Les fenêtres sont devenues des objets de haute technicité constitués de composants eux-mêmes très complexes. Le verre n’est plus nécessairement une simple couche de silice fondue : il peut subir différents traitements thermiques, être composé de plusieurs feuilles collées ensemble, être agrémenté de couches fines qui modifient la transmission du rayonnement infrarouge ou encore assemblé dans des doubles ou des triples vitrages enfermant des gaz comme l’argon ou le krypton. Déterminer les performances ou les risques de casse de ces objets sont autant de questions scientifiques auxquelles tentent de répondre de nombreuses normes. Nous nous proposons de réaliser un panorama des différentes normes relatives au calcul des caractéristiques optiques et mécaniques des vitrages.
La lumière, l’énergie, la température
Quelle part de lumière traverse un vitrage ? L’idée, pour répondre à cette question, est de résoudre un système d’équations considérant les transmissions et réflexions pour chaque face de chaque couche de verre. C’est ce système qui aboutit aux équations de la EN 410 pour les simples et les doubles vitrages, et que l’on retrouve dans la EN 13363-2.
Cette norme est plus générale car elle ne limite pas le nombre de verres et permet d’incorporer des protections mobiles (stores en toile, stores vénitiens ou volets). Outre l’aspect du rayonnement lumineux, pour les spectres visibles et solaires,
elle prend également en compte les aspects convectifs et radiatifs. La résolution de ce système donne à la fois le facteur solaire et les températures de chaque couche, verre et protection mobile.
Cette méthode de calcul peut être utilisée dans n’importe quelles conditions d’ensoleillement et de température. Utilisée à partir des conditions climatiques extrêmes du cahier CSTB 3242, elle donne les températures maximales atteintes dans les verres et les protections mobiles. On en déduit également les températures des lames de gaz. Enfin, lorsque deux points d’une feuille de verre ont des températures très différentes, le verre casse. Le DTU 39 P3 indique comment calculer ce risque dit de « casse thermique ».
La mécanique
Quelle est la résistance mécanique d’un vitrage, simple ou isolant ? Comment le dimensionner pour qu’il résiste aux charges et quelles sont ces charges ? Plusieurs normes tentent de répondre partiellement à ces questions, en abordant chacune des aspects différents du dimensionnement des vitrages.
En ce qui concerne les charges appliquées au vitrage, l’utilisation de l’Eurocode 1 tend à se généraliser. Cette norme permet le calcul de la pression exercée par le vent, de la charge de neige et du poids propre du vitrage. On considère alors, pour le dimensionnement, la combinaison de charge la plus contraignante parmi une liste de combinaisons proposées.
Les Eurocodes se basent sur la théorie des états limites et permettent un double dimensionnement : une vérification de la flèche (déformation) de chaque verre, qui correspond aux états limites de service (ELS), et une vérification de la contrainte dans chaque feuille de verre, correspondant aux états limites ultimes (ELU). Chacune des valeurs calculées est comparée à une référence : pourcentage de la plus grande dimension du vitrage pour la flèche, et contrainte maximale admissible pour la contrainte.
Le DTU 39 P4 propose une méthode de calcul simplifiée, basée sur l’Eurocode 1, et qui permet de déterminer la pression de vent et la charge de neige à partir d’un nombre réduit de paramètres. Il est alors possible de calculer les dimensions maximales d’un vitrage monolithique, les flèches calculées et admissibles et les épaisseurs minimales d’un vitrage monolithique ou isolant en fonction de la résistance à la combinaison de charge la plus défavorable. Cette méthode est parfois critiquée pour son approche du vitrage par épaisseur équivalente jugée trop simple, mais permet néanmoins de couvrir la grande majorité des cas.
La méthode VEC présentée dans le Cahier CSTB 3488 V2 et le projet de norme prEN 16612 permettent tous deux également de calculer la contrainte dans chaque feuille de verre et la flèche de chaque verre simple pour différents types de charges calculées selon l’Eurocode 1. Elles autorisent en outre la détermination de l’effort dans le(s) joint(s) de scellement des vitrages isolants.
En plus des deux normes évoquées ci-dessus, il est aussi possible, pour déterminer ces efforts, d’utiliser la norme EN 13363-2qui permet de calculer les températures des lames de gaz et les pressions qui y résident. La norme NF P 78-470 explicite alors comment vérifier que l’effort reste
admissible.
L’approche la plus simple pour faire des calculs de dimensionnement semble être, à ce jour, d’utiliser conjointement le DTU 39 P4
et la méthode VEC (Cahier CSTB 3488 V2) en calculant pour celle-ci les charges de neige et de vent selon l’Eurocode 1, ce qui permet de ne considérer que deux cartes de France : celles des régions de vent et de neige de l’Eurocode 1, contre quatre cartes différentes si l’on utilise pour la méthode VEC les normes NV65 et N84.
L’entrée en vigueur de la norme prEN 16612, déjà adoptée par la Belgique, pourrait permettre une actualisation et une simplification des méthodes de calcul utilisées pour le dimensionnement des vitrages et reste à surveiller.
Cependant, on peut regretter que les méthodes les plus récentes, comme celle-ci, ne soient pas généralisables à un nombre plus élevé de verres, permettant par exemple de traiter le risque de casse thermique pour les baies coulissantes simples.
