Effet du taux de vitrage des façades

De manière générale, une façade de type traditionnelle est composée de surfaces opaques (murs de l’enveloppe) et des surfaces vitrées (baies vitrées, y compris menuiseries). Le ratio entre les surfaces vitrées et la surface totale d’une façade quelconque est appelé le taux de vitrage. Ce paramètre peut être choisi de manière indépendante pour chacune des façades du bâtiment afin de maîtriser les apports solaires entrants dans les espaces et les pertes thermiques du bâtiment par son enveloppe.

Figure 4.7. Positionnement du choix du taux de vitrage des façades du bâtiment selon la logique de progression de décisions proposée.

Comme montré dans la figure 4.7, le choix du taux de vitrage des façades est fait en deux étapes dans la logique de progression des décisions de conception :

Par typologie de taux de vitrage : dans un premier temps, dans la sous-phase « Enveloppe » de la phase d’Esquisse, le concepteur peut sélectionner entre 5 valeurs de taux de vitrage, représentant des typologies de choix typiques. Chaque typologie est associée à une fourchette de valeurs du taux de vitrage.

En valeur spécifique : dans la phase d’Avant-Projet Sommaire, le concepteur peut choisir de manière plus précise le taux de vitrage sous la forme d’une valeur spécifique.

Dans une première analyse des différentes combinaisons de ce paramètre pour les 4 façades du bâtiment, l’influence du taux de vitrage des façades étroites (est et ouest) sur la performance énergétique a été déterminée comme très limitée par rapport à celle associée aux façades principales (nord et sud). Ceci est dû simplement au rapport de surface entre ces 2 types de façades : les façades avec des surfaces plus importantes jouent un rôle plus déterminant dans la performance du bâtiment.

Pour cette raison et afin de simplifier la présentation de résultats dans ce travail, l’étude paramétrique de cas se limitera à l’analyse de l’effet du taux de vitrage de la façade principale orientée au sud. Pour ce faire, les cinq valeurs de typologies du taux de vitrage proposées par l’outil dans la sous-phase « Enveloppe » de la phase d’Esquisse seront analysées :

Façade peu vitrée : taux de vitrage compris entre 10 et 30%, assimilée à une valeur moyenne de 20%.

Façade moyennement vitrée : taux de vitrage compris entre 30 et 50%, assimilée à une valeur moyenne de 40%.

Façade très vitrée : taux de vitrage compris entre 50 et 70%, assimilée à une valeur moyenne de 60%.

Façade majoritairement vitrée : taux de vitrage compris entre 70 et 90%, assimilée à une valeur moyenne de 80%.

Façade totalement vitrée : taux de vitrage d’autour de 100%.

Dans la configuration de bâtiment de base, le taux de vitrage des façades nord et sud est considéré égal à 40%, tandis que pour les façades est et ouest est pris à 20%. Dans cette étude de cas, ces valeurs par défaut sont maintenues pour les façades est, ouest et nord.

Comme montré sur la figure 4.8, une augmentation pratiquement linéaire de tous les indicateurs environnementaux est observée à mesure que le taux de vitrage est augmenté. Ceci est lié à deux effets différents. D’une part, une surface vitrée de la façade, composée de vitrages, menuiseries et protections solaires, est associée à un impact environnemental plus important que celui donné par une surface opaque, dans ce cas un mur en béton. D’autre part, la résistance thermique des fenêtres est inférieure à celle d’un mur en béton, ce qui entraine des pertes thermiques plus élevées en période de chauffage.

La majorité des indicateurs environnementaux présente un degré de sensibilité très similaire à la variation du taux de vitrage des façades, sauf dans deux cas spécifiques : les déchets dangereux éliminés et le potentiel de formation d’oxydants photochimiques de l’ozone troposphérique. Les degrés de sensibilité de ces deux indicateurs se démarquent des autres à cause de la différence d’impacts entre les fenêtres et les murs en béton : particulièrement haute pour le premier cas et relativement base pour le deuxième.

Figure 4.8. Variation en pourcentage des indicateurs environnementaux en fonction du taux de vitrage de la façade sud.

L’effet du taux de vitrage sur les pertes thermiques par les façades est plus évident dans la variation du coût d’exploitation. Comme montrée dans la figure 4.9, une augmentation de cet indicateur est observée à mesure que les façades deviennent de plus en plus vitrées. De façon générale, les besoins de refroidissement sont les plus affectées à cause du risque croissant de surchauffes. Par ailleurs, les

besoins de chauffage sont moins impactés grâce aux apports solaires additionnels arrivant sur les espaces intérieurs.

Figure 4.9. Variation en pourcentage des indicateurs économiques en fonction du taux de vitrage de la façade sud.

Le rôle déterminant de la contribution des fenêtres à la performance énergétique du bâtiment est encore une fois remarqué en analysant l’indicateur du coût de construction. Cet indicateur est aussi notablement sensible à la variation du taux de vitrage des façades dû à la différence importante de prix entre les fenêtres et les murs en béton. Par conséquent, la combinaison des effets du taux de vitrage sur les coûts d’exploitation et de construction explique une valeur aussi prononcée du degré de sensibilité du coût global.

Le taux de vitrage a également une influence décisive sur les indicateurs de confort des usagers, dont leurs variations en pourcentage par rapport à la configuration de base sont montrées sur la figure 4.10. Dans cette catégorie, l’indicateur le plus sensible est l’isolement acoustique standardisé pondéré pour un bruit de trafic à l'émission. La performance acoustique des surfaces vitrées étant notamment inférieure à celui des murs en béton, l’effet de l’augmentation du taux de vitrage se traduit par une diminution importante de l’isolement acoustique. Dans le cas des façades totalement vitrées, cet indicateur peut descendre en dessous de la valeur minimum réglementaire de 30 dB, ce qui nécessiterait d’un effort de renforcement acoustique complémentaire.

Figure 4.10. Variation en pourcentage des indicateurs de confort des usagers en fonction du taux de vitrage de la façade sud.

Le degré de sensibilité des autres indicateurs de confort est moins prononcé. En ce qui concerne l’indicateur de confort visuel, une augmentation assez limitée peut être observée à mesure que le taux de vitrage prend des valeurs plus importantes. Ceci est un comportement logique, puisque les besoins en éclairage naturel étaient déjà presque totalement couverts dans la configuration de bâtiment de base, avec un temps d’autonomie supérieur à 97%. En outre, l’effet du taux de vitrage sur le pourcentage de confort thermique n’est pas considérable, puisque les variations sur les besoins thermiques sont compensées par une augmentation de la consommation énergétique des systèmes de refroidissement et de chauffage. L’indicateur de qualité de l’air intérieur n’est pas affecté par la variation du taux de vitrage.

Le taux de vitrage représente alors un facteur déterminant sur la majorité des indicateurs caractérisant la performance énergétique du bâtiment. De manière générale, un bâtiment avec des faibles taux de vitrage dans ses façades principales est associé à des impacts environnementaux et coûts économiques relativement bas par rapport au cas d’un bâtiment fortement vitré. Néanmoins, un taux de vitrage faible réduit est associé à des valeurs d’autonomie en éclairage naturel légèrement plus bas. Il faudrait commenter ici que la diminution limitée de cet indicateur s’explique par l’utilisation de la moyenne spatiale du Facteur de Lumière du Jour (FLJ), qui ne prend pas en compte les possibles hétérogénéités dans la répartition de l’éclairement dans les espaces intérieurs.