La physique du verre : de légères variations peuvent faire une grande différence

Quand on parle de vitrage isolant, on évoque souvent la valeur U : plus elle est basse, plus le verre isole efficacement.

Ce que l’on sait moins, en revanche, c’est que la valeur d’isolation peut être influencée par de légères variations dans la composition ou l’application du vitrage, notamment :

• la largeur de la lame d’air (espace entre les feuilles de verre)
• le gaz dans la lame d’air
• la position de la vitre (verticale ou inclinée)
• la présence de couches.

Pour bien comprendre cela, rappelons d’abord comment la chaleur s’échappe au travers d’un vitrage.

• par conduction au travers du vitrage
• par convection (mouvements d’air ou de gaz dans la lame d’air)
• par rayonnement entre les feuilles de verre.

Ensemble, ces phénomènes déterminent la valeur U d’un vitrage, c’est-à-dire la quantité de chaleur perdue, par seconde et par mètre carré, pour un écart de température de 1°C.

Les pertes de chaleur se produisent, dans près de 30 % des cas, par conduction et par convection et, dans 70 % des cas, par rayonnement thermique. D’où le rôle déterminant des couches appliquées sur le verre dans la performance de l’isolation.

Toute modification de la largeur de la lame d’air ou de la composition du vitrage, par exemple, aura donc souvent plus d’impact que l’épaisseur du verre.

La largeur de la lame d’air

L’écart entre les feuilles de verre joue un rôle important. Pour le double vitrage, une lame d’air d’environ 15 à 16 mm est souvent optimale.

• Lame d’air trop étroite → augmentation de la conduction thermique entre les feuilles de verre
• Lame d’air trop large → augmentation de la circulation d’air (convection)

En d’autres termes, s’écarter de l’épaisseur optimale de la lame d’air, dans un sens ou dans l’autre, pénalise la valeur U.

Une lame d’air plus large améliore cependant l’isolation acoustique.

Gaz présent dans la lame d’air

Généralement, la lame d’air n’est pas remplie d’air, mais d’argon.

Ce gaz noble :

• est plus lourd que l’air
• se déplace plus lentement
• conduit moins bien la chaleur.

Ces propriétés ont pour effet de réduire à la fois la conduction et la convection

et se traduisent par une valeur d’isolation nettement supérieure à celle d’un vitrage dont la lame d’air est remplie d’air.

La position du vitrage

La position dans laquelle le verre est installé peut également avoir une influence.

Dans le cas de fenêtres verticales, des flux de convection relativement stables s’établissent dans la lame d’air entre les feuilles de verre.

Toutefois, le comportement de ces mouvements d’air change lorsque le vitrage isolant est installé avec un angle d’inclinaison, par exemple dans une verrière ou une fenêtre de toit. La convection dans la lame d’air gagne en efficacité, ce qui peut faciliter la circulation de la chaleur entre les feuilles de verre.

Résultat : la valeur isolante d’un même vitrage peut s’en trouver réduite.

Ainsi, un vitrage avec une valeur Ug de 1,0 W/m²K peut atteindre une valeur Ug d’environ 1,4 W/m²K à un angle d’inclinaison de 45°.

Pour le triple vitrage, cet effet est généralement moins marqué : un vitrage présentant une valeur Ug de 0,6 W/m²K peut ainsi passer à quelque 0,7 W/m²K, toujours à 45° d’inclinaison.

Plus l’inclinaison est faible, plus cet effet tend à s’amplifier.

Couche appliquée sur le verre

La perte de chaleur se produit majoritairement par rayonnement. C’est pour cette raison que les vitrages isolants modernes sont dotés d’une couche à faible émissivité.

Cette couche métallique d’une finesse microscopique – généralement à base d’argent – réfléchit le rayonnement thermique vers l’intérieur. Ce revêtement permet d’améliorer sensiblement les propriétés isolantes du verre.

A titre de comparaison:

L’équilibre idéal

Une valeur U faible n’est pas forcément synonyme de performance énergétique optimale. Le facteur solaire (valeur g) joue également un rôle déterminant. Il détermine la quantité de chaleur solaire qui pénètre à travers la vitre.

La combinaison optimale dépend notamment :

• de l’orientation de la façade
• de la surface vitrée en façade
• de l’exposition au soleil
• de facteurs externes, comme un débord de toiture, les bâtiments environnants, la végétation, etc.

Pour une façade composée à 85 % de verre, les valeurs suivantes combinées :

• valeur U : ± 0,6 W/m²k
• valeur g (facteur solaire) : ± 40 %

peuvent offrir un bon équilibre entre isolation et apport de chaleur solaire.