11-4 - Choix des fenêtres en maison passive (V2016)

Le sommaire des infos et concepts des maisons passives

Établir un bilan thermique consiste à déterminer le plus exactement possible, lors de la conception, par des calculs thermiques adaptés, les besoins de chauffage et de climatisation d’une construction en fonction de ses propres caractéristiques et de son contexte, dans le but d'assurer une situation permanente de confort tout en respectant la réglementation et les concepts à mettre en œuvre, RT2012 obligatoirement et passif éventuellement.

Pour rappel, les échanges de chaleur sont dus aux phénomènes de transmission thermique au travers des parois et des ponts thermiques ainsi qu'au renouvellement de l'air. Le principal facteur des transferts de chaleur est la conductivité des parois qui provoque inopportunément des déperditions en hiver et des apports en été. Les autres apports de chaleur résultent, pour une très grande partie variable, du passage des rayons du soleil au travers des vitrages et, pour la partie résiduelle mais assez constante, de l'occupation des locaux toute l'année. En hiver, pratiquement partout en France, les pertes sont supérieures aux gains et le recours au chauffage est indispensable. En été, les apports externes peuvent être généralement suffisamment limités pour que le recours à la climatisation soit inutile. Améliorer le bilan thermique global annuel d'une construction consiste, en toute logique, à optimiser essentiellement le besoin de chauffage pendant la période hivernale grâce à la réduction drastique des pertes par conduction et à l'augmentation contrôlée des apports solaires.

Les déperditions par conduction sont optimisées lorsque les centimètres supplémentaires d'épaisseur des isolants ne font plus gagner que quelques Watt pour un surcoût qui devient prohibitif. Augmenter la puissance des apports solaires est alors incomparablement plus efficace et revient bien moins cher que le surdimensionnement des isolants au-delà de ces limites. Augmenter les apports implique, entre autres, d'agrandir la taille des vitrages bien exposés, si possible plein sud, sans ombrage hivernal. Le corollaire de cette nécessité est un accroissement simultané des déperditions par conduction au travers des fenêtres et un risque de surchauffe en été. La qualité thermique des fenêtres, de leur mise en œuvre et de leur intégration au projet est alors capitale pour que les apports solaires soient effectivement largement supérieurs aux déperditions pendant la période de chauffe. La qualité de leur intégration au projet doit, au contraire mais simultanément, limiter fortement les apports solaires malvenus en été, en créant suffisamment d'ombrage supplémentaire spécifique à cette période.


Les bilans thermiques des menuiseries

S'assurer du choix correct d'une fenêtre et de son intégration à un projet nécessite la prise en compte de nombreux paramètres dont les interactions sont forcément multiples et parfois opposées. Les résultats des calculs thermiques peuvent varier dans d’énormes proportions en fonction :
  • des caractéristiques spécifiques de chaque menuiserie,
  • de leur mise en œuvre dans les parois qui les supportent,
  • de leur intégration dans le projet,
  • du climat dans lequel le projet est réalisé.

Les caractéristiques spécifiques

Les caractéristiques spécifiques des fenêtres sont celles qui découlent de leur propre conception :
  • de la forme de leurs profilés,
  • des largeurs de toutes les pièces constituant leurs dormants et leurs ouvrants éventuels
  • de leurs clairs de jour qui ne sont rien d'autre que la proportion entre les parties transparentes et les parties opaques
  • des choix des matériaux utilisés,
  • des déperditions par chaque partie du dormant et des ouvrants
  • des déperditions par les vitrages
  • des apports solaires par les vitrages
  • des déperditions par les espaceurs entre vitrages
  • de la qualité de leur fabrication
  • de l'étanchéité à l'air
Ces caractéristiques varient suivant les marques, les modèles de chaque marque et les variantes techniques de chaque modèle laissés au choix du concepteur du projet.


Les caractéristiques de mise en œuvre

Un même modèle de fenêtre peut être mis en œuvre de différentes manières, avec un bilan thermique qui évolue aussi en fonction :
  • de la méthode de pose, en applique extérieure, en applique intérieure ou en tunnel
  • des caractéristiques thermiques des matériaux sur ou dans lequel elles sont fixées
  • des produits de pose, notamment des joints d’étanchéité
  • des feuillures qui protègent éventuellement les dormants
  • des appuis de baie
  • des ombres portées par les tableaux, les trumeaux, les linteaux et les protections solaires éventuelles, en fonction de la conception de la manuiserie et de la profondeur de la fenêtre par rapport à la façade dans laquelle elle est posée


L’intégration au projet

En dehors du modèle et de la méthode d’intégration au bâti, le bilan thermique des fenêtres découle également et très fortement de la conception d’ensemble :
  • Orientation par rapport au nord
  • Inclinaison par rapport à la verticale
  • Dimensions des fenêtres
  • Forme et proportions
  • Protections solaires que sont les volets roulants, battants ou coulissants
  • Ombres propres du bâtiment
  • Ombres portées par les pare-soleil
  • Ombres portées par l’environnement proche


Le contexte physique

Enfin, si toutes les caractéristiques précédentes peuvent être contrôlées lors de la conception, ce n’est pas le cas de l’environnement lointain et du climat local qui ont pourtant un impact tout aussi important sur le bilan thermique des fenêtres. Ceux-là sont par contre subits en permanence sans pratiquement aucune solution pour les maîtriser hormis le fait de déplacer le projet pour bénéficier, par exemple, d'un climat plus clément ou d'ombrages moins importants.


La certification des fenêtres

La certification des fenêtres est un atout important pour s’assurer de leurs qualités intrinsèques réelles. Gage de qualité certain, ce sésame que représente la certification Passivhaus n’est toutefois pas obligatoire puisque le label Passivhaus n’impose aucune obligation de moyen. Elle n’est d’ailleurs pas suffisante puisqu’un ensemble de produits de qualité, même certifiés, ne fait pas forcément une construction réellement passive, même si c’est plus facile dans ce cas. Ce sont les calculs thermiques PHPP qui détermineront si les fenêtres retenues, qu’elles soient labellisées ou non, ont effectivement un niveau de performance suffisant pour que la construction atteigne le niveau passif en symbiose avec les autres caractéristiques du projet qui impactent leur propre bilan ainsi que celles des autres composants de la construction dans le cadre d’une conception globale. Une maison passive doit être conçue comme un ensemble cohérent et non comme un assemblage de produits hétéroclites de qualité diverse dont certains seraient labellisés.

Le nombre de paramètres spécifiques est très important et les conséquences des variations de certains sont considérables. Même les bilans de modèles labellisés peuvent être très différents. Ils dépendent entre autres de la conception des profils des dormants et ouvrants. Pour refléter ces écarts, les fenêtres certifiées Passivhaus sont réparties en trois classes d'efficience qui sont fonction des déperditions au travers de ces éléments. La meilleure est PHa et la moins bonne PHc. Il faut remarquer que même au niveau le plus bas, les fenêtres labellisées sont de bien meilleure qualité thermique que la très grande majorité de celles qui ne le sont pas et qui sont le lot de la plupart des constructions RT2012.

Les meilleures fenêtres certifiées comportent des dormants isolés, cachés et protégés par des feuillures isolantes. Celles qui permettent d’obtenir les besoins de chauffage les plus bas ont également des ouvrants cachés avec pour conséquence des clairs de jours bien plus grands que ceux de fenêtres classiques et des apports solaires largement supérieurs qui améliorent largement les bilans thermiques malgré l’augmentation collatérale des déperditions.

Une information technique ne peut être considérée vraie que si elle est prouvée. Elle peut être factuelle, résulter d’un constat, de mesures et parfois d’un retour d’expérience, ou plus théorique, mais justifiée par les données et règles de la physique. Les informations techniques qui concernent les fenêtres et leurs vitrages doivent, comme pour tout autre matériel ou matériau, être justifiées par des organismes extérieurs au fabricant. Les labels garantissent cette démarche.


Adéquation entre fenêtres, vitrage et projet

Le principe de compensation des maisons passives labellisées Passivhaus, notamment défini dans l’article « Les composants des maisons passives », permet de choisir les fenêtres les mieux adaptées à chaque projet. La qualité trop faible d’un composant, les murs par exemple, pourra être compensée, au moins en partie, par la qualité des fenêtres. Inversement, une meilleure qualité de certains composants permettra de choisir des fenêtres moins performantes, mais probablement moins chères. Le principe de compensation s’applique au sein même des fenêtres puisque, par exemple, un mauvais coefficient de déperdition pourra être compensé par un bon facteur solaire ou un procédé de mise en œuvre particulièrement efficace. Enfin, utiliser des fenêtres d’excellentes qualités intrinsèques, garanties par le label Passivhaus, sous-entend qu’il est possible d’en bénéficier. Rien ne sert de recourir à des fenêtres avec un excellent facteur solaire si elles sont mal orientées ou ombragées. Rien ne sert de prévoir d’excellentes fenêtres si leur mise en œuvre n’est pas à la hauteur et annule le bénéfice thermique résultant de leur propre qualité. Rien ne sert donc de prévoir des fenêtres labellisées si leur mise en œuvre ou les caractéristiques qui résultent de leur implantation dans le projet sont défaillantes.

Le choix d’un modèle de fenêtres ne peut être fait qu’en parallèle avec son vitrage dans le cadre d’une conception globale et de l'offre du fabricant. La qualité des vitrages doit être du même niveau que celle de la fenêtre parce que rien ne sert de prévoir des fenêtres très efficaces et forcément chères si leurs performances sont en grande partie perdues du fait de vitrages trop peu performants ou inadaptés. Les informations concernant les vitrages sont dans les articles "Les bilans thermiques des vitrages" et « Comment choisir un vitrage ? »

Le nombre cumulé de toutes les caractéristiques spécifiques des fenêtres, de celles relevant de leur mise en œuvre et de leur intégration au projet ainsi que celles relevant de leur contexte est très important et va bien au-delà de celles de n'importe quelle paroi. Le défaut d'une seule caractéristique peut être rédhibitoire comme c'est, par exemple, le cas d'un mauvais coefficient de transmission thermique, d'un facteur solaire bien trop faible, d'un clair de jour insuffisant ou encore d'un ombrage trop important en hiver. Ces défauts peuvent chacun affaiblir considérablement le bilan thermique d'une menuiserie et même l'inverser en réduisant bien trop fortement ses apports. Leur cumul ne permettrait vraisemblablement pas d'atteindre le niveau de performance requis pour le bâtiment et le budget des menuiseries performantes serait dépensé inutilement.

Les défauts de certaines caractéristiques des fenêtres,
de leur mise en œuvre ou de leur intégration dans un projet
peuvent ruiner et même inverser leur bilan thermiqu
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Les choix de tous les paramètres qui entrent en jeu, avec les interactions parfois opposées qu'ils provoquent, ne pourront être réalisés que grâce aux calculs thermiques.

Les fenêtres peuvent amener plus de chaleur qu'elles n'en perdent,
mais l'inverse peut aussi être vr
ai


Comment choisir définitivement une fenêtre

Les déperditions de chaleur par les menuiseries peuvent varier du simple au double. Les menuiseries dont les déperditions par conduction sont les plus faibles sont en PVC, PVC aluminium ou bois aluminium. Les menuiseries en aluminium ou en bois seul ont en général des performances nettement trop faibles.

Les facteurs solaires des vitrages peuvent également varier du simple au double. Ceux qui sont les plus bas sont destinés à se protéger du soleil. Les plus hauts sont, au contraire, destinés à laisser passer sa chaleur. Ce dernier type de vitrage, avec les protections solaires estivales qui vont de pair, est indispensable au chauffage des maisons passives puisque …

Dans les maisons passives,
les fenêtres sont les radiateurs qu'elles n'ont pas par ailleurs

Certaines menuiseries labellisées Passivhaus, particulièrement adaptées aux maisons passives, avec un dormant protégé par des feuillures isolantes, des ouvrants cachés et d'excellents facteurs solaires, sont jusqu'à quatre fois plus efficaces que les menuiseries généralement utilisées pour les constructions seulement RT2012 du fait de leurs très faibles déperditions couplées à des apports solaires maximum quand elles sont bien exposées évidemment.

Les fenêtres et portes-fenêtres bénéficient d'un classement AEV qui caractérise leur étanchéité à l'Air, à l'Eau et leur résistance à la pression et à la déformation face au Vent. Les menuiseries choisies doivent avoir une étanchéité maximale à l'air et être classées en catégorie A*4 pour limiter les fuites qui ne permettraient pas de respecter le critère d'étanchéité des maisons passives défini dans l'article "Les critères du concept Maison passive". Les baies équipées de joint non compressés, notamment les coulissants classiques, sont à proscrire. Les levants-coulissants ou les coulissants à frappe peuvent être utilisés à leur place.

Comme indiqué dans l'article "Comment choisir un vitrage", dans les maisons passives installées dans les climats français les plus chauds, les doubles vitrages peuvent être utilisés mais, partout ailleurs, les triples vitrages sont de rigueur. Cette simple règle associée informations précédentes de ce paragraphe donne un premier aperçu du niveau de performance des menuiseries qu'il est possible d'obtenir et de retenir, mais, dans tous les cas…

Les choix définitifs des fenêtres des maisons passives
ne peuvent être confirmés que
par les calculs thermiques spécifiques aux constructions de ce type


Où trouver des menuiseries adaptées :

Quelques adresses de sites de fenêtres adaptées aux maisons passives fabriquées ou distribuées en France sont indiquées dans l’article « Les menuiseries adaptées aux maisons passives (V2015) » disponible à la rubrique Infos pratiques > Composants de ce site.


En résumé :

  • Le nombre des caractéristiques des menuiseries est très important. Le défaut d'une seule peut ruiner la qualité des autres.
  • Le contexte d'une menuiserie peut annuler ses propres qualités
  • Le Label Passivhaus garantit la qualité d'une menuiserie
  • Même dans une maison passive labellisée Passivhaus, choisir des fenêtres labellisées Passivhaus n’est pas une obligation
  • Les fenêtres labellisées Passivhaus sont généralement plus performantes que celles qui ne le sont pas
  • A vitrage identique, les fenêtres sont d’autant plus performantes que leur structure est isolée et leur clair de jour est grand

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