Les fenêtres performantes incontournables au Congrès International Passivhaus

Dans la démarche Passivhaus, les fenêtres sont l’un des composants clefs depuis l’origine. C’est largement en évidence au deuxième jour du 22ième Congrès International Passivhaus à Munich. Non seulement le Passivhaus Institut de Darmstadt à très tôt milité pour le triple vitrage et commencé à certifier des fenêtres, mais chaque Congrès entend son lot de présentations techniques sur les développements des performances thermiques des fenêtres et plusieurs fabricants de fenêtres exposent régulièrement dans le salon associé au Congrès.

La fenêtre mixte Rockframe associe dormant et ouvrant bois à une protection extérieure en laine de roche pour améliorer la performance thermique. Le fabricant fournit ces profilés dans l’ensemble des teintes RAL et avance une durée de vie de 50 ans. ©Rockwool

223 fenêtres certifiées

Aujourdhui, le Passivhaus Institut de Darmstadt a certifié 223 modèles différents de fenêtres, dont les profilés sont en bois, en aluminium, en PVC, mixtes bois/Alu ou PVC/Alu. Parmi les produits certifiés, on trouve aussi des profilés plus exotiques, comme l’Acier/Alu des fenêtres Janisol HI Festverglasung de Jansen AG (Uw = 0,80 W/(m².K) avec un vitrage Ug = 0,7 W/(m².K)). Cette fenêtre utilise des dormants en profilés acier injectés de mousse résolique pour améliorer leur performance thermique. Ses ouvrant sont en triple vitrage de 51 mm (5/18/5/18) avec des espaceurs Swisspacer Ultimate du Groupe Saint-Gobain.

On trouve aussi un exemple de profilé mixte Bois / Laine de roche avec la fenêtre RockFrame de Rockwool Allemagne (Deutsche Rockwool Mineralwolle). RockFrame est une fenêtre bois triple vitrage, toujours avec les espaceurs Swisspacer Ultimate, portant des profilés en laine de roche à l’extérieur sur l’ouvrant et sur le dormant (Uw = 0,85 W/(m².K).

Le chinois Harbin Sayyas Windows Stock Co. a fait certifier par le Passivhaus Institut, la fenêtre Sayyas PASSIVAPLUS. Très performante (Uw = 0,60 W/(m².K) avec un vitrage Ug = 0,52 W/(m².K)), elle associe des profilés bois intérieurs à des profilés extérieurs en GRP (Glass Reinforced Plastic), un polyester renforcé de fibres de verre.

C’est l’un des deux seuls exemples de profilés en fibres de verre et matériaux de synthèse. L’autre est la fenêtre Delta Plus Cold Climate du fabricant allemand dPHt (deutsche Passivhaus transfer). Egalement en Bois / GRD, elle atteint une performance encore un peu meilleure : Uw = 0,59 W/(m².K) avec un vitrage Ug = 0,59 W/(m².K). La petite amélioration par rapport à la fenêtre chinoise tient probablement au fait qu’elle contient les fameux espaceurs Swisspacer Ultimate entre les vitres de son triple vitrage.

Pour améliorer la performance de leurs fenêtres, les fabricants sont passés au double, puis au triple vitrage rempli à l’argon ou au kryption. Puis ils se sont attaqués aux ponts thermiques entre vitres grâce à des espaceurs particulièrement peu conducteurs de chaleur, comme le SwisspaceUltimate. ©Swisspace

Jusqu’à Uw = 0,58 W/(m².K) en quadruple vitrage

Lorsqu’on examine les performances des fenêtres certifiées par le Passivhaus Institut, les valeurs Uw vont de 1,20 à 0,58. Les fenêtres sont certifiées pour quatre climats différents : froid, froid en majorité, chaud en majorité et franchement chaud. La fenêtre LogikWin 85 de l’australien Logikhaus PTY, avec son Uw = 1,62 W/(m².K) est justement certifiée pour les climats chauds : Afrique du Sud, Nord et Sud de l’Australie, Sud de la Chine, Amérique centrale et Amérique du Sud, pourtour méditerranéen, etc. Fenêtre mixte bois / alu, elle ne porte que du double vitrage (Ug = 1,20 W/(m².K)). A l’autre extrémité du classement, une seule fenêtre, pour l’instant, est certifiée avec Uw = 0,58 W/(m².K).

Il s’agit du modèle Rukna-1 du fabricant russe ZAO « BiTri ». Certifée pour climat froid, elle atteint Uw = 0,58 W/(m².K) avec un vitrage Ug = 0,47 W/(m².K) et fait appel à des profilés mixtes Bois / Alu. L’intervalle entre le bois et l’aluminium est rempli de mousse CompactFoam CF 150, fournie par l’entreprise Viennoise Compactfoam, créée en 2005.

La fenêtre porte un quadruple vitrage de 87,3 mm d’épaisseur, formé d’un triple vitrage intérieur (4/22/4/20/4), fermé par dernier compartiment extérieur de 33,3 mm, dont 4 mm de vitre. Le segment triple vitrage utilise des espaceurs Super Spacer TriSeal / T-Spacer Premium, fournis par Quanex Building Products.

En plus des fenêtres classiques, le Passivhaus Institut a également certifié huit fenêtres coulissantes et deux modèles de fenêtres de toit en Bois / Alu avec de très faibles valeurs Uw : 0,7 pour la fenêtre FTT U8 Thermo 2012 de Fakro et un extraordinaire Uw = 0,55 pour la fenêtre GGU-K—008230 de Velux.

Les fenêtres les plus performantes, conçues pour les climats froids, voire arctiques, poussent jusqu’au quadruple vitrage, comme la fenêtre RUKNA-1 du fabricant russe ZAO « BiTri » ou la FTT U8 Thermo 2012 de Fakro. ©Passivhaus Institut, Fakro

La fenêtre de toit Velux GGU-K—008230 utilise 4 vitres, dont deux accolées pour un affaiblissement acoustique total et atteint Uw = 0,55. ©Velux

Plusieurs communications sur les fenêtres

Les participants au 22e Congrès Passivhaus ont pu entendre toute une série de communications sur les fenêtres et les façades. Deux étaient particulièrement marquantes. La première, présentée par l’architecte Gerrit Horn de Kaiserslautern en Allemagne, portait sur le coût réel des composants et des ouvrages pour un bâtiment passif.

Il estime que le coût des fenêtres passives varie, selon les modèles, de 50 à 100 €/m² de fenêtre, dormant compris. Ce qui se traduit par un coût total de 1500 à 3000 €, pour les fenêtres d’une maison individuelle ayant une surface vitrée de 25 à 30 m². Ce qui est une manière d’expliquer, somme toute, que ce montant rapporté au prix de la maison, est relativement modeste.

La seconde communication entreprend de prouver que, contrairement au proverbe, les cordonniers ne sont pas forcément les plus mal chaussés. En novembre 2012, l’industriel chinois Harbin Sayyas Windows Stock Co., dont nous parlions plus haut et qui est le plus gros fabricant chinois de fenêtres en bois, a demandéà deux spécialistes allemands du standard Passivhaus de concevoir une nouvelle usine dans laquelle il fabriquera ses nouvelles fenêtres passives et dont les bâtiments seraient eux-mêmes passifs.

Ludwig Rongen et Reiner Wirtz, du cabinet d’architectes RoA Rongen Architekten se sont donc lancés dans la conception de hall de production de 15 550 m², d’une zone de stockage non-chauffée de 12 781 m², d’un bâtiment de bureaux de 4 950 m² et d’un lieu de réception de 100 m² pour un coût de construction total de 16,5 millions d’Euros. Le challenge venait du fait que la température extérieure peut descendre à -40°C à Harbin en hiver, tandis que l’été connaît des périodes d’intense chaleur (>35°C) plutôt sèches.

L’industriel chinois Harbin Sayyas Windows Stock Co. a fait construire une usine passive pour y fabriquer ses fenêtres bois certifiées passives. La Chine prend une grande importance dans le monde du Passif. Le 23e Congrès International Passivhaus en 2019 aura lieu à la fois à Heidelberg en Mai et à Gaobeidian dans le nord de la Chine en Septembre. ©Harbin Sayyas Windows Stock Co

Comment rendre une usine "passive"

Pour être passif, rappelons-le, un bâtiment doit satisfaire 3 critères : une consommation annuelle de chauffage ≤ 15 kWhEP/m², une consommation annuelle tous usages ≤ 120 kWhEP/m² et une étanchéité à l’air ≤ 0,60 h-1. Dans la partie bureaux, en maintenant une température de confort de 20°C en hiver et de 25°C en été avec des apports de chaleur internes de 3,8 W/m², les concepteurs ont construit un bâtiment dont les consommations de chauffage atteignent 14,62 kWhEP/m² et les consommations totales culminent à 119,85 kWhEP/m², avec une excellente étanchéité à l’air de 0,16 h-1.

Dans le hall de production, les valeurs atteintes sont 0,20 h-1 pour l’étanchéité à l’air – qui est très faible dans un hall industriel – 13,83 kWhEP/m² de consommation de chauffage annuelle et 108 kWhEP/m² de consommation d’énergie totale dans l’année.

Avec des températures extérieures possibles de -40°C en hiver, la ventilation double flux posait une difficulté particulière. Sans précautions spécifiques, il est certain que les échangeurs et la sortie d’air chargé d’humidité seraient givrés et colmatés, empêchant tout fonctionnement de la ventilation en dessous de -25°C. En hiver, l’air neuf est donc préchauffé avant de parvenir à l’entrée d’air extérieur des groupes double flux et les bouches de rejet d’air à l’extérieur sont chauffées pour éviter la condensation et le gel.

L’usine est en fonctionnement depuis l’automne 2016. Le premier hiver s’est parfaitement déroulé : la température n’est jamais descendue en dessous de 18°C dans le hall de production. Au cours de l’été 2017, cependant, la chaleur dégagée par les machines installées dans le hall, plus importante que prévue, a conduit à des surchauffes inconfortables. Les concepteurs sont en train de modifier l’installation – apportant du rafraîchissement nocturne et une ventilation naturelle supplémentaire en ouvrant les orifices de désenfumage en toiture durant l’été – pour y remédier.

Le réseau Smartwin, formé de PME dans plusieurs pays d’Europe, fabrique des fenêtres passives mixtes en bois / alu. ©Smartwin

Smartwin, un réseau européen de fenêtres bois passives

Plusieurs fabricants de fenêtres exposaient au 22e Congrès Passsivhaus, dont les deux réseaux européens Smartwin et Optiwin. A la fois similaires et concurrents, ces réseaux sont nés du rassemblement de PME européennes autour de l’idée de fenêtres en bois à très hautes performances thermiques. Smartwin a été créée par l’ingénieur allemand Frantz Freundorfer qui dirige l’entreprise allemande pro Passivhausfenster GmbH.

Il a initialement rassemblé trois entreprises, dont le français Menuiserie André, installé dans la Drôme, et fédère désormais une douzaine d’entreprises, dont une en Chine, une aux Etats-Unis et une troisième en Corée du Sud. La gamme Smartwin de fenêtres bois / Alu (pin à l’intérieur, aluminium extérieur) contient des modèles à frappe et des coulissants, dont les profilés sont les plus fins possibles pour maximiser le clair de jour.

Ce sont des fenêtres passives, triple vitrage, certifiées par l’Institut Passivhaus de Darmstadt, classe PhA. Le modèle Smartwin initial est certifié passif Uw = 0,76 W/(m².K) avec un vitrage Ug = 0,70 W/(m².K). Seconde génération, la fenêtre Smartwin Compact minimise les masses vues grâce à un affinement du cadre dormant et permet, à dimensions égales, une surface vitrée plus importante : 70 mm de masse vue sur les côtés et le haut, 86 mm en partie basse dormant + ouvrant. Elle atteint Uw = 0,77 W/(m².K) avec un vitrage Ug = 0,70 W/(m².K).

Tandis que le modèle Smartwin Arctic, conçu pour les climats très froids, parvient à Uw = 0,60 W/(m².K) avec un vitrage Ug = 0,52 W/(m².K). Le groupement Smartwin a également été le premier à certifier une fenêtre coulissante passive mixte bois /alu: Smarwin sliding atteint Uw = 0,80 W/(m².K) avec un vitrage Ug = 0,70 W/(m².K) et jusqu’à Uw = 0,68 W/(m².K) avec un vitrage Ug = 0,54 W/(m².K).

Smartwin et son fondateur Frantz Freundorfer montraient leur dernière invention au 22e Congrès Passivhaus : une ventilation double-flux installée dans l’épaisseur d’un mur. L'entrée d'air s'effectue sous la bavette de la fenêtre. La bavette coulisse pour donner accès au filtre et le changer. Cette ventilation double flux est associée avec les solutions de mur manteau pour la rénovation smartshell : toute la distribution et la reprise d’air cheminent à l’extérieur entre la paroi originale et le nouveau mur manteau isolant. ©PP

En France, Smartwin est fabriqué et distribué par Menuiserie André. Comme l’explique Jacques André, fils du fondateur qui devrait reprendre l’entreprise cette année, 70% des surfaces de fenêtres fabriquées par l’entreprise sont certifiées Passivhaus. ©PP

De la fenêtre au gros-oeuvre

Optiwin, le second réseau européen de fenêtres en bois passives, a été créé par Joseph Fresinger, dirigeant de Fresinger Fensterbau. En France, Optiwin est représenté par la Menuiserie Bieber à Waldhambach (67) et par la Menuiserie Tillieux à Tourcoing (59). Optiwin a notamment fait certifier Passivhaus les gammes de fenêtres à frappe Lignuma (Uw = 0,79 W/(m².K) avec un vitrage Ug = 0,70 W/(m².K)), Alphawin (Uw = 0,78 W/(m².K) avec un vitrage Ug = 0,70 W/(m².K)), Alu2Holz (mixte bois / alu, Uw = 0,78 W/(m².K) avec un vitrage Ug = 0,64 W/(m².K))

Citons également Futura et Purista (verre collé à l’extérieur, mixte bois / alu, Uw = 0,79 W/(m².K) avec un vitrage Ug = 0,70 W/(m².K)), ainsi que les gammes à frappe bois / alu Resista et Zwoa2Holz, le levant-coulissant Optiwin Motura à verre extérieur collé ((Uw = 0,80 W/(m².K) avec un vitrage Ug = 0,70 W/(m².K)) et, enfin, la porte Entrada (UD = 0,68 W/(m².K)).

Pour sa part, le réseau Smartwin a également fait certifier quatre solutions de gros-œuvre soit à ossature bois : smartshell timberframe G, smartshell timberframe E, smartshell solid S, smartshell solid timber. Pour un professionnel de la construction de maisons individuelles, utiliser ces solutions certifiées par le Passivhaus Institut, facilite l’obtention du standard Passivhaus pour la maison. Le traitement des ponts thermiques est garanti, la nature et l’épaisseur des isolants correspondent aux valeurs nécessaires, etc.

Les réseaux Smartwin et Optiwin seront au Salon Fensterbau Frontale de Nuremberg, du 21 au 24 Mars prochain. Sensiblement aux mêmes dates, Batirama sera au salon Light+Building (18 au 23 Mars) à Francfort.