Coefficient U du double vitrage

Coefficient de transmission thermique U d’un matériau

Pour bien comprendre comment est évaluée l’efficacité d’une fenêtre en terme d’isolation, il faut d’abord s’intéresser à ce qu’est le coefficient de transmission thermique des matériaux.

Imaginons deux volumes de températures différentes, séparés par une surface du matériau étudié. Le transfert d’énergie thermique (en watts) qui s’effectue entre les deux volumes à travers la surface va dépendre de sa taille en mètres carrés, de la différence entre les températures en degrés Kelvin des deux milieux, et d’un coefficient propre au matériau, que l’on appelle donc coefficient de transmission thermique, noté U ou K selon les pays.

Il y a plusieurs choses à noter. D’abord ce coefficient U, exprimé en watts par mètre carré et par degré Kelvin, est une valeur pratique qui correspond à un matériau ou à un assemblage de matériaux d’épaisseur donnée, il ne permet pas, a priori d’extrapolation sur une augmentation d’épaisseur. Et d’autre part c’est une valeur, dans le cas du double vitrage, qui est plus facilement mesurée que calculée.

En théorie, le coefficient de transmission thermique pourrait se calculer par l’inverse de la somme des résistances thermique des différentes couches composant le matériau, les résistances thermique étant les quotients des épaisseurs de couches par les conductivités thermiques, valeurs disponibles pour les matériaux simples.
Dans le cas d’une fenêtre double vitrage, pour le vitrage lui même il y aura au moins trois couches, et souvent plus pour le cadre. Et on peut ajouter que la formule de calcul est de toutes façons simpliste, puisqu’elle ne tient pas compte de problèmes complexes de transmissions thermiques aux interfaces entre matériaux. Un calcul, difficile, ne donnerait donc qu’une approximation du coefficient de transmission thermique.

Une mesure des coefficients de transmission thermique des différentes parties d’une fenêtre double vitrage sera donc faite en laboratoire pour être exploitable.
Le flux thermique entre l’intérieur et l’extérieur de la maison, en watts, à travers la fenêtre, sera égal à U*S*(Tchaude – Tfroide) où S est la surface de la fenêtre en mètres carrés, et où T sont les températures des deux milieux, soit l’intérieur et l’extérieur de l’habitation.

Évidemment, pour que la fenêtre soit isolante, il faut que son coefficient de transmission thermique U soit le plus petit possible.
Vous êtes encore la ? Bien, continuons !

Transmission thermique d’une fenêtre double vitrage

Dans une fenêtre double vitrage, ce n’e sont pas seulement les vitres qui laissent s’échapper ou pénétrer la chaleur l’hiver ou l’été, c’est l’ensemble de la fenêtre. Le coefficient Uw (w pour « window », fenêtre en français) est le coefficient de transmission thermique de l’ensemble d’une fenêtre dite « nue » et s’exprime toujours en W/(m².K).

Pour déterminer sa valeur et le calculer, il faut partir de plusieurs valeurs :
le coefficient Ug (g pour « glass », vitre en français ou pour « glazing », vitrage) correspond au coefficient de transmision thermique au centre des vitrages, ceci incluant les différentes couches superposées.

le coefficient Uf (f pour « frame », cadre en français) correspond au coefficient de transmission thermique moyen du cadre de la fenêtre.
Le coefficient Ψg (lire psi « glazing ») correspond au coefficient de transmission thermique dit linéique des liaisons ou jonctions entre cadre et vitrage de la fenêtre, prenant en compte les déperditions de chaleur créées à la périphérie du vitrage isolant par les intercalaires.

La formule qui permet le calcul du coefficient Uw est la suivante :
Uw = [(Ug x surface du vitrage) + (Uf x surface du cadre) + (Ψg x périmètre du vitrage)] / surface totale de la fenêtre.

Ce coefficient va varier en fonction des matériaux utilisés, des différentes épaisseurs de ces matériaux, et de leur taille. Dans les doubles vitrages, plusieurs couches de ces matériaux sont associés pour que leur résistance thermique s’ajoutent les unes aux autres et limitent d’autant la transmission du flux thermique.

Lorsque la fenêtre est associée à un volet, on parle de coefficient de transmission thermique jour/nuit et il est noté Ujn.
On l’obtient en ajoutant le coefficient de transmission thermique de la fenêtre vitrée Uw avec le coefficient de transmission thermique de la fenêtre avec le volet Uwf , et en divisant le tout par 2.

Valeurs du coefficient U pour les types de double vitrage

Il faudra faire attention à ce que mentionnent les fabricants, notamment peuvent être mentionnés l’Ug ou l’Uw, car une fenêtre peut avoir un Ug très faible, c’est-à-dire un vitrage très isolant, mais un châssis de mauvaise qualité et peu isolant, et sa performance globale sera faible.

Pour donner une idée chiffrée:
un simple vitrage de 4mm à un coefficient de transmission thermique Ug = 5.8 W/(m².K),
un double vitrage standard 4/12/4 avec de l’air dans l’épaisseur des 12mm a un coefficient de transmission thermique Ug = 2.9 W/(m².K),
un double vitrage 4/16/4 avec lame d’air et à isolation thermique renforcée par un verre à faible émissivité a un coefficient thermique Ug = 1.4 W/(m².K).
un double vitrage à isolation renforcée par un verre à faible émissivité et rempli de gaz argon 4/16/4 aura un coefficicient de transmission thermique Ug = 1.1 W/(m².K).

Mais un double vitrage dont le coefficient de transmission thermique serait par exemple Ug = 1.2 W/(m².K) monté sur un châssis en aluminium donnerait un coefficient de transmission thermique de la fenêtre Uw = 1.8 W/(m².K). Ce même double vitrage monté sur un châssis en bois donnerait un coefficient de transmission thermique de la fenêtre Uw = 1.7 W/(m².K). Et monté sur un châssis de PVC de bonne qualité aurait un coefficient thermique de la fenêtre de 1.6 W(m².K).

Ces chiffres ne sont que des exemples et le coefficient de transmission thermique évoluera en fonction de la qualité du châssis, de la fabrication et de la finition, de la qualité des intercalaires utilisés, et de la qualité de pose des doubles vitrages.

L’utilisation d’espaceurs « Warm Edge », des intercalaires synthétiques, permettra notamment d’abaisser sensiblement le coefficient de transmission thermique linéique Ψg et d’améliorer le coefficient de transmission thermique de l’ensemble d’une fenêtre Uw jusqu’à 0.2 W/(m².K).

Aussi, plus le coefficient de transmission thermique des doubles vitrages U sera bas et plus les déperditions thermiques seront réduites en hiver, plus la face intérieure du vitrage restera chaude et moins il sera nécessaire de chauffer l’intérieur pour conserver un niveau de température ambiant confortable et plus les risques de condensation seront réduits.

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