Quelques éléments pour comprendre le fonctionnement des fenêtres isolantes, et mieux les choisir.

Dans la littérature sur le web, on trouve fréquemment la valeur de 15 % pour les pertes d’énergie par les fenêtres (il vaudrait mieux dire « les ouvrants », pour ne pas se limiter aux fenêtres). Bien sûr il ne s’agit que d’une valeur moyenne, chaque cas particulier sera très différent : tout dépend du nombre de fenêtres (ou d’ouvrants), de leur surface, de leur orientation et de toutes les autres causes de déperditions (si la maison est super-isolée par ailleurs avec des fenêtres vétustes ou cassées on aura beaucoup plus que 15 %). Si on a une seule fenêtre, elle comptera peu, mais son remplacement représentera un investissement plus faible. A mon avis, il n’y a trois critères pour décider d’effectuer le remplacement des fenêtres anciennes :

• 1 le retour sur investissement : au bout de combien d’années mon investissement sera-t-il remboursé par mes économies d’énergie (compte tenu des aides éventuelles) ? En pratique, je pense qu’on peut estimer à une dizaine d’années le temps de retour, mais cela est variable.
• 2 le chantiers est-il simple, rapidement exécuté, sans dérangement pour l’occupant ? La réponse est plutôt favorable, le chantier se fait en moins d’une demi journée si on le confie à un professionnel, ce qu’on a tout à fait intérêt à faire dans le cas où on peut bénéficier des aides fiscales.
• 3 en plus des économies y a t-il d’autres avantages ? Oui, clairement le confort est amélioré pour l’occupant, il n’y a plus d’effet « paroi froide » qui favorise la condensation sur les vitres, la présence d »humidité et de moisissures autour de la fenêtre, et qui crée des variations de température gênantes dans les différents parties d’une même pièce. Le confort d’été est lui aussi amélioré.

Si on est le propriétaire du logement, on est seul à décider, en revanche si on est locataire, il faudra convaincre le bailleur social ou privé de financer les travaux . Ce n’est pas toujours facile, parce que ce n’est pas lui qui paie pas les dépenses d’énergie (il les répercute dans les charges locatives ou c’est le locataire qui paie directement les factures). Mais il faut quand même essayer, le propriétaire peut être motivé par l’amélioration de son son patrimoine et la diminution de son loyer « charges comprises ». Lui aussi peut faire un calcul de retour.

Exemple de calcul de retour :

fenêtre simple vitrage, cadre bois : perte 6,5 W/ m2. °C

fenêtre double vitrage, argon, PVC : 1,5 W/m2. °C

Donc, une fenêtre ancienne classique relâche 5W par degré de différence de température entre l’intérieur et l’extérieur. Si on suppose 1 mois de gel et 5 mois à 10 °C, la fenêtre ancienne générera une perte de 250 kW.h/an soit 40 euro si on est chauffé à l’électricité. Le retour peut alors être inférieur à 8 ans (sans tenir compte ni des aides ni de l’évolution des prix de l’énergie).

Les différents options : les cadres

Les cadres peuvent être en PVC , aluminium ou encore en bois. Je ne suis pas vraiment favorable au bois et à l’aluminium. Le bois n’est pas vraiment durable selon moi, et demande généralement un entretien. En ce concerne l’aluminium, je suis toujours assez étonné, malgré les subtilités de conception (rupture de ponts thermiques, etc…) que l’on choisisse comme matériaux support un métal qui est parmi les meilleurs conducteurs thermiques qui existent (voir ici un comparatif des matériaux, lambda aluminium : 210 W/m2.K). Ma préférence va donc au PVC, qui est le moins coûteux et qui n’a pour seul véritable inconvénient de n’offrit qu’une protection moindre contre les effractions (en le chauffant, on peut déformer suffisamment la fenêtre pour entrer par effraction sans faire aucun bruit….). Il existe une multitude de fournisseurs et d’installateurs, certains sont à la limite de l’escroquerie (et même davantage). Il n’est pas raisonnable de dépasser de l’ordre de quelques centaines d’euro pour une fenêtre posée. D’un point de vue technique sur les systèmes d’encadrement, mon expérience m’a appris que le cadre a bien souvent de moins bonnes performances d’isolation que le vitrage (on peut le vérifier à la camera thermique) et surtout, que le panneau qui se trouve généralement en partie basse des portes-fenêtre peut être simplement une plaque alvéolée de PVC vide, ce qui génère une fuite de chaleur bien supérieure à cette du vitrage. Ce panneau doit être rempli de polystyrène, il faut le demander, ou, le cas échéant, le faire remplacer ce qui ne pose par de problème au poseur.

Les vitrages.

Les vieilles fenêtres à remplacer sont constituées de simple vitrage ou du double vitrage ancien, comme on en trouvait souvent dans les années 80. En France on remplace généralement par du double vitrage 4/16/4 avec on sans argon et assez rarement encore par du triple vitrage (plus coûteux mais aussi plus efficace). Le triple vitrage est plus répandu en Allemagne qu’en France. En France, je pense qu’on y viendra progressivement.

Une petite parenthèse explicative : pourquoi utilise t-on de l’argon et pourquoi n’utilise t-on pas d’argon lorsque les fenêtres sont installées en altitude ?

J’ai lu plein d’explications bizarres sur le web pour justifier cela. On trouvera ici la véritable explication du phénomène, mais on n’est vraiment pas obligé de s’y attarder, c’est un peu théorique. On peut aller directement à la conclusion.

La transmission de la chaleur au travers d’une fenêtre se fait de trois manières :

1 Conduction par le verre qui n’est pas un très bon isolant, lambda = 1,15 W/m2K (voir ici comparatif des matériaux), c’est pour cela que les fenêtres à simple vitrage sont peu performantes.

2 Rayonnement qui traverse les milieux transparents. Là, on fait des traitements de surface, mais on est limité par le fait qu’une fenêtre a pour fonction de rester transparente…

3 Enfin, la convection, dans l’espace entre les vitres du double vitrage. Dans ce espace il y a une couche de gaz dans lequel les molécules se déplacent librement : c’est le phénomène de la convection . Bien sûr, il aurait été préférable de faire le vide entre les deux vitres, mais les vitrages auraient alors dû être tellement épais et lourd pour résister à la pression atmosphérique qu’il vaut mieux équilibrer cette pression avec un gaz à l’intérieur. Il n’empêche, la présence de ce gaz dégrade les performances d’insolation. Les mouvements de convection sont faibles. On a vu ici, qu’une couche d’air de 2 cm est à peu près aussi isolante qu’une couche de 30 cm, paradoxe qui fait que pour un gaz, la résistance thermique n’est pas proportionnelle à l’épaisseur, l’espace de 16 mm entre les deux vitres, qui minimise la convection peut donc être considéré comme un optimum.

Mais alors pourquoi de l’argon ?

L’argon est un gaz peu coûteux à fabriquer (premier argument) qui a un meilleur « lambda » que l’air (lambda air = 0,0262 W/m2.K, lambda argon = 0,017 W/m2.K). La raison est que la conductivité d’un gaz, pour une pression donnée, dépend essentiellement de deux facteurs un peu étonnants :

1 la forme de ses molécules : l’argon est une molécule très simple, composée d’un seul atome,

2 la masse des molécules : l’argon est plutôt une molécule lourde.

L’argon est une « gaz rare » (sur la colonne de droite de la table périodique), il est donc incapable de réagir chimiquement, y compris de s’associer avec lui-même pour former une molécule diatomique, comme le font l’oxygène et l’azote, qui de ce point de vue se ressemblent beaucoup et aiment former des molécules diatomiques en forme d’haltères. L’argon, lui, ressemble à un ballon de foot. Et cela à a une conséquence : les molécules en haltères ont un lambda plus fort que les ballons de foot. La raison est que la transmission de la chaleur entre les deux vitres se fait par des aller-retour : une molécule de gaz se charge d’un peu de chaleur lorsqu’elle heurte la paroi chaude, parcours ensuite l’espace entre les deux vitres, vient heurter la paroi froide, y cède un peu de sa chaleur, et repart… On peut donc comprendre que la conductivité de gaz va dépendre de 2 facteurs pour une pression donnée :

– 1 la quantité de chaleur que les molécules peuvent embarquer à chaque voyage,

– 2 le nombre de voyages par unité de temps (c’est à dire la vitesse moyenne des molécules).

Or les molécules de forme simple (les ballons) sont celles qui peuvent embarquer le moins de chaleur et celles qui sont les plus lourdes sont celles qui se déplacent le plus lentement. L’argon est donc un excellent candidat. Les cause de ces deux phénomènes sont ici : voir la théorique cinétique des gaz. En fait, une molécule peut embarquer une unité de quantité de chaleur par degré de liberté de rotation. Une haltère en a 2 de plus qu’un simple ballon…

Dans le cas où on voudrait faire l’inverse, c’est à dire favoriser les échanges thermiques, on choisirait alors des molécules légère (celles qui vont vite), de forme plus compliquée (des haltères par exemple), et aussi qui soient nombreuses (donc une pression élevée). C’est la raison pour laquelle, dans l’industrie, quand on veut favoriser les échanges entre deux milieux, on aime bien utiliser de l’hydrogène sous forte pression (des haltères légères, rapides et en grand nombre).

Mais alors, pourquoi pas d’argon au dessus de 1000 mètres d’altitude ? Là il s’agit d’un problème d’équilibrage des pressions. Une fenêtre remplie à l’argon est nécessairement étanche, elle ne peut pas équilibrer sa pression avec l’atmosphère. On peut supposer que si la pression est faible (en altitude) et que la fenêtre a été fabriquée au niveau de la mer, elle va avoir tendance à gonfler et elle peut même éclater. Mais il s’agit d’un déséquilibre de pression et non pas d’un supposé caractère explosif de l’argon, qui bien au contraire, est très peu réactif chimiquement.

Voila pourquoi en altitude, on laisse de l’air ordinaire (mais sec) dans les fenêtres, pour qu’une micro-fuite contrôlée les mettent en permanence en équilibre avec l’atmosphère.

(Fin de la parenthèse théorique)

Si on est dans le cas où on ne peut pas changer les fenêtres

Et dans le cas où on peut rien faire pour les fenêtre (locataire avec propriétaire réticent, budget insuffisant….) ? La première chose est de savoir se servir de ses volets pour mieux s’isoler. L’ouverture et la fermeture quotidienne des volets doit être l’occasion d’aérer intelligemment.

Enfin, dans tous les cas, et même si on a changé les fenêtres, il faut installer des rideaux épais qui peuvent bien améliorer la protection contre le froid. C’est quasiment la dernière ressource qui reste pour celui qui ne peut pas changer ses fenêtres. Il existe des rideaux isolants pour l’hiver ou pour l’été. Et même des doublures de rideau. Certains fournisseurs peuvent avoir des coûts élevés, mais les résultats en hiver sont intéressants . On peut même utiliser ces rideaux pour couvrit un mur trop froid… l’hiver prochain, nous ferons des essais et je vous proposerai une évaluation plus quantitative es économies envisageables…

Conclusion

On a toujours intérêt à remplacer ses fenêtres par des fenêtres à double vitrage, le calcul dépend des cas particuliers, mais on peut être sûr de récupérer un jour son argent sur les économies d’énergie réalisées. En revanche, le gain en confort est immédiat, la température des pièces est plus homogène en hiver, il n’y a plus de condensation sur les vitres, et elle est aussi plus fraîche en été, on peut profiter d’un espace plus lumineux puisqu’on peut laisser les volets plus ouverts en été, même pour les fenêtres exposées au sud… Et enfin, si on est dans le cas où on ne peut vraiment rien faire, on pourra se reporter sur des rideaux épais, isolants, bien adaptés pour l’hiver et pour l’été.