pour vous, mais personnellement, j’ai ce besoin de porter au loin mon regard. Tel des observateurs de notre environnement, nous avons cette nécessité de nous évader, de partager une vue, un horizon et de porter au loin notre regard sur le monde. La fenêtre se trouve au centre d’une réflexion particulière du bien-être, puisqu’elle nous permet de regarder à travers en nous plongeant dans un imaginaire. Sans elle, notre univers serait bien austère !

Dans une construction telle qu’elle soit, il y a toujours des ouvertures, elles nous apportent du confort lumineux, nous permettant de savoir s’il fait jour ou pas. Pour assurer un confort visuel, la fenêtre est une composition, un ensemble de techniques complexes, un assemblage de composant dans une paroi qui nécessite une attention particulière.

Dans la thermique du bâtiment, les menuiseries rassemblent également les portes (qu’elles soient pleines, translucides ou partiellement vitrées). Ces éléments servent d’orifice pour le passage des personnes, à la diffusion de lumière ou à une circulation de l’air. Qu’elle soit opalescente, translucide ou transparente, la menuiserie est une sorte d’interface, un objet curieux qui sert de transition entre un extérieur et un intérieur.

Une recette ancestrale : le verre

Fenêtre vitrail rosace sud notre dame
Rosace sud de la cathédrale de Notre-Dame de Paris

La recette du verre est vieille comme le monde, puisque des vases en verre sont retrouvés jusqu’à 1500 ans avant notre ère. En effet, la fabrication de ce matériau est très simple, puisqu’il s’agit de sable chauffé à une température approchant les 1150°C.

Maintenant conçue au kilomètre dans des usines à verre, l’origine de la fenêtre trouve ses bases au moyen-age. Les châteaux-fort dont leur premier domaine est militaire ont peu d’ouverture et ce sont essentiellement des meurtrières. Avec des périodes de paix instaurée par Philippe Auguste, leur fonction résidentielle se développe. La quête de confort augmente et le donjon est délaissé au profit d’un logis où réside le seigneur.

La technique de soufflage du verre en cive ou en plateau permet d’associer plusieurs morceaux de verre plat entre eux. Au XIIIe siècle, les baies géminées se développent, elles se nichent dans des arcades percées dans l’épaisseur des murs et sont pourvues de bancs de pierre.

 

Les créations sont innombrables, le souffleur de verre participe à donner une forme à l’objet. La matière en fusion est agréable à regarder, elle fascine. La conception d’une vitre, d’un vitrail ou de tout autre objet à base de verre demande une précision sans égards.

 

Dans les églises aux majestueuses compositions, les maîtres-verriers confectionnent à la main des œuvres sur-mesure. Ces représentations faites à base d’assemblage verres colorés et de baguettes de plomb. Les vitraux servent à créer des décors aux paroissiens. Ils permettent d’imaginer, de mettre des images sur leurs histoires et d’écrire des légendes notamment dans la religion chrétienne.

Verre en cive ou en plateau
Source : Thèse de Myrtille Hunault sur les procédés de vitraux

Un vocabulaire sans limite

Je crois qu’il est important pour un concepteur énergéticien d’avoir un bagage minimum de vocabulaire associé à la menuiserie. Les métiers de la vitre sont nombreux, entre le concepteur, l’assembleur de menuiserie ou encore le menuisier installateur, il faut s’entendre. Ainsi, au fur et à mesure du temps, le vocabulaire s’étoffe pour assurer une description fine des différents éléments.

En partant de l’ouverture du mur, le cadre de mise en œuvre est d’une précision au millimètre.

La mise en œuvre d'une ouverture

Le linteau

Cette pièce maîtresse assure la rigidité de l’ensemble de la structure, et les matériaux ne manquent pas. En effet, elle peut être en bois, constitué d’une large pierre, préfabriqué en béton ou à base d’un profilé métallique, de type IPM ou UPN ou encore coulé en place dans des blocs spéciaux.

Logé dans ce linteau, il peut alors y avoir des protections de type volet roulant ou battant qui servent à se prémunir totalement de la lumière nocturne. On parle alors d’un mode d’assemblage intégré au linteau, d’une pose en demis-linteau, en tunnel ou totalement à l’extérieur. C’est le cas notamment lorsque l’isolation est à l’extérieur ou lors d’une pose en bardage avec ossature bois.

Les protections peuvent avoir d’autres fonctions comme se protéger du rayonnement solaire diurne pour se prémunir de la surchauffe. À l’extérieur comme à l’intérieur, et même intégré dans le vitrage. Les protections peuvent être munies de stores vénitiens, à persienne, mais également à jalousie. Elles peuvent prendre des formes les plus diverses, équiper la fenêtre de stores type californien, d’un simple voilage, de rideaux occultant ou légèrement translucides, elles aurons des propriétés différentes. Si on veut faire au plus simple des stores classiques en position intérieure permettrons une facilité d’adaptation. Enfin, si on veut du kitch notre cher store banne des années 80. Cela dépend donc du style et de l’aspect architectural que nous souhaitons donner à cet ensemble, de l’entretien ou encore de la durabilité. Tous les équipements ajoutés à la composition peuvent bien sûr se décliner en fonctionnement manuel ou motorisé. Et donc, il y aura des contraintes de pilotage différents.

 

Typologies de linteaux et matériaux d'une fenêtre
Le tableau

La menuiserie est encastrée dans la paroi, elle comporte donc deux jambages de part et d’autre du cadre. L’intégration par rapport aux deux cotés du mur a donc une influence notable sur l’uniformité de la paroi. On parle de pose en feuillure, en applique lorsque la menuiserie être située plus ou moins à loin dans l’épaisseur du mur. Ce masque peut notamment varier en fonction de la position de l’isolation. Selon l’épaisseur de doublage mis en œuvre, la tapée sera plus ou moins grande. Elle peut également se situer dans l’ébrasement du mur pour assurer une meilleure diffusion de la lumière. La présence d’un biais intérieur favorisera alors la pénétration lumineuse notamment dans le bâti ancien.

 

L’appui

Enfin, il y a l’appui de fenêtre, là encore, les descriptions ne manquent pas. Le composant d’appui est une pièce importante pour la circulation de l’eau, en maçonnerie, en bois ou en plastique. Cette pièce d’appui est une finition qui doit être en accord avec le reste de la composition. Sous cette pièce massive, ce petit rejingot qu’il ne faut pas oublier. Il s’agit d’une petite rainure située sous l’appui permettant à l’eau de ne pas s’infiltrer sous la menuiserie.

Des types vraiment différents

Un hublot de bateau comme oculus ou œil de bœuf, des outeaux comme lucarne de toiture ou des châssis de toit pour désenfumer les cages d’escalier. Du mur rideau disposé sur plusieurs étage d’un grand bâtiment en passant par la vitrine d’une enseigne commerciale ou la grande verrière d’un atrium, les dimensions sont érigées par l’architecture et le style que l’on souhaite donner à un bâtiment.

Typologies d'ouvrants de la fenêtre
Extrait de "la construction comment ça marche" Ursula Bouteveille éd. Le Moniteur

Un châssis fixe présentera de bien meilleur performance énergétique, car seul un dormant sera présent. Cependant, si on considère la circulation de l’air comme nécessaire, alors l’ouverture est indispensable. Dans ce cas, si je reprends mon “Dicobat” les types d’ouvertures peuvent être pivotantes, à soufflet, basculante, oscillo-battante, en accordéon, coulissante… Dans certains cas, ce sont même les pays qui donnent le nom à leur fonctionnement : à l’Italienne, à la canadienne, à l’australienne, à la française, à l’anglaise… Une baie à galandage dans une paroi intérieure fait gagner de l’espace important en évitant à un vantail d’encombrer la pièce.

L'intégration

Au niveau de l’intégration d’un châssis, la liaison entre deux matériaux différents assure l’étanchéité (parois/dormant). La mise en œuvre d’un calfeutrement, un joint en mousse polyuréthane donne une certaine pérennité à l’ouvrage. Cependant, sa durée de vie est bien souvent nettement inférieure à la menuiserie.

Lorsque l’on regarde les performances énergétiques d’une fenêtre, il faut tout comptabiliser, le nombre de montants et de traverses, les petits-bois qui assurent la reprise d’un ancien design (bien souvent imposé par l’ABF, l’Association Nationale des Architecte des Bâtiments de France). S’il y a la présence ou non d’une double fenêtre sur les ouvrages rénovés.

Dans de nombreux cas, les vitrages de grandes hauteurs sont composés d’allèges ou d’impostes. Dans le cadre de rénovation, ces éléments possèdent bien souvent des performances très inférieures aux vitrages. Tout simplement, car si on fait le bilan, 8 mm d’une plaque PVC ne fait pas le poids face à un double vitrage, même ancien.

Des temps médiévaux avec le simple vitrage en “cul de bouteille”, il faut attendre la fin des années 1970 pour que le double vitrage s’impose dans les constructions des bâtiments.

Dimension des composants d'une fenêtre
Dimensions des différents composants de la fenêtres issue des règles TH-bat

Des performances exponentielles

La fragilité du verre est liée à sa structure, les liaisons entre les électrons et les atomes sont extrêmement rigides, et c’est pour ça qu’il se brise. Ainsi, pour certaines applications, il est nécessaire de contrôler l’exposition au choc. Ces optimisations s’intègrent dans le refroidissement du matériau.

Solidité

Verre blindé au marteau

Il existe donc des traitements de choc permettant de résister au bris de vitre telle que des verres trempés. C’est ce qu’on utilise notamment dans les véhicules. La casse est maîtrisée, le verre est moins coupant et la vitre se brise en mile morceau. Il y a également le verre feuilleté, une petite couche de plastique translucide est intégrée à deux verres collés. De cette manière, cela assure encore plus de sécurité. Quasiment incassable, il est utilisé au niveau des pare-brise ou des vitres anti-infraction.

Le verre blindé est un autre type de verre feuilleté. Il répond à des degrés plus ou moins importants de résistance aux impacts.

Acoustique

Je ne suis pas spécialiste de l’acoustique, c’est une discipline qui demande également beaucoup de rigueur. De la même façon que pour la solidité, il est possible d’avoir de nombreuse qualités et propriété acoustique. D’autant plus que ce sont des phénomènes couplés.

Explosion de verre

Thermique

Profilé d'un châssis de fenêtre
Calcul pont thermique de fenêtre

S’il y a bien une faiblesse dans une paroi, c’est bien cette fenêtre qui donne tant de mal à caractériser pour un thermicien.

Au niveau des performances, il est nécessaire d’évoquer les différentes compositions d’une menuiserie. La transmission thermique d’un ensemble bien sûr, c’est une sorte de moyenne de tous les constituants qui la compose. On a donc les performances liées au cadre accueillant le vitrage. Avec le développement des doubles vitrages, nous commençons à voir apparaître des matériaux comme le PVC et l’aluminium.

Les fabricants de châssis rivalisent d’ingéniosité pour créer des profilés toujours plus contraignants et compliqués, en effet, c’est la cavité d’air présente à l’intérieur d’un châssis qui offre le meilleur compromis. Une simple bulle enfermé enclavé dans une paroi constitue le meilleur isolant. Alors le remplir de mousse isolante diminue encore la transmission thermique. Sans oublier la parclose, cette petite baguette venant faire la finition intérieure au niveau du vitrage.

La performance de chacun des verres associés à leur épaisseur et l’épaisseur du remplissage (4/16/4, 4/20/4, 44.1/12/8…). Le rayonnement infrarouge s’échappe d’un simple vitrage classique, ainsi, un traitement thermique sur le vitrage donnera une faible émissivité qui retiendra les infra rouges à l’intérieur. Attention donc au numéro de la face qui accueillera ce traitement, il ne faut pas inverser le sens.

La technique de la flamme d’une bougie ou d’un briquet vous indiquera la présence d’un traitement de ce type. Une flamme rougeoyante se reflétera dans la vitre.

Mais encore...

Situé entre les deux verres, la qualité de l’intercalaire crée un pont thermique au niveau du périmètre. Ainsi, des produits en plastiques type “warm edge” dans les menuiseries plus récente qui viennent remplacer les intercalaires aluminiums.

Le type de gaz présent entre les deux fenêtres apporte également sa petite touche de performance. Avant, il n’y avait que de l’air, mais dorénavant, nous avons le choix entre de l’argon, du krypton, du xéno ou encore d’hexafluorure de soufre SF6.

Globalement, on pourra dire qu’un simple vitrage aura environ 5 fois plus de pertes qu’un double vitrage. Qu’entre un double vitrage ancien et un double vitrage récent, il y a 40 % de gain, et que le passage sur un triple vitrage permet 50% d’amélioration par rapport à un double vitrage récent.

Transmissions lumineuse d'une fenêtre double vitrage

Et puis, il y a ses protections qui assurent également une légère résistance thermique supplémentaire lorsqu’elles sont en place. Les volets ou les stores ont un impact non-négligeable en fonction de leur utilisation. Alors autant les manipuler correctement !

Les fabricants de fenêtres donnent des valeurs pour des dimensions standardisées. Or, bien souvent les valeurs que l’on retrouve dans les constructions n’ont rien à voir avec ces cas. Nous devons donc recalculer chaque cas suivant leur dimension et leurs propriétés réelles.

Lumineuse

Lumière d'une fenêtre

Les propriétés lumineuses des verres sont liées à leur composition vitrière, au clair de vitrage. En fonction d’un revêtement ou d’un traitement sur certaines faces, il est possible d’obtenir une qualité de vitrage différente.

À la manière d’un revêtement thermique, la vitre à contrôle solaire possède un film obtenu par une fine couche d’oxyde déposés sur à la surface du verre. L’aspect n’est plus transparent mais légèrement bleuté voire argenté tel un miroir pour les traitements plus intenses. Cette caractéristique à un impact sur le facteur solaire, il s’agit de la part de rayonnement solaire pouvant traverser le vitrage. Sur des fenêtres existantes, un film collant aux propriétés réflectif peut-être installé à posteriori.

Il n’est pas rare de visualiser sur des autobus ou sur des grands ensembles vitrés des revêtements autocollants. L’ouverture sert alors de support de communication. Ces films sont perforés pour permettre à l’utilisateur de voir en dehors depuis l’intérieur, mais au passant extérieur de visualiser la publicité qui s’y trouve. Le ratio de perforation sert alors de clair au vitrage et laisse une fine partie du rayonnement solaire pénétrer à l’intérieur.

De manière plus marginale, il y a des fenêtres dite actives avec des propriétés étonnante. Le procédé électro chrome permet de changer les propriétés physiques dès lors qu’une petite tension électrique y est appliqué. Ce courant électrique fait varier la transmission lumineuse et de rend la fenêtre réfléchissante au rayonnement extérieur.

Il existe également des menuiseries à cristaux liquides qui permettent de rendre opalescente une vitre en laissant passer une certaine quantité de lumière. De cette façon, il est tout à fait possible de gérer l’intimité d’une salle de réunion par exemple, ou même des logements ayant des vis-à-vis contraignant.

Pour conclure

Voici une liste non-exhaustive des propriétés que peut posséder une seule fenêtre.

Je reste persuadé que nous pourrions continuer encore longtemps à décrire les propriétés optiques ou matérielles des constituants des menuiseries.

Enfin, la caractérisation physique par des coefficients des propriétés de tous ces composants demande du temps d’analyse et de la rigueur.

Ainsi, lorsque je travaille sur un nouveau projet, il est nécessaire de savoir où on va. Je regarde d’abord les ouvertures, car bien souvent, c’est à ces endroits que se trouvent certaines difficultés.

Un peu d'ouverture

Comme nous l’avons vu, la fenêtre sert avant tout à nous évader. Pourtant, si je devais faire une ouverture sur une fenêtre d’un nouveau genre. Un objet qui existe depuis quelques dizaines d’années maintenant, je veux parler de cette fenêtre numérique. Vous savez cet écran qui vous transmet sans cesse des notifications. Ces gestionnaires de fichiers qui nous permettent de classer et d’organiser nos informations, nos activités. À travers ce réseau de communication mondialisé, nous pouvons maintenant voir et être vu depuis n’importe quel endroit du monde. Il est possible de naviguer dans les rues d’une métropole située aux antipodes de notre terre bien au fond de son canapé.

À croire que notre nécessité de nous évader s’agrandit avec le temps, c’est plus fort que nous !

Alors, ne vous perdez pas en chemin !

Fenêtre vue d'un ordinateur
La fenêtre dans tous ses états

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