Auteur : Julien Monseur IG2 Ac


1.  Introduction.

Le verre possède des propriétés intéressantes pour certaines utilisations comme isolant thermique, acoustique, pour jouer avec la clarté dans un batiment et pour une resistance aux impacts.

2.  Propriétés.

2.1  Mécaniques.

  • Densité : Le verre a une densité de 2,5 soit une masse de 2,5 kg par m² et par mm d'épaisseur pour les vitrages plans. Sa masse volumique est donc de 2500 kg/m³.
  • Résistance à la compression : très élevée = 1000 N/mm² (= 1000 MPa).
  • Elasticité : Le verre est un matériau parfaitement élastique : il ne présente jamais de déformations permanentes. Il est cependant fragile et casse sans présenter de signes précurseurs.
    • Module de Young : 70 GPa.
    • Coefficient de Poisson : 0,2.

2.2  Thermiques.

  • Dilatation linéaire : exprimée par un coefficient mesurant l'allongement par unité de longueur pour une variation de 1°C. Ce coeficient vaut pour le verre : 9x10-6.
  • Contraintes d'origines thermiques : Du fait de la faible conductivité thermique du verre, le réchauffement ou le refroidissement partiel d'un vitrage entraîne dans celui-ci des contraintes pouvant provoquer des "casses thermiques". Un traitement thermique, la trempe, permet au verre de supporter de plus grandes différences de température.

Casse Thermique.

3.  Fonctions.

3.1  Avec la lumière.

Le verre est un outil merveilleux permettant de jouer avec la lumiere dans un bâtiment, selon son orientation ou selon l'effet que l'on veut donner a une pièce. Pour bien jouer avec la lumière il faut prendre en compte certains éléments en fonction de la situation :

  • Créer des ouvertures dans les pièces d'eau (ex: salle de bain) afin de pouvoir aérer un maximum et d'évacuer la condensation. Tout ça favorise l'hygiène des pièces dites "humides".
  • Concevoir le bâtiment de façon à ce que les espaces de vie se retrouvent à proximité des ouvertures.
  • Tenir compte de l'environement extérieur (immeubles voisins, végétation)

Un obstacle de 10m de haut situé à 15m de la façade peut réduire la quantité de lumière de 40%.
  • Eclairer les locaux du dernier étage depuis la toiture, créer des puits de lumière. Ces ouvertures fournissent 2 à 3 fois plus de lumière qu'une ouverture classique en façade. Il faut également éclairer les sous-sols, la création d'ouvertures permet de s'orienter et aussi de ventiler ces espaces.
  • Tirer profit de l'orientation :
    • Façades Sud : Les vitrages orientés au sud bénéficient d'un ensoleillement maximum en hiver (soleil bas). Cette orientation doit donc être recherchée pour augmenter les gains thermiques durant la saison froide. En été, le soleil étant haut, on veillera à protéger les fenêtres par un auvent ou autre afin d'éviter une surchauffe.
  • Façades Est et Ouest : Les vitrages orientés de cette façon reçcoivent un maximum d'énergie en été car elles sont ensoleillées lors du lever et du coucher du soleil (positions basses du soleil). Il faudra donc également protéger ces vitrages pour éviter la surchauffe.
  • Façades Nord : Ce sont les façades les moins éclairées on limitera donc le nombres d'ouvertures et on veillera donc à mettre un vitrage assez isolant afin de ne pas avoir trop de pertes de chaleur, principalement en hiver.
  • Positionner les vitrages le plus haut possible : C'est la partie haute des vitrages qui permet d'eclairer le fond de la pièce. La limite supérieure du vitrage doit être située à une hauteur au moins égale à la moitié de la profondeur du local. Dans le cas contraire, la partie arrière de l'espace devra faire appel à léclairage artificiel. Afin de ne pas réduire encore plus la clarté, on veillera à adapter les faux-plafonds si il y en a pour avoir un maximum de lumiere dans la pièce.

3.2  Isolant thermique et résistance au feu.

Isolation thermique :
Une paroi vitrée sépare deux ambiances se trouvant généralement à des températures différentes. Il y a donc un transfert de chaleur de l'ambiance chaude vers l'ambiance froide. Le rayonnement solaire apporte également de la chaleur.
Il y a trois types d'échanges de chaleur:

  • La conduction : transfert de chaleur au sein d'un corps ou entre deux corps en contact direct. Le flux de chaleur entre les deux faces d'un vitrage dépend de l'écart de température entre ces faces et de la conductivité thermique du matériau. La conductivité thermique du verre est : λ = 1,0 W/(m.K).
  • La convection : transfert de chaleur entre la surface d'un solide et un fluide.
  • Le rayonnement : transfert de chaleur résultant d'un échange par rayonnement entre deux corps se trouvant à des températures différentes.

Les transferts thermiques à travers une paroi s'expriment par le coefficient U. Celui-ci représente le flux de chaleur qui traverse 1m² de paroi pour une différence de température de 1°C entre l'interieur et l'extérieur. Plus le coefficient thermique U est petit, plus les échanges thermiques sont faibles et meilleure est l'isolation thermique de la paroi. On cherchera donc à minimiser U en utilisant par exemple, un double vitrage verre-air-verre ou encore un double vitrage verre-argon-verre vu la très mauvaise conductivité thermique de l'argon et de l'air.


Coefficient U pour simple et double vitrage classiques.

Coefficient U pour double vitrage avec Argon.

Bilan énergétique : est égal aux déperditions thermiques diminuées des apports solaires récupérables.

Résistance au feu :
Quand un incendie est déclaré, il faut protéger en résistant. Les trois grands dangers sont :

  • L'effondrement des ouvrages ou de parties des ouvrages bloquant l'accès à certaines zones d'un bâtiment.
  • Les fumées et leur composants toxiques, danger principal aussi bien en raison des risques d'asphyxie que des pertes de repères et des réactions de panique qu'elles peuvent provoquer.
  • Le rayonnement calorifique intense pouvant conduire à des brûlures graves et mortelles.

Afin de bien être protégé, il faut disposer d'éléments de construction adaptés qu'on peut trouver grâce à la courbe ISO de sollicitation thermique.

On vérifie la satisfaction à trois critères principaux pendant une durée minimum :

  • Critère de résistance R.
  • Critère d'étanchéité aux flammes et aux gaz chauds.
  • Critère d'isolation thermique pendant l'incendie I.

3.3  Isolant acoustique ou phonique.

L’isolation acoustique apportée par une feuille de verre dépend en grande partie de ses dimensions, du mode de pose et de l’étanchéité réalisée dans le châssis.
Les ondes sonores véhiculées par l’air mettent en vibration les parois. Celles ci sont d’autant plus imperméables que leur masse est importante.
L’indice d’affaiblissement acoustique varie donc avec l’épaisseur. Ainsi un verre simple d’épaisseur 10 mm est dans ce domaine, plus performant qu’un verre d’épaisseur 4 mm . De même, et contrairement à certaines idées reçues, un verre de 6 mm est plus performant qu’un vitrage isolant composés de deux verres de 4 mm, ayant une épaisseur totale de verre de 8 mm.
On peut accroître les performances acoustiques d’un vitrage isolant en associant deux verres d’épaisseurs différentes, 4 mm et 10 mm par exemple, ou en assemblant des produits spécialement conçus pour cet usage tels certains feuilletés présentant un intercalaire souple. Bien évidemment pour avoir une bonne isolation acoustique, un bon vitrage ne suffit pas il faut également un chassis bien isolé.

3.4  Protection contre les impacts.

Les technologies de fabrication, de tranfsormation et d'assemblage permettent de conférer aux vitrages d'excellentes capacités de réponse aux contraintes de sécurité qu'exige la construction actuelle, notamment en maière de résistance aux impacts. Les chocs potentiels sont de diverses natures et les niveaux de réponse des vitrages dépendent :

  • Du niveau énergétique de l'impact.
  • De la surface maximale de contact développée au cours du choc.

Exemples d'impacts :

  • Heurts accidentels d'un vitrage.
  • Chute d'objets en toiture et verrière.
  • Vendalisme, effraction et impacts balistiques.

Pour les vitrages "à risques", on utilise souvent un verre feuilleté. Le verre feuilleté résiste à l'impact. Lors d'un choc avec un corps étranger, le verre se fendille, la fracture est localisée au point d'impact sans altérer la visibilité. L'intercalaire P.V.B. maintient les morceaux de verre en place, ce qui diminue le risque de coupure par éclats de verre. Il garde l'étanchéité de la paroi. De plus, l'énergie résiduelle du corps est absorbée par cet intercalaire ; le vitrage empêche donc le passage du corps si l'impact n'est pas disproportionné.

4.  Bibliographie.

5.  Commentaires.