Systèmes de vitrage et composants

Introduction au chapitre

Ce chapitre couvre l'ensemble des systèmes de vitrage et de leurs composants tels qu'ils sont évalués dans le cadre de l'examen Sceau rouge pour le métier de glazier (vitrier). Vous devez maîtriser la terminologie, les principes de conception, les méthodes d'installation, les calculs de dimensions et les exigences réglementaires canadiennes. Ce chapitre est structuré pour suivre la progression logique du métier : des types de vitrage aux systèmes de fixation, en passant par les calculs de jeu et les tolérances.

Types de vitrage et leurs applications

Verre recuit (verre float)

Le verre recuit est le produit de base obtenu par le procédé float (flottage sur bain d'étain). Il est refroidi lentement pour éliminer les contraintes internes. Sa résistance nominale en flexion est d'environ 41 MPa (6 000 psi), mais cette valeur théorique n'est jamais utilisée dans les calculs pratiques en raison de la présence de micro-fissures en surface. En pratique, on utilise une contrainte admissible de 17 MPa pour le calcul des vitrages sous charge de vent.

Le verre recuit se brise en fragments longs et tranchants. Il ne doit jamais être utilisé dans des applications où il y a un risque de blessure humaine, sauf s'il est trempé ou feuilleté. Son épaisseur nominale varie de 2 mm à 25 mm, les épaisseurs courantes étant 3 mm, 4 mm, 5 mm, 6 mm, 8 mm, 10 mm, 12 mm, 15 mm, 19 mm et 25 mm.

Verre trempé (verre de sécurité)

Le verre trempé est soumis à un traitement thermique (chauffage à environ 650 °C suivi d'un refroidissement brutal par air). Ce processus crée une compression en surface et une tension à l'intérieur. Sa résistance est de 4 à 5 fois supérieure à celle du verre recuit de même épaisseur. La contrainte admissible en flexion est d'environ 68 MPa.

Caractéristiques essentielles :

Il se fragmente en petits granulés relativement inoffensifs (environ 10 000 fragments par m² pour une épaisseur de 6 mm).

Il ne peut pas être coupé, percé ou usiné après trempe.

Toute opération de découpe doit être effectuée avant le traitement thermique.

Il est obligatoire dans les portes, les fenêtres basses (à moins de 900 mm du plancher), les douches, les garde-corps et les zones de circulation.

Verre feuilleté (verre stratifié)

Le verre feuilleté est composé de deux ou plusieurs feuilles de verre (recuit, trempé ou thermodurci) assemblées par un intercalaire en polyvinylbutyral (PVB), en ionomère (SentryGlas®) ou en résine. L'intercalaire maintient les fragments en place lors du bris, empêchant la chute de débris.

Applications typiques :

Vitrages de sécurité verticaux et inclinés (verrières, toits).

Vitrages pare-balles et anti-effraction.

Garde-corps en verre (avec intercalaire structural).

Vitrages acoustiques (combinaison avec des intercalaires spéciaux).

Vitrages de sécurité pour les bâtiments publics.

L'épaisseur standard de l'intercalaire PVB est de 0,38 mm (0,015 po) ou multiples : 0,76 mm, 1,14 mm, 1,52 mm. Pour les garde-corps, on exige généralement un intercalaire de 1,52 mm minimum.

Verre thermodurci (verre durci)

Le verre thermodurci est traité thermiquement mais refroidi plus lentement que le verre trempé. Sa résistance est d'environ 2 fois celle du verre recuit. Il se brise en fragments plus grands que le verre trempé mais reste plus résistant que le verre recuit. Il est utilisé dans les applications où une résistance accrue est nécessaire sans les exigences de sécurité du verre trempé, notamment dans les vitrages isolants de grande dimension.

Verre à couche (verre à contrôle solaire, faible émissivité)

Les verres à couche sont des verres recuits ou trempés sur lesquels on dépose des couches minces de métaux ou d'oxydes métalliques. On distingue :

Couches pyrolytiques (dures) : appliquées à chaud pendant la fabrication. Elles résistent aux manipulations et peuvent être utilisées en position extérieure d'un vitrage isolant.

Couches magnétron (douces) : appliquées sous vide. Elles sont fragiles et doivent être protégées à l'intérieur de la cavité d'un vitrage isolant.

Les verres faible émissivité (Low-E) réduisent le transfert de chaleur par rayonnement. La valeur d'émissivité typique est de 0,04 à 0,20 (contre 0,84 pour le verre clair). Le facteur solaire (g) et le coefficient de transmission lumineuse (TL) sont des paramètres critiques pour le choix du vitrage.

Verre isolant (double et triple vitrage)

Le verre isolant (V.I.) est composé de deux ou trois feuilles de verre séparées par des espaceurs (entretoises) créant une cavité remplie d'air sec ou de gaz (argon, krypton). La cavité typique est de 12 mm ou 16 mm. Les gaz nobles améliorent la performance thermique :

Gaz	Conductivité thermique (W/m·K)	Coefficient de convection
Air	0,024	1,0
Argon	0,016	0,67
Krypton	0,009	0,37

La valeur U (coefficient de transmission thermique) d'un vitrage isolant standard (6 mm clair + 12 mm air + 6 mm clair) est d'environ 2,8 W/m²·K. Avec un verre Low-E et de l'argon, on peut atteindre 1,4 W/m²·K. En triple vitrage avec deux couches Low-E et krypton, on descend à 0,7 W/m²·K.

Composants des systèmes de vitrage

Mastic et scellement

Les mastics sont classés selon leur module d'élasticité et leur capacité de mouvement :

Type de mastic	Mouvement admissible (%)	Durée de vie typique	Applications
Silicone	±50 %	20 ans	Joints structuraux, scellement extérieur
Polyuréthane	±25 %	15 ans	Joints de dilatation, scellement de maçonnerie
Polysulfure	±25 %	15 ans	Vitrage isolant (scellement primaire)
Acrylique	±10 %	10 ans	Intérieur, joints non critiques
Butyle	±5 %	10 ans	Scellement secondaire des V.I.

Le silicone structural est utilisé pour fixer le verre au cadre sans support mécanique. Il doit être appliqué dans des conditions contrôlées (température entre 5 °C et 40 °C, humidité relative < 80 %). La largeur minimale du joint structural est de 6 mm, la profondeur minimale de 6 mm.

Profilés et châssis

Les châssis peuvent être en aluminium, en acier, en bois, en PVC ou en matériaux composites. Pour l'examen, vous devez connaître les profils d'aluminium :

Profilés à rupture de pont thermique : deux profilés d'aluminium séparés par une barrette en polyamide renforcé de fibre de verre. La largeur de la rupture thermique varie de 15 mm à 40 mm.

Profilés tubulaires : utilisés pour les châssis de grandes dimensions, avec des parois de 1,5 mm à 3 mm d'épaisseur.

Profilés pour murs-rideaux : systèmes à montants et traverses (stick system) ou à panneaux préfabriqués (unitized system).

Entretoises (espaceurs) pour vitrage isolant

Les entretoises maintiennent l'écart entre les feuilles de verre et contiennent le dessiccant (tamis moléculaire ou gel de silice) qui absorbe l'humidité résiduelle. Types courants :

Aluminium conventionnel : bonne rigidité mais conductivité thermique élevée (pont thermique en bordure).

Acier inoxydable : meilleure performance thermique que l'aluminium.

À bord chaud (warm edge) : matériaux composites ou plastiques à faible conductivité, améliorant la température en bordure et réduisant la condensation.

La largeur de l'entretoise détermine la largeur de la cavité. Les largeurs standard sont 6 mm, 9 mm, 12 mm, 15 mm, 16 mm et 20 mm. La largeur minimale pour une performance thermique acceptable est de 12 mm.

Cales d'appui et cales de stabilisation

Les cales d'appui (setting blocks) supportent le poids du vitrage. Elles sont placées au quart de la largeur du vitrage à partir de chaque bord inférieur. Leur largeur minimale est égale à l'épaisseur du vitrage plus 3 mm, et leur longueur varie de 50 mm à 100 mm selon le poids.

Les cales de stabilisation (location blocks) maintiennent le vitrage en position latérale. Elles sont placées à chaque bord latéral, à environ 150 mm des coins inférieurs. Elles ne doivent jamais supporter le poids du vitrage.

Le matériau des cales doit être compatible avec le mastic et le verre. On utilise généralement du néoprène, de l'EPDM ou du silicone. Le bois et le métal sont interdits car ils provoquent des concentrations de contraintes.

Calculs et dimensions

Calcul du jeu de vitrage (dimensionnement du pourtour)

Le jeu de vitrage est l'espace entre le bord du verre et le fond de la feuillure. Il doit permettre la dilatation thermique du verre et les mouvements du bâtiment. La formule de base :

Jeu minimal = (Coefficient de dilatation thermique du verre) × (Dimension du vitrage) × (ΔT maximale) + Tolérance de fabrication

Le coefficient de dilatation thermique du verre est de 9 × 10⁻⁶ m/m·°C (0,000009 par °C). Pour un vitrage de 1 500 mm avec un ΔT de 50 °C :

Dilatation = 1 500 mm × 0,000009 × 50 °C = 0,675 mm

Le jeu minimal recommandé est de 3 mm par côté pour les vitrages de moins de 1 m², et de 5 mm par côté pour les vitrages plus grands. Pour les vitrages isolants, le jeu doit être augmenté de 1 mm par côté pour compenser la pression interne.

Calcul de la flèche admissible

La flèche (déformation) d'un vitrage sous charge de vent est limitée à L/175 où L est la plus petite dimension du vitrage, avec un maximum de 25 mm. Pour un vitrage de 1 200 mm × 1 500 mm, la flèche maximale est :

Flèche max = 1 200 mm / 175 = 6,86 mm

Cette limite est importante pour éviter la défaillance du vitrage et la perte d'étanchéité.

Calcul de la pression de vent

La pression de vent est calculée selon le Code national du bâtiment du Canada (CNB). La formule simplifiée :

P = q × Ce × Cg × Cp

Où :

P = pression de vent (Pa)

q = pression dynamique de base (dépend de la vitesse de vent régionale)

Ce = coefficient d'exposition (dépend de la hauteur et de la rugosité du terrain)

Cg = coefficient de rafale

Cp = coefficient de pression externe (dépend de la forme du bâtiment)

Pour l'examen, vous devez savoir que la pression de vent augmente avec la hauteur du bâtiment et que les zones de bordure (coins) subissent des pressions plus élevées que les zones centrales.

Calcul de la résistance du vitrage

La résistance d'un vitrage sous charge de vent est déterminée à partir de la contrainte admissible et du module de section. Pour un vitrage rectangulaire simplement appuyé sur ses quatre côtés :

σ = (k × P × a²) / t²

Où :

σ = contrainte maximale (MPa)

k = coefficient dépendant du rapport des côtés (environ 0,75 pour un rapport 1:1, 0,50 pour 2:1)

P = pression de vent (kPa)

a = plus petite dimension (m)

t = épaisseur du verre (mm)

Pour le verre recuit, σ doit être ≤ 17 MPa. Pour le verre trempé, σ doit être ≤ 68 MPa.

Normes et codes applicables

Code national du bâtiment du Canada (CNB)

Le CNB (partie 9 pour les petits bâtiments, partie 4 pour les grands bâtiments) impose des exigences sur :

Article 9.6.1.2 : Les vitrages doivent être conformes aux normes CAN/CGSB-12.1 (verre recuit), CAN/CGSB-12.3 (verre trempé), CAN/CGSB-12.4 (verre feuilleté).

Article 9.6.1.3 : Les portes et les fenêtres doivent être conformes à la norme CSA A440 (fenêtres) ou CSA A440.2 (portes).

Article 9.6.1.4 : Les vitrages de sécurité sont requis dans les portes, les douches, les baignoires, les cloisons de douche, les garde-corps et les zones dangereuses.

Article 4.1.5.14 : Les garde-corps en verre doivent être conçus pour résister aux charges spécifiées.

Normes CAN/CGSB

Les normes du Conseil canadien des normes (CGSB) définissent les exigences de fabrication et de performance :

Norme	Titre	Exigence clé
CAN/CGSB-12.1	Verre plat recuit	Épaisseurs, tolérances, qualité optique
CAN/CGSB-12.3	Verre de sécurité trempé	Fragmentation, résistance
CAN/CGSB-12.4	Verre de sécurité feuilleté	Résistance à la pénétration, durabilité
CAN/CGSB-12.8	Vitrages isolants	Étanchéité, point de rosée, durabilité
CAN/CGSB-12.10	Verre à couche	Performance solaire, durabilité des couches

Norme CSA A440

La norme CSA A440 (Fenêtres) spécifie les exigences de performance pour les fenêtres et les portes-fenêtres. Les classifications sont basées sur :

Étanchéité à l'air : A1 (minimum) à A3 (maximum)

Étanchéité à l'eau : B1 (minimum) à B7 (maximum)

Résistance à la charge de vent : C1 (minimum) à C5 (maximum)

Performance de surcharge : D1 à D5

Pour l'examen, retenez que la classification complète est notée sous la forme A3-B7-C5-D5 (exemple de performance maximale).

Procédures d'installation

Installation d'un vitrage dans un châssis

La procédure standard comprend :

106.Préparation de la feuillure : nettoyage, application d'un apprêt si nécessaire, vérification de la planéité.

107.Pose des cales d'appui : positionnées au quart de la largeur, sur une surface plane et continue.

108.Mise en place du vitrage : centrage dans la feuillure, vérification du jeu uniforme (3 à 5 mm par côté).

109.Pose des cales de stabilisation : insérées sans forcer, sans créer de contrainte.

110.Application du mastic : en continu, sans bulles d'air, avec un outil adapté pour compacter le mastic.

111.Pose du parclose ou du profilé de pression : fixé mécaniquement, sans contact direct avec le verre.

112.Nettoyage : retrait de l'excédent de mastic avant polymérisation.

Installation d'un vitrage structural (silicone structural)

Le vitrage structural (structural glazing) fixe le verre au cadre uniquement par le silicone. Les exigences sont :

Largeur du joint : 6 mm minimum, 20 mm maximum.

Profondeur du joint : 6 mm minimum, 15 mm maximum.

Le joint doit être appliqué sur deux faces (en L) ou sur quatre faces (en quadrilatère).

La surface de contact doit être nettoyée avec un solvant approprié (isopropanol) et apprêtée si spécifié par le fabricant.

Le temps de polymérisation du silicone est de 7 à 14 jours à 23 °C et 50 % d'humidité relative.

Installation d'un vitrage isolant

Le vitrage isolant doit être manipulé avec précaution pour ne pas endommager le scellement périphérique. Les règles :

Ne jamais soulever par les coins.

Utiliser des ventouses avec un angle de 45° minimum.

Ne pas exposer au soleil direct avant installation (risque de surpression interne).

Vérifier que la pression barométrique interne est équilibrée (tube de compensation si présent).

Le jeu de vitrage doit être augmenté de 1 mm par côté par rapport au verre monolithique.

Pièges à éviter

128.Confondre verre trempé et verre thermodurci : le trempé se fragmente en petits granulés, le thermodurci en fragments plus grands. Le thermodurci n'est pas un verre de sécurité.

129.Oublier que le verre trempé ne peut pas être coupé après trempe : toute découpe doit être faite avant le traitement.

130.Placer les cales d'appui aux mauvais endroits : elles doivent être au quart de la largeur, jamais au centre ni aux coins.

131.Utiliser des cales en bois ou en métal : seuls le néoprène, l'EPDM et le silicone sont acceptables.

132.Négliger le jeu de dilatation : un vitrage sans jeu se fissurera sous l'effet de la dilatation thermique.

133.Confondre les valeurs U et R : la valeur U est en W/m²·K, la valeur R en m²·K/W. R = 1/U.

134.Oublier que le silicone structural nécessite un apprêt : la plupart des profilés d'aluminium anodisé nécessitent un apprêt spécifique.

135.Ne pas vérifier la compatibilité des mastics : certains mastics (polysulfure) sont incompatibles avec certains silicones.

136.Installer un vitrage isolant avec une couche Low-E en position incorrecte : la couche doit être orientée vers la cavité (position 2 ou 3 dans un double vitrage).

137.Ignorer les exigences du CNB pour les vitrages de sécurité : toute surface vitrée à moins de 900 mm du plancher dans une zone de circulation doit être en verre de sécurité.

Résumé

Le verre recuit est le matériau de base ; le verre trempé offre une résistance 4 à 5 fois supérieure et se fragmente en granulés ; le verre feuilleté maintient les fragments en place grâce à un intercalaire.

Les vitrages isolants combinent deux ou trois feuilles de verre avec une cavité remplie d'air ou de gaz noble pour améliorer la performance thermique.

Les cales d'appui supportent le poids du vitrage et sont placées au quart de la largeur ; les cales de stabilisation maintiennent la position latérale.

Le jeu de vitrage minimal est de 3 mm par côté pour les petits vitrages et 5 mm pour les grands, avec une augmentation de 1 mm pour les vitrages isolants.

La flèche maximale sous charge de vent est de L/175 (maximum 25 mm).

Le CNB impose des vitrages de sécurité dans les portes, les douches, les garde-corps et les zones à moins de 900 mm du plancher.

Les normes CAN/CGSB-12.x définissent les exigences de fabrication ; la norme CSA A440 classe les fenêtres selon leur performance (A, B, C, D).

Le silicone structural est le seul mastic autorisé pour le vitrage structural ; il nécessite des conditions contrôlées et un apprêt.

Les entretoises à bord chaud réduisent la condensation en bordure des vitrages isolants.

La dilatation thermique du verre est de 9 × 10⁻⁶ m/m·°C ; elle doit être compensée par le jeu de vitrage.

Ce chapitre couvre les fondamentaux des systèmes de vitrage. Assurez-vous de maîtriser les calculs de jeu et de flèche, les exigences du CNB et les classifications CSA A440 avant de passer aux chapitres suivants sur les murs-rideaux et les garde-corps.

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