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Digeste de la construction au Canada, 1961-12
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Condensation entre les vitres des doubles-fenêtres
Digeste de la Construction au Canada
Division des recherches en construction, Conseil national de
recherches Canada
CBD 5F
Condensation entre les vitres des
doubles-fenêtres
Publié à l'origine en décembre 1961 A. G. Wilson
Veuillez noter
Cette publication fait partie d'une série qui a cessé de paraître et qui est archivée en tant que référence historique. Pour savoir si l'information contenue est toujours applicable aux pratiques de construction actuelles, les lecteurs doivent prendre conseil auprès d'experts techniques et juridiques.
Tout le monde sait que les doubles-fenêtres sont très utiles pour réduire la transmission de la chaleur au travers des vitres et pour permettre d'avoir en hiver dans les maisons de plus fortes humidités relatives sans condensation à la surface intérieure des vitres que ne le permettent les fenêtres simples. La condensation qui se produit sur la surface intérieure de la double vitre extérieure se produit avec la plupart des doubles-fenêtres dans certaines conditions. Les fenêtres équipées de doubles vitres scellées à l'usine constituent peut-être une exception mais elles peuvent donner tout de même lieu à des problèmes comme on le verra plus loin. On admet généralement qu'il est inévitable d'avoir une petite quantité de condensation sur les vitres extérieures des doubles-fenêtres non-scellées. Il y a lieu cependant de s'inquiéter lorsque la condensation commence à boucher sérieusement la vue extérieure pendant de longues périodes ou lorsque la condensation déborde et endommage les matériaux situés aux abords des fenêtres.
La condensation se produit sur la surface intérieure de la vitre extérieure lorsque la
température de cette surface en n'importe quel point est inférieure à la température du point de rosée du cubage d'air. La température de surface de la vitre extérieure est toujours supérieure au point de rosée de l'extérieur et généralement inférieure au point de rosée de l'intérieur des maisons dans les conditions de chauffage de l'hiver. Le point de rosée du cubage d'air doit être situé entre le point de rosée de la maison et le point de rosée extérieur en un niveau tel que les pertes et les gains d'humidité se contrebalancent. Il s'ensuit que lorsqu'on veut une fenêtre sans condensation dans certaines conditions on doit tenir compte des facteurs qui jouent sur le passage de l'humidité entre les vitres et dans les deux sens.
Facteurs qui influent sur le passage de l'humidité
La vapeur d'eau peut pénétrer ou sortir des poches d'air situées entre les doubles-fenêtres par suite de deux forces. Elle peut pénétrer par les fissures et par certains matériaux dont les fenêtres sont faites au moyen d'une diffusion provenant d'une pression partielle de la vapeur
d'eau et elle est transportée par l'air qui s'infiltre dans les fissures des fenêtres par suite de différences de pressions totales.
Il serait possible de prouver que l'écoulement de la vapeur par diffusion n'est un facteur important dans la provocation ou dans l'empêchement de la condensation sur les fenêtres que lorsque les différentes pressions sont nulles ou presque nulles, à l'exception peut-être des fenêtres extrêmement bien ajustées. Dans la plupart des cas la transmission de la vapeur par écoulement de l'air est beaucoup plus importante que la transmission par diffusion et c'est pourquoi on peut ne pas tenir compte de la transmission par diffusion.
La condensation sur la vitre intérieure ne se produira probablement pas lorsque l'écoulement de l'air ira de l'extérieur à l'intérieur au travers de l'espace de la fenêtre étant donné que l'air extérieur possède un effet de déshumidification ce qui donnera lieu pour la poche d'air à un point de rosée très semblable au point de rosée extérieur. Par contre l'air qui se dirige de l'intérieur de la maison vers la poche d'air entre les vitres a un effet humidificateur ce qui donnera lieu à de la condensation à moins que des mesures préventives ne soient prises. On peut voir à la Fig. 1 les variations qui se produisent dans la pression de l'air aux différentes hauteurs d'une double-fenêtre assujettie à un gradient de température tandis que l'air s'écoule de l'intérieur vers l'extérieur de la maison. Les différences de pression que l'on voit du haut en bas et qui sont fortement exagérées pour mieux faire comprendre le phénomène sont la
conséquence des changements qui se produisent selon la pression de l'air et selon la hauteur et ils varient de l'intérieur à l'extérieur par suite de différences de températures.
La figure 1(a) représente les conditions de pression qui existent lorsque les résistances à l'écoulement de l'air autour des deux vitres sont égales. La pression de la poche d'air est à peu près à mi-chemin entre la pression intérieure et la pression extérieure tandis que l'air va de l'intérieur à l'extérieur par toutes les fissures. La figure 1 (b) représente la répartition des pressions lorsque la résistance à l'écoulement de l'air par les ouvertures situées aux abords de la vitre intérieure est beaucoup plus forte que la résistance à l'air qui traverse les ouvertures situées autour de la vitre extérieure, celle-ci étant bien répartie au-dessus et au-dessous de la mi-hauteur de la fenêtre. Dans ces conditions la pression au sommet de la poche d'air est plus forte que la pression à l'extérieur tandis que la pression au bas de la poche d'air est plus basse. Ainsi l'air provenant de l'extérieur peut pénétrer dans la poche d'air par les ouvertures
inférieures situées autour de la vitre extérieure bien qu'il y ait un écoulement général du bâtiment vers l'extérieur. Tous les excédents passent pas les ouvertures supérieures situées autour de la vitre extérieure par suite de différences de pressions créées par le tirage exercé entre la poche d'air et l'extérieur.
Figure 1 Répartition des pressions au travers de fenêtres double, l'air s'écoulant de l'intérieur vers l'extérieur.
On donne au Tableau 1 le rapport minimum de l'écoulement de l'air allant de l'extérieur à l'intérieur par rapport à la poche d'air de la fenêtre pour qu'il ne se produise pas de
condensation. Pour établir ces rapports on a assumé que la température du point de rosée de la pièce était égale à la température de la vitre intérieure tandis que celle du point de rosée de la poche d'air de la fenêtre était égale à la température de la vitre extérieure, l'humidité relative de l'air extérieur étant de 100 pour cent. La quantité de l'air allant de l'extérieur à la poche d'air doit être beaucoup plus grande que la quantité d'air en provenance du bâtiment si l'on veut éviter la condensation. Plus la température extérieure décroît plus il faut augmenter la proportion de l'air qui vient de l'extérieur.
Tableau 1. Rapport des écoulements de l'air en fonction de la poche d'air pour qu'il n'y ait pas de condensation
Température extérieure en °F
Taux minima d'écoulement de l'air de l'extérieur vers l'intérieur en fonction de la poche d'air 40 7 20 9 0 16 -20 25 -40 41
Il s'ensuit que la vitre intérieure doit être beaucoup plus ajustée que la vitre extérieure. Si la vitre intérieure n'est pas parfaitement étanche les ouvertures situées au-delà de la vitre extérieure doivent être placées à la partie supérieure et à la partie inférieure de la poche d'air entre les vitres afin de créer par tirage un mouvement d'air dans la poche d'air. Il sera souvent nécessaire de percer volontairement des trous entre la poche d'air et l'extérieur. La dimension
de ces trous dépendra de la différence de la pression totale de l'air d'un côté de la fenêtre à l'autre.
Différences de pressions totales de l'air
Plusieurs facteurs peuvent contribuer à la création de différences de pressions totales de l'air d'un côté de la fenêtre à l'autre. Le vent provoque un écoulement de l'air de l'extérieur vers l'intérieur dans le cas des murs "côté vent" et de l'intérieur vers l'extérieur dans le cas des murs "sous le vent". On a souvent remarqué que la condensation se produit entre les vitres des fenêtres situées "sous le vent" tandis que les vitres des fenêtres "côté vent" n'ont pas de condensation. On ne possède pas beaucoup de renseignements techniques actuellement sur les différences de pression qui se produisent autour des bâtiments par suite du vent. vent.
Le tirage de l'air produit par des différences de températures entre l'air qui se trouve dans un bâtiment et l'air extérieur est un autre facteur important qui contribue aux différences totales de pression d'un côté des fenêtres à l'autre. Par suite l'air tend à pénétrer dans un bâtiment par les ouvertures inférieures et à repartir par les ouvertures supérieures.
Si aucune autre force ne joue il existe une zone neutre où les pressions intérieures et extérieures sont égales. Malheureusement on ne possède pas de données suffisantes sur l'emplacement de ces zones neutres quoique les fenêtres situées au-dessus de ces zones soient plus susceptibles de porter de la condensation étant donné que l'air qui s'écoule du bâtiment vers l'extérieur ne se produit qu'au-dessus de cette zone. Dans les immeubles à plusieurs étages on a souvent l'occasion d'observer une condensation sévère sur les étages supérieurs tandis que les fenêtres des étages inférieurs restent limpides. Ce phénomène existe même dans les maisons à deux étages. Dans la pratique les différences de pressions qui se produisent entre les côtés des murs d'un bâtiment dépendent du vent et du tirage qui jouent ensemble ainsi que de l'effet de l'air fourni et des systèmes de sortie de l'air.
Ventilation nécessaire
On peut calculer la ventilation qui est nécessaire dans une double-fenêtre pour empêcher la condensation de s'y produire, en fonction de certaines valeurs de températures et d'humidités, à condition de connaître les caractéristiques des fuites d'air de la vitre intérieure et de la différence de pression calculée pour la fenêtre. Le choix de la bonne différence de pression calculée pour la fenêtre est un problème très important qui exige beaucoup de jugement fondé sur une expérience solide en matière de condensation sur les fenêtres. On peut mesurer les fuites d'air pour n'importe quelle différence de pression voulue. Les caractéristiques de fuites d'air des fenêtres sont souvent exprimées en termes d'écoulement de l'air par pied de fissure à une différence de pression de 0.3 pouce d'eau, la pression dynamique d'un vent soufflant à 25 milles à l'heure. Une double-fenêtre ayant 3 pieds de large et 2 pieds de haut dont les vitres ont une caractéristique de fuite ainsi calculée de 0.075 pcm par pied exige une ventilation équivalente à vingt trous de ¼ de pouce de diamètre au sommet et au bas du cadre de la vitre extérieure lorsque la différence de pression totale de la fenêtre est de 0.004 pouce d'eau. Cela s'applique à des conditions de 0°F et de 85 pour cent d'humidité relative à l'extérieur et de 70°F et de 25 pour cent d'humidité relative à l'intérieur. La même fenêtre a besoin de 60 trous de ce genre en haut et en bas du cadre pour une différence totale de pression de l'air de 0.014 pouce d'eau. Les différences de pression de 0.004 et 0.014 pouce d'eau correspondent à la différence de pression à laquelle on s'attend sur les fenêtres "sous le vent" lorsque le vent souffle de 5 à 10 milles à l'heure.
En ventilant vers l'extérieur de la poche d'air entre les vitres on abaissera la température de la poche d'air et des surfaces intérieures et on augmentera ainsi les pertes de chaleur. Pour les conditions de température et d'humidité mentionnées ci-dessus la ventilation nécessaire pour une différence de pression de 0.014 pouce d'eau a pour résultat une augmentation de la transmission de chaleur d'environ 2.5 pour cent pour une fenêtre ayant une caractéristique de perte d'air de 0.075 pcm par pied de fissure. L'augmentation est d'environ 16 pour cent pour une fenêtre ayant une caractéristique de perte d'air de 0.5 pcm par pied (différence de pression
0.3 pouce d'eau), ce qui est la valeur généralement acceptée comme maximum acceptable pour les fenêtres glissant verticalement ou horizontalement.
Il semble de bon aloi de venir à bout de la condensation en ventilant lorsque les châssis intérieurs ont de faibles taux de pertes d'air. Dans ce cas ni la zone de ventilation ni les pertes de chaleur ne sont excessives. Pour les vitres intérieures ayant des taux de pertes de 0.5 pcm par pied de fissure et plus la ventilation très importante qui est requise conduira à des augmentations correspondantes en pertes de chaleur et ne sera probablement pas acceptée comme moyen d'empêcher toute condensation entre les vitres.
Doubles vitres scellées
On s'efforce souvent de sceller deux vitres dans un même cadre de bois afin d'éviter l'emploi des doubles-fenêtres et de limiter le nombre des surfaces à nettoyer. Ces arrangements ne réussissent jamais car il est impossible d'obtenir une étanchéité complète avec le bois. Les changements qui se produisent dans les températures de la poche d'air produisent des différences de pression totale importantes entre la poche d'air et l'extérieur et l'air est amené à pénétrer sous l'effet de cette pression, même lorsque les interstices sont minuscules. Cette action de respiration durant les fluctuations normales de température est un mécanisme important pour faire entrer et sortir la vapeur d'eau de la poche d'air d'une double-fenêtre à demi-scellée, quoiqu'il ait un effet secondaire sur les fenêtres ayant des chassis intérieurs ou extérieurs qui s'enlèvent.
Un changement de température n'ayant que 50°F correspond à un changement de pression de presque 40 pouces d'eau dans un espace scellé. Les changements de pression qui se produisent lorsque la pluie tombe sur une fenêtre chaude bien scellée peuvent entraîner de l'eau dans l'espace situé entre les vitres, même si les interstices sont minuscules. Dans les cas extrêmes on verra même la poche d'air se remplir de plusieurs pouces d'eau. En tous cas la vapeur d'eau pénétrera dans la poche d'air par "respiration" et quelque condensation se produira par la suite sur la surface intérieure de la vitre extérieure. Le mouillage suivi d'un séchage amène à la surface l'alcali du verre lequel forme une pellicule trouble. Ce dépôt qui se produit souvent peut s'enlever facilement lorsque la vitre est accessible mais lors. que la vitre n'est pas accessible la situation est grave et la vue peut devenir si bouchée que la fenêtre devient inutilisable.
Deux ou trois fabricants ont mis sur le marché pendant quelques années des fenêtres à doubles vitres scellées à l'usine. Le succès de ces fenêtres et l'existence de nouveaux produits pour sceller les vitres ont encouragé un certain nombre d'autres fabricants canadiens à produire des fenêtres de ce genre. Pour que les vitres scellées à l'usine répondent à ce qu'on attend d'elles il faut que la poche d'air située entre les vitres soit hermétiquement close et que le point de rosée de cet espace d'air soit suffisamment bas pour que la condensation puisse se produire sur les surfaces de verre inaccessibles. Il est très difficile cependant de réaliser un scellage hermétique et il est encore plus difficile de conserver ce scellage en parfait état. Les changements de pression dus aux fluctuations de température et à la pression barométrique ont tendance à déformer le verre et à exercer des pressions sur la garniture de scellage. Cette garniture est donc assujettie à des variations de température et de pression ainsi qu'à la pluie et au soleil. Bien qu'elle soit parfaitement étanche au départ elle peut se désagréger après quelques années d'usage.
S'il existe des fuites ou si des fuites viennent à se faire jour le point de rosée de la poche d'air s'élèvera à une vitesse qui dépendra de la gravité des fuites et des conditions auxquelles la fenêtre sera exposée. Il arrivera de la sorte qu'un mouillage suivi d'un séchage se produira sur les surfaces inaccessibles par suite de la condensation et des dépôts d'alcali feront leur apparition. Dans les cas graves les poches d'air pourront même se remplir d'eau. Les agents de séchage placés initialement pour enlever l'humidité restée dans la poche d'air durant la fabrication de la fenêtre retarderont pendant quelque temps l'élévation du point de rosée dans la poche d'air mais ces agents ne pourront pas venir à bout des fuites graves. C'est pourquoi la durée d'utilisation de ces fenêtres est limitée par le temps que prendra la garniture de scellage pour se désagréger et pour que se forment des dépôts intolérables sur les surfaces de verre inaccessibles.
On a fortement besoin de faire des essais de laboratoire accélérés afin de déterminer la durée probable des garnitures de scellage actuellement fabriquées. Ces essais sont présentement mis au point mais comme tous les essais accélérés ils doivent être éventuellement mis en corrélation avec les résultats que seul le temps pourra permettre d'avoir. En attendant il est nécessaire de rechercher des preuves de qualité et de performance satisfaisantes sans perdre de vue les difficultés qui pourront se produire.
