Les menuiseries dans une maison passive

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Les menuiseries extérieurs : le composant principal d'une maison passive

Les menuiseries extérieures sont un élément fondamental de la conception et surtout la réalisation d’une maison passive. Nous allons voir ici comment les positionner, comment les sélectionner et surtout l’importance de la pose.

1 - Les menuiseries : un élément fondamental de la conception bioclimatique

Le premier principe de la conception d’une maison passive est l’analyse bioclimatique, c’est à dire de l’environnement de la maison : évidemment le climat, mais aussi l’orientation sur le terrain, les masques solaires proches et lointains (arbres, autres maisons, montagnes), les vents dominants, etc. Cette analyse a pour objectif principal de définir la taille et la position des menuiseries, l’élément architectural qui représente à la fois les plus grandes pertes thermiques et le plus gros apport calorifique.

En effet : une menuiserie est un trou dans l’enveloppe de la maison car ses performances thermiques sont très en deçà de celles des parois opaques. Les meilleurs menuiseries ont une conductivité thermique de l’ordre de 0,8 W/m².K alors que les parois opaques ont une conductivité minimum de 0,15 W/m².K, c’est à dire qu’il passe environ 5 fois plus de chaleur à travers les meilleures menuiserie qu’à travers un mur ou un plafond.

Mais par ailleurs les menuiseries ont l’avantage d’être transparentes, ce qui permet aux rayons du soleil de pénétrer à l’intérieur de la maison, de réchauffer l’air et les parois, donc de se comporter comme un moyen de chauffage. C’est donc à l’aide des menuiseries qu’une maison passive se chauffe.

En effet, un vitrage orienté plein sud peut générer jusqu’à 4 fois plus d’énergie qu’il va en perdre. Leur surface et leur orientation sont donc primordiales dans la conception.

Dans le cas idéal, on les place majoritairement au sud (70% de leur surface), 10 à 15% à l’est pour profiter du soleil levant et 10 à 15% à l’ouest pour le soleil couchant. Les ouvertures au nord sont à éviter si possible. Mais attention, ce n’est pas parce que votre terrain n’est pas idéal que la conception d’une maison passive est impossible : il faudra adapter les autres composants pour pallier ce défaut, par exemple quelques ouvertures au nord peuvent être compensées par plus d’ouverture au sud ou une meilleure isolation en toiture.

On comprend donc mieux l’intérêt d’une conception architecturale intégrant dès l’origine ces contraintes et donc l’importance d’un architecte formé. Il n’y a rien de pire que quelqu’un qui vient me voir avec un projet déjà conçu et demandant le surcoût pour être passif : si c’était si simple, ça se saurait.

2 - Les menuiseries : pas de compromis sur leur performance

Contrairement aux apparences, les menuiseries sont des éléments très techniques : Il faut à la fois qu’elles résistent aux éléments, qu’elles soient étanches à l’eau et à l’air, qu’elles s’ouvrent pour certaines, qu’elles soient thermiquement optimisées et qu’elles laissent correctement passer les rayons du soleil.

Pour caractériser une menuiserie, il y a des grandeurs physiques mais aussi des éléments qualitatifs

Les grandeurs physiques concernent le châssis et son vitrage.

Le chassis à une conductivité thermique le Uf ou U frame : c’est la quantité de chaleur qui passe par le châssis (c’est à dire la partie non vitrée), et s’exprime comme d'habitude en W/m².K (c’est à dire combien de W passe par m² de châssis pour 1 K d’écart entre l’intérieur et l’extérieur. Pour une bonne menuiserie cette valeur évolue entre 0,6 et 1 W/m².K en fonction si c’est un dormant fixe ou d’ouvrant, une traverse intermédiaire ou une pièce d’appui.

Le vitrage a deux grandeurs caractéristiques : sa conductivité thermique: le Ug ou U Glass en W/m².K, et le g : facteur de transmission lumineuse, c’est à dire le pourcentage du rayonnement solaire qu’il transmet à l’intérieur. Le reste du rayonnement est réfléchi vers l’extérieur.

Il est important de comprendre que ces deux valeurs fonctionnent ensembles car augmenter la performance thermique se paye souvent par la diminution du facteur solaire : Pendant très longtemps on a conseillé de ne mettre du triple vitrage qu’au nord, car ce troisième vitrage dégradait fortement l’apport solaire. Heureusement l’industrie du vitrage a fait d’énormes progrès ces dernières années dans la transmission lumineuse. On peut donc mettre du triple vitrage partout tout en ayant de bon apports solaires mais il peut être pertinent de différencier les vitrages en fonction de l’orientation : par exemple mettre un triple vitrage qui privilégie l’apport solaire au sud et un vitrage qui privilégie la performance thermique sur les autres orientations notamment au nord. On peut diminuer de quelques pourcents les besoins de chauffage avec cette optimisation.

Donc on a des châssis performants et des vitrages optimisés. Il faut aussi s’intéresser au pont thermique linéique de contact entre les châssis et les vitrages. Il représente les déperditions dues au changement de matériaux. Cette grandeur s’appelle le g et est exprimée en W/m.K. Une bonne valeur est de l’ordre de 0,02 W/m.K

Donc ces trois valeurs : Uf, Ug, et gdonnent le Uw ou U Window, c'est-à-dire l’énergie qui passe par 1 m² de fenêtre. Cette valeur doit être inférieure à 0,8 W/m².K pour une fenêtre standardisée de 123x148 à 1 ouvrant

Mais ces grandeurs ne suffisent pas pour qualifier une menuiserie : un élément principal est l’étanchéité à l’air des joints de menuiserie. Elle se mesure par des tests sous dépression de 100Pa et doit être inférieure à 0,25m3/h.m pour être considéré comme un composant passif

Enfin ces caractéristiques doivent rester constantes dans le temps et ne pas se dégrader. On touche alors à la qualité de la menuiserie, c’est pourquoi il est important de connaître le plus précisément possible le nombre et la qualité des éléments qui composent la menuiserie comme les joints.

On comprend mieux l’importance de s’appuyer sur des composants certifiés par le PHI : Ces éléments ont été mesurés et certifiés et garantissent ainsi le minimum de qualité nécessaire.

3 - Les menuiseries : une conception et réalisation de pose parfaite

Pour terminer, il reste un élément important à considérer : la qualité du système de pose, c’est à dire les ponts thermiques générés par la pose des menuiseries dans les murs. Un mauvais système de pose peut diminuer grandement les performances de la menuiserie et ainsi gâcher une partie du surcoût généré par cette qualité:

Il est donc nécessaire d’être très pointilleux sur la conception pour minimiser les ponts thermiques et les fuites d’air mais surtout irréprochable sur la mise en oeuvre.

Ça commence par les matériaux de la menuiserie. On comprend qu’une menuiserie en bois/aluminium avec peu de dormant visible ou une menuiserie tout alu n'auront pas les mêmes performances. Dans le premier cas, on pourra rapporter un isolant devant le dormant, minimisant voire supprimant le pont thermique avec un système de pose esthétique qui fera disparaître en grande partie les dormants.

Pour la mise en oeuvre il faut prévoir un système de pose facilitant la réalisation d’une étanchéité à l’air et à l’eau lors de la phase chantier.

4 - Quels type de menuiserie privilégier

L’architecture contemporaine à mis en avant un élément de menuiserie qui s’avère être un vrai casse-tête dans une conception passive : la baie vitrée coulissante!

On la trouve partout dans la maison : la cuisine, le salon, les chambres. L’arrivée de l’aluminium et du PVC a permis de la démocratiser et abaissant sensiblement les coûts de fabrication et le poids des coulissants par rapport au bois.

Hors il n’est pas possible de réaliser des coulissants avec une étanchéité à l’air satisfaisante, notamment à cause des balais d’étanchéité.

Est-ce que ça signifie que le coulissant est à bannir en construction passive?

Oui et non.

Quels sont les avantages des coulissants : 

1 - Ils sont larges et hauts, donc d’une grande surface et donnent donc une vue importante sur l’extérieur. On ouvre souvent qu’un seul vantail (le mieux positionné dans la circulation) et de la largeur nécessaire pour passer. Ils peuvent donc être remplacés par un large fixe couplé à un petit ouvrant.

2 - Ils permettent de ne pas être encombrés à l’intérieur par l’ouvrant. Ce désagrément est assez minime et peut facilement être résolu avec l’architecte

3 - Enfin ils permettent un large passage vers l’extérieur pour connecter le salon avec une terrasse par exemple.

Pour ce dernier point, la seule solution est de partir avec des menuiseries coulissantes d’une autre typer : les levants coulissants : ils coulissent puis viennent se plaquer contre le dormant à la fermeture, utilisant ainsi des joints à compression (très étanches à l’air) au lieu de balais. Ces menuiseries peuvent être performantes et compatibles avec une construction passive mais elles sont sensiblement plus chères. Il faut donc les limiter à un usage bien précis et non pas les multiplier sans nécessités et là encore l’architecte pourra aider à cette optimisation.

En conclusion : 

Les menuiseries extérieures sont un élément fondamental d’une conception réussie : que ce soit leur performance propre, leur orientation, leur surface, leur type, leur prix et enfin le système de pose, tous ces éléments sont à optimiser en même temps et de nombreux arbitrages seront à faire.

Vous comprenez que ce composant va représenter un des plus gros investissements de votre maison passive. Il est donc à choisir soigneusement sans négliger aucun des aspects que nous venons de voir.