Influence des croisillons sur la performance des vitrages isolants

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Solution constructive, 1999-12-01

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Influence des croisillons sur la performance des vitrages isolants

Elmahdy, A. H.

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p a r A .H. Elm a hd y

Beaucoup de vitrages isolants comportent maintenant des croisillons

décoratifs. Cet article traite de l’effet que ceux-ci peuvent avoir sur la

performance et l’esthétique de ces vitrages.

S o l u t i o n c o n s t r u c t i v e n

o

2 8

Les in n ovation s d on t on a été tém oin d ep u is u n e d izain e d ’an n ées au n iveau d e la con cep tion et d e la fabrication d es vitrages isolan ts (V.I.) on t am élioré leu r p erform an ce th erm iqu e et leu r d u rabilité. Cep en d an t, la m ise en p lace d e croisillon s (ou carrelage) en tre les feu illes d e verre d u vitrage isolan t n ’a qu ’u n e fin alité d écorative, l’asp ect rech erch é étan t celu i d es an cien n es fen êtres colon iales. La grille form ée p ar les m on tan ts et traverses d es croisillon s (voir figu re 1) d on n e l’im p ression d e carreau x vraim en t sép arés, alors qu e les croisillon s n e son t qu ’in terp osés en tre les vitres. Des travau x d e rech erch e accom p lis récem m en t p ar l’IRC on t révélé qu e la p résen ce d e croisillon s p eu t réd u ire la valeu r R d ’u n V.I. et sa résistan ce à la con d en sation1_{. On a au ssi con staté qu e}

certain s croisillon s d égagen t d es su bstan ces organ iqu es volatiles sou s l’effet d u rayon -n em e-n t u ltraviolet, ce qu i em bu e les vitres.

Détermination de la valeur R et essai

de ré sist a nc e à la c onde nsa t ion

L’IRC a sou m is six V.I. à d es essais p ou r d éterm in er la valeu r R, la tem p ératu re d e su rface d e la vitre in térieu re et l’in d ice d e tem p ératu re (résistan ce à la con d en sation ).

Les vitrages u tilisés m esu raien t 1 m su r 1 m , étaien t d ou bles, rem p lis d ’air ou d’argon et munis de croisillons en alu-minium ou en vin yle; u n e face d es vitres com p ortait u n revêtem en t à faible

ém issivité. On a au ssi testé d eu x vitrages san s croisillon s, qu i on t servi d ’éch an tillon s d e référen ce. (Voir le tableau 1.)

Résultats

Le tableau 2 in d iqu e les résu ltats d es essais visan t à d éterm in er la valeu r R. On a con -staté qu e la valeu r R d es vitrages m u n is d e croisillon s était d e 2,3 à 7,3 % p lu s basse qu e celle d es vitrages qu i n ’en p osséd aien t p as. La réd u ction d e la valeu r R est d u e au x p on ts th erm iqu es créés d an s la zon e d u vitrage ad jacen te au x croisillon s. Cela s’exp liqu e p ar le fait qu e les croisillon s, qu i son t faits d e m atières com m e l’alu m in iu m (an od isé ou laqu é), le vin yle ou la m ou sse d e silicon e, p ossèd en t h abitu ellem en t u n e con d u ctan ce th erm iqu e p lu s gran d e qu e l’air p résen t d an s l’in tervalle en tre les vitres. (Mêm e si ce fait n e revêt p as u n e gran d e im p ortan ce ici, les vitrages à lam e d ’argon p résen taien t u n e valeu r R en viron 7 % p lu s élevée qu e les vitrages à lam e d ’air, ce qu i corrobore les résu ltats d e travau x d e rech erch e accom p lis p récéd em m en t.)

Les figu res 1 et 2 fon t voir, p ou r d eu x d es six V.I., la tem p ératu re d e su rface d es vitres et l’in d ice d e tem p ératu re.

Influence des croisillons

sur la performance des

vitrages isolants

L’in d ice d e tem p ératu re, qu i exp rim e le rap -p ort en tre la tem -p ératu re d e su rface d e la vitre in térieu re, d ’u n e p art, et d ’au tre p art la tem p ératu re extérieu re et les caractéris-tiques thermiques de la fenêtre, sert à mesurer la résistan ce à la con d en sation . (Voir « Prin cip es d u con trôle d e la con d en sation », dans le numéro 5 de Solutions constructives.)2

Tableau 1.Conditions d’essai

Croisillons Lame Aucuns en en vinyle (référence) aluminium d ’air

•

d ’argon

•

(3)

2

Lorsqu ’il existe d e gran d s écarts d e tem -p ératu re d e -p art et d ’au tre d e la lam e d ’air d es V.I., la su rface d e la vitre in térieu re, d an s le cas d es vitrages avec croisillon s, p eu t p résen ter d es tem p ératu res p lu s basses qu e d an s le cas d es vitrages san s croisillon s, en particulier dans les zones adjacentes à ceux-ci. Lorsque l’air circule dans la lame d’un V.I. sous l’effet d e la con vection n atu relle, sa vitesse est p lu s gran d e en tre les vitres et la su rface

d es croisillon s. Il en résu lte u n tau x p lu s élevé d e tran sfert d e ch aleu r à travers les vitres, et d on c u n abaissem en t d e la tem -p ératu re su r la su rface d e la vitre in térieu re. (Cela se p rod u it su rtou t d an s le voisin age d es croisillon s.) Cet abaissem en t d e tem p ératu re p eu t réd u ire la résistan ce d e la fen être à la con d en sation , d e sorte qu ’il p eu t s’en form er, en p articu lier au tou r d es croisillon s.

La tem p ératu re d e su rface d e la vitre intérieure et l’indice de température à l’endroit d es croisillon s son t beau cou p m oin s élevés qu e d an s le cas d ’u n V.I. san s croisillon s. La différence dépend du matériau dont sont faits les croisillon s. La tem p ératu re d e su rface d e la vitre in térieu re, d an s la zon e ad jacen te au x croisillon s, était p lu s basse d an s le cas d es vitrages avec croisillon s en vin yle qu e d an s celu i d es vitrages avec croisillon s en alu m in iu m . Cela n e veu t p as d ire qu e le vin yle p ossèd e u n e p lu s gran d e con d u ctivité th erm iqu e qu e l’alu m in iu m , m ais sim p lem en t qu e la zon e en tou ran t les croisillon s en vin yle con tribu e p lu s à la con d en sation qu e celle qu i est ad jacen te au x croisillon s en alu m in iu m . On sou p çon n e qu e la d istan ce en tre les croisillon s et la su rface d es vitres n ’est p as la m êm e d an s les d eu x cas, ou qu e d an s certain s cas les croisillon s p eu ven t en trer en con tact avec la su rface d es vitres. (Sou s d e gran d s écarts d e tem p ératu re en tre l’extérieu r et l’in térieu r d e la lam e d ’air, la p ression in tern e d im in u e et fait fléch ir les vitres vers l’in térieu r. Il p eu t en résu lter u n e d im in u tion d e l’in tervalle en tre la face in tern e d es vitres et les croisillon s.)

Essa is d’e m bua ge

Dan s le cad re d u con trôle n orm al d e qu alité, les V.I. fon t l’objet d ’u n vaste p rogram m e d ’essais visan t à d éterm in er leu r d egré d ’étan ch éité et leu r d u rabilité globale. Les n orm es can ad ien n e (ONGC 1990) et am éri-cain e (ASTM E773, E774, 1994) actu ellem en t en u sage n e p révoien t p as d ’essais sp éciau x p ou r les vitrages m u n is d e croisillon s; il y a d on c au jou rd ’h u i d es V.I. qu i son t p osés san s avoir été testés con form ém en t à d es n orm es recon n u es. (Note : on est à réviser la n orm e can ad ien n e p ou r en glober les croisillon s.)

L’IRC a sou m is à d es essais (d ’em bu age) u ltraviolets (U.V.) 54 vitrages isolan ts rep résen tan t u n certain n om bre d e varian tes aux points de vue conception et configuration : espaceurs faits de métal, de mousse de silicone ou com p ortan t u n e ban d e en tôle on d u lée, et croisillon s en alu m in iu m , en vin yle ou en m ou sse d e silicon e.

L’essai volatil (d ’em bu age) sert à d éterm in er les risqu es d e p erte d ’étan ch éité d u e à la d égrad ation d es m atières organ iqu es et au 12,0 (77 %) 11,8 (76 %) 7,8 (66 %) 8,0 (67 %) 8,0 (67 %) 11,3 (75 %) 11,1 (75 %) 9,9 (72 %) 8,0 (67 %) 7,6 (66 %) 11,4 (75 %) 11,5 (76 %) 11,1 (75 %) 8,1 (70 %) 9,2 (70 %) 8,8 (69 %) 8,4 (68 %) 9,5 (71 %) 8,5 (68 %) 8,7 (68 %)

Figure 1.Températures de surface des vitres et indices de température dans le cas d’un vitrage avec croisillons en vinyle dans la lame d’air

12,1 (77 %) S/O 11,5 (76 %) 11,3 (75 %) 11,6 (76 %) 11,6 (76 %) 11,2 (75 %) 11,3 (75 %) 11,6 (76 %) 11,4 (75 %) 11,7 (76 %) 11,4 (75 %) 11,2 (75 %) 11,8 (76 %) 12,1 (77 %) 11,4 (75 %) 11,4 (75 %) 11,4 (75 %) 11,3 (75 %) 12,1 (77 %)

Figure 2.Températures de surface des vitres et indices de température dans le cas d’un vitrage de référence sans croisillons dans la lame d’air

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3

Tableau 2.Résultats des essais visant à déterminer la valeur R

d égagem en t su bséqu en t d e p rod u its volatils, qu i form en t d es d ép ôts ch im iqu es d an s les vitrages isolan ts. Cet essai a été effectu é con form ém en t au m od e op ératoire d écrit d an s la n orm e CAN/ CGSB 12.8 (ONGC 1990)3_.

Pou r ch acu n e d es 18 con -figu ration s d e V.I., trois vitrages on t été testés. Dan s d eu x cas, l’u n e d es feu illes d e verre était revêtu e d ’u n e cou ch e à faible ém issivité, tan d is qu e d an s le troisièm e – celu i d u vitrage d e référen ce – les d eu x vitres étaien t en verre clair. Lors d e l’essai, les vitrages on t été exp osés p en d an t sep t jou rs au rayon n em en t u ltraviolet p rod u it p ar u n e lam p e solaire stan d ard ayan t u n e p u issan ce m in im u m d e 0,4 m W/ cm2 _–

m esu rée à l’aid e d ’u n vérificateu r d e lam p e solaire, à u n e d istan ce d e 300 m m (voir figu re 3). Les vitrages on t été m on tés d an s u n coffre m u n i d ’u n e lam p e solaire et d e « p lateform es th erm iqu es ». Lorsqu e le rayon n em en t u ltraviolet est ap p liqu é, les m atières volatiles s’évap oren t puis se con-densent sous les plateformes. (Lors d e l’essai, les p lateform es th erm iqu es on t été p lacées su r la vitre revêtu e d ’u n en d u it à faible ém issivité (d an s le cas d ’u n vitrage) et su r la feu ille en verre clair d u secon d vitrage faiblem en t ém issif. Le bu t était d e d éterm in er l’in flu en ce d e la cou ch e à faible ém issivité su r la d étection d es d ép ôts volatils.)

Ap rès avoir exp osé ain si les vitrages, on les a p lacés ch acu n à leu r tou r d an s u n coffre d’observation et on les a examinés pour déceler les d ép ôts ch im iqu es éven tu els. En p ratiqu e, u n V.I. est ju gé n e p as satisfaire à l’essai d ’em bu age n orm alisé lorsqu e le resp on sable, regard an t l’objet d e face, observe d es d ép ôts h u ileu x ou d es traces d e bu ée su r la su rface d u verre. Qu an d on les regard e d e face, la p lu p art d es V.I. satisfon t à l’essai. Lors d es essais effectu és p ar l’IRC, les vitrages on t été observés d e face et d e biais. La p lu p art d es vitrages, observés d e face, n e p résen taien t p as d e traces d e d ép ôts, ce qu i n ’était p as le cas, bien sou -ven t, lorsqu ’on les regard ait d e biais, car la réflexion et/ou réfraction de la lumière à travers u n e p ellicu le ren d celle-ci p lu s visible.

Dan s le cas où u n e p lateform e th erm iqu e a été p lacée su r la vitre faiblem en t ém issive, d es m atières volatiles on t été observées sou s la p rem ière (sign e d e m an qu e d ’étan ch éité d u vitrage). Les vitrages d e référen ce (san s revêtem en t) n ’on t p as p résen té d e sign es d e bu ée. L’en d u it à faible ém issivité accroît la visibilité d es d ép ôts ch im iqu es. Cela est attribuable à la surface relativement rugueuse d e ce revêtem en t (au n iveau m icroscop iqu e), p ar rap p ort à celle d u « float glass ». Si les d ép ôts son t p lu s p etits qu e les creu x d u revêtem en t à faible ém issivité, ils s’y logen t gén éralem en t et d evien n en t p lu s visibles.

Description du vitrage Concentration Valeur R Écart (en %) par en argon m2_{• K/W} _{rapport au vitrage}

(%) de référence

Lam e d ’air, san s croisillon s (éch an tillon d e référen ce) s/ o 0,41 s/ o Lam e d ’air, croisillon s en alu m in iu m blan c (3 x 3)* s/ o 0,38 –7,3 Lam e d ’argon , croisillon s en alu m in iu m blan c (3 x 3) 86,0 0,43 –2,3 Lam e d ’air, croisillon s en vin yle blan c (3 x 3) s/ o 0,38 –7,3 Lam e d ’argon , croisillon s en vin yle blan c (3 x 3) 92,1 0,42 –4,5

Lam e d ’argon , san s croisillon s (éch an tillon d e référen ce) 83,6 0,44 7,3 par rapport à lame d’air

Les n orm es can ad ien n e et am éricain e p ortan t su r la d u rabilité d es V.I. p res-criven t tou tes d eu x u n essai visan t à évalu er la d égrad ation d es m atières organ iqu es con ten u es d an s ces vitrages, sou s l’effet d u rayon n em en t U.V. Il y a tou tefois d es d ifféren ces : la n orm e am éricain e in d iqu e qu ’il fau t regard er le vitrage d e biais m ais le d élai d ’exp osition au x rayon s U.V. est m oin s lon g qu e d an s la n orm e can ad ien n e).

Figure 3.Coffre d’exposition utilisé lors de l’essai volatil (d’embuage)

Ventilateur Autotransformateur pour ventilateur Autotransformateur pour lampe Écoulement d'air Thermocouple (Tc) Vitrage isolant 350 x 500 mm

Lampe solaire G.E. RS 275 W 250 mm 550 mm Température de l'eau de refroidissement déterminée à cet endroit Tc Tc Tc Arrivée d'eau Retour d'eau Ouverture de 70 mm Prise femelle de la lampe

Coffre de contreplaqué doublé en papier d'aluminium Plateformes thermiques de 150 mm de diamètre – 2 nécessaires

* Croisillons 3 x 3 : signifie que le vitrage est divisé en trois sections verticalement et en trois sections horizontalement au moyen de deux montants et de deux traverses (voir la figure 1).

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Dégradation des matières organiques exposées au rayonnement U.V.

On sait d ep u is d es an n ées qu e les m atières organ iqu es se d égrad en t sou s l’effet d es rayon s ultraviolets. Il se peut que les V.I. ne satisfassent p as à l’essai d ’em bu age, qu ’il y ait ou n on d es croisillon s d an s la lam e d ’air. Cela est d û au fait qu e la p lu p art d es p rod u its d ’étan ch éité cou ran ts ou d ’au tres élém en ts d e ces vitrages com p orten t d es m atières organ iqu es. Les croisillon s con stitu en t u n e au tre sou rce d e su bstan ces volatiles qu i p eu ven t cau ser u n e p erte d ’étan ch éité. Il est p eu p robable qu e les p ein tu res u tilisées en u sin e p ou r laqu er ou an od iser les barres d ’alu m in iu m p osen t d es p roblèm es, m ais il p ou rrait en su rven ir si on se sert d e p ein tu re d e retou ch e p ou r rép arer les d éfau ts ou éclats d e la cou ch e an od isée.

Les croisillon s en m ou sse d e silicon e fon t excep tion à la règle : au cu n p roblèm e n ’a été d écelé à leu r su jet. Dan s le cas d es croisillon s en m étal, l’u n e d es étap es d e fabrication est la coupe, qui exige habituellement l’utilisation de lu brifian ts et d e liqu id es d e refroid issem en t. Il p eu t en résu lter l’in trod u ction d ’h u ile d an s le V.I. Cela arrive sou ven t, en p articu lier lorsqu e les croisillon s n e son t p as bien lavés ap rès la cou p e. La p résen ce d ’h u ile d an s les V.I. p eu t au ssi être attribu able au fait qu e les feu illes d e verre ou au tres con stitu an ts on t été m an ip u lés avec d es gan ts ou p ar d es m ain s con tam in és.

Il fau d rait effectu er d ’au tres rech erch es p ou r d éterm in er p ou rqu oi m êm e d es V.I. san s croisillon s p eu ven t n e p as satisfaire à l’essai d ’em bu age. Il se p eu t qu e cela soit d û au x p rod u its ou systèm es d ’étan ch éité, au x déshydratants ou à une combinaison de ceux-ci.

Consé que nc e s pour l’indust rie

La p résen ce d e croisillon s d an s u n V.I. a d es effets marqués sur la température de surface de la vitre intérieure et sur l’indice de température d u vitrage. L’abaissem en t d e la tem p ératu re d e surface de la vitre qui se trouve du côté chaud, d an s la zon e ad jacen te au x croisillon s, y d im in u e la résistan ce à la con d en sation . (Les croisillon s réd u isen t l’esp ace en tre les vitres et y accroissent la vitesse de l’air, ce qui augmente le coefficien t th erm iqu e et abaisse la tem -pérature de surface de la vitre.) Cependant, ces d im in u tion s son t faibles et il serait su rp ren an t qu e les p rop riétaires d e m aison s con staten t u n e d ifféren ce d an s leu rs n otes d e ch au ffage.

Il se p eu t qu e l’em bu age soit u n e p lu s gran d e sou rce d e p réoccu p ation . La p lu p art d es p rop riétaires d e m aison s rem arqu eron t la bu ée d an s les vitrages, car ils regard en t p ar les fen êtres sou s d ifféren ts an gles. Ils

croiron t p eu t-être qu e la bu ée est d u e à u n p roblèm e d e con d en sation en tre les vitres, lu i-m êm e attribu able au m an qu e d ’étan ch éité d e la lam e d ’air. En atten d an t les résu ltats d e rech erch es p lu s p ou ssées, les arch itectes, con stru cteu rs ou rén ovateu rs d evraien t bien y réfléch ir avan t d ’op ter p ou r d es V.I. avec croisillon s, car ceu x-ci con stitu en t u n e au tre sou rce d e m atières volatiles qu i p eu ven t com p rom ettre l’asp ect esth étiqu e d es fen êtres.

Il est p ossible d ’obten ir le m êm e effet qu e celu i p rod u it p ar les croisillon s en p osan t d es grilles d e bois d u côté in térieu r d es fen êtres. Ces grilles p eu ven t être m ain ten u es p ar u n bâti solid e gou p illé ferm em en t su r le ch âssis. Dan s ce cas, il va d e soi qu e la fen être est p lu s d ifficile à n ettoyer d u côté in térieu r.

Ré sum é

Des essais réalisés p ar l’IRC su r d es vitrages isolan ts avec croisillon s d an s la lam e d ’air on t fait ressortir d es p roblèm es d e p erform an ce p réoccu p an ts, p ar exem p le la réd u ction d e la valeu r R et d e la tem p ératu re d e su rface d e la vitre in térieu re, et d on c la d im in u tion d e la résistan ce à la con d en sation d an s le voisin age d es croisillon s. Au tre p roblèm e m is en évi-d en ce : la form ation évi-d e bu ée en tre les vitres, cau sée p ar le d égagem en t d e m atières organ iqu es volatiles p ar les croisillon s, sou s l’effet d u rayon n em en t u ltraviolet.

Ré fé re nc e s

1. Elm ah d y, A.H. Th erm al Ch aracteristics an d Du rability of Sealed In su latin g Glass Un its In corp oratin g Mu n tin Bars Un d er Ultraviolet Exposure. ASHRAE Transactions 1998, vol. 104, partie 1, American Society of Heatin g, Refrigeratin g an d Air-Con d ition in g En gin eers, Atlan ta, GA, 1998, 8 p .

2. Brow n , W.C. La con d en sation d an s les fen êtres d es bâtim en ts h istoriqu es à vocation m od ifiée. Solu tion con stru ctive no5, In stitu t d e rech erch e en con stru ction , Con seil n ation al d e rech erch es d u

Can ad a, 1997, 4 p .

3. CAN/ CGSB-12.8 (ONGC 1990), Pan n eau x isolan ts en verre, Office d es n orm es gén érales d u Can ad a, Ottaw a, 1990. A .H. Elm a hd y,Ph .D., est agen t d e rech erch e su p érieu r au sein d u p rogram m e En velop p e et stru ctu re d u bâtim en t, à l’In stitu t d e rech erch e en con stru ction d u Con seil n ation al d e rech erch es.

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Con seil n ation al d e rech erch es d u Can ad a Décem bre 1999