Vitrage structural et murs-rideaux

Introduction au chapitre

Le vitrage structural et les murs-rideaux constituent l'un des domaines les plus techniques du métier de glazier. Ces systèmes ne sont pas de simples fenêtres : ils forment l'enveloppe complète d'un bâtiment et doivent résister à des charges de vent, thermiques, sismiques et gravitationnelles tout en assurant l'étanchéité à l'eau et à l'air. Pour l'examen Sceau Rouge, vous devez maîtriser les principes d'ingénierie, les procédures d'installation, les tolérances et les normes canadiennes applicables. Ce chapitre couvre l'ensemble des connaissances requises, avec un accent sur les pièges fréquents et les points de vérification.

Définitions et terminologie essentielle

Mur-rideau (curtain wall)

Un mur-rideau est une enveloppe extérieure non portante d'un bâtiment. Il ne supporte que son propre poids et les charges qui lui sont directement appliquées (vent, neige accumulée, charges sismiques), puis les transfère à la structure principale par l'intermédiaire d'ancrages. Il ne participe pas à la stabilité structurelle du bâtiment. La distinction fondamentale : le mur-rideau est suspendu à la structure, tandis qu'un mur porteur supporte les planchers au-dessus.

Vitrage structural (structural glazing)

Le vitrage structural est une méthode d'installation où le verre est fixé au cadre (généralement en aluminium) à l'aide d'un scellant structural en silicone. Ce scellant transmet les charges du vent et du poids du verre à la structure. Il n'y a pas de pression mécanique (vis, boulons) visible de l'extérieur ; le verre semble flotter sur la façade. Cette technique est souvent intégrée aux murs-rideaux, mais peut aussi être utilisée sur des fenêtres individuelles ou des verrières.

Termes clés à connaître

Terme	Définition
Mullion	Montant vertical principal d'un mur-rideau
Transom	Traverse horizontale reliant les montants
Pressure plate	Plaque de pression fixant le verre au cadre
Gasket	Joint d'étanchéité en caoutchouc ou néoprène
Setting block	Bloc de support en néoprène placé sous le verre
Shim	Cale de réglage pour alignement
Glazing pocket	Rainure du cadre recevant le verre
Butt joint	Joint entre deux panneaux de verre sans montant visible
Structural silicone	Scellant à base de silicone conçu pour transmettre des charges
Weep hole	Orifice d'évacuation d'eau dans le cadre

Principes de conception et de transfert de charges

Cheminement des charges

Dans un système de mur-rideau, les charges suivent un cheminement précis :

15.Charge de vent : appliquée sur la surface du verre → transmise au cadre (via le scellant structural ou les plaques de pression) → transmise aux mullions et transoms → transmise aux ancrages → transmise à la structure du bâtiment.

16.Charge gravitationnelle (poids du verre) : supportée par les setting blocks en néoprène placés au quart de la largeur du panneau (à 25 % et 75 % de la portée) → transmise au cadre horizontal → transmise aux mullions.

17.Charge thermique : due aux différences de dilatation entre le verre, l'aluminium et la structure. Les joints de dilatation et les glissements dans les cadres doivent absorber ces mouvements.

Calcul de la flèche admissible

La flèche (déformation) des mullions sous charge de vent est un paramètre critique. La norme canadienne exige que la flèche maximale d'un mullion ne dépasse pas L/175 (où L est la portée libre du mullion) pour les murs-rideaux, et L/360 pour les fenêtres opérables. Pour le vitrage structural, la flèche est limitée à L/175 avec un maximum absolu de 19 mm (3/4 po).

Exemple de calcul : un mullion de 3,6 m (12 pi) de portée sous charge de vent de 1,5 kPa. La flèche admissible est :

L/175 = 3600 mm / 175 = 20,6 mm

Mais limitée à 19 mm → la flèche admissible est donc 19 mm

Calcul de la pression de vent

La pression de vent de calcul (q) est déterminée selon le Code national du bâtiment du Canada (CNBC) , partie 4 (charges et effets). La formule de base :

q = 0,5 × ρ × V² × Cg × Cp

Où :

ρ = masse volumique de l'air (1,2929 kg/m³ à 15 °C)

V = vitesse de référence du vent (m/s) selon l'emplacement

Cg = coefficient de rafale

Cp = coefficient de pression externe

En pratique, le glazier n'effectue pas ces calculs (ils sont faits par l'ingénieur), mais il doit comprendre l'impact de la pression de vent sur le choix du verre et la méthode d'installation.

Types de systèmes de murs-rideaux

Système à cadres (stick system)

Le système à cadres est assemblé pièce par pièce sur le chantier. Les mullions sont d'abord fixés aux ancrages, puis les transoms sont insérés, et enfin les panneaux de verre sont posés. Avantages : flexibilité, coût réduit pour les petites surfaces, transport facile. Inconvénients : plus de joints à sceller sur le chantier, risque accru de fuites si la main-d'œuvre n'est pas qualifiée.

Système à panneaux préfabriqués (unitized system)

Les panneaux préfabriqués sont assemblés en usine (verre, cadre, joints) puis transportés au chantier et hissés en place. Avantages : qualité contrôlée en usine, installation rapide, moins de travail en hauteur. Inconvénients : coût initial plus élevé, nécessite une grue, tolérance d'installation plus stricte.

Comparaison des systèmes

Critère	Système à cadres	Système préfabriqué
Assemblage	Sur le chantier	En usine
Coût initial	Plus faible	Plus élevé
Vitesse d'installation	Lente	Rapide
Contrôle qualité	Variable	Élevé
Étanchéité	Dépend de la main-d'œuvre	Testée en usine
Transport	Facile (pièces)	Nécessite des remorques spéciales
Tolérances	Plus permissives	Très strictes

Système à vitrage structural (structural glazing system)

Dans ce système, le verre est collé au cadre en aluminium avec un scellant structural en silicone. Le silicone doit avoir une résistance en traction et en cisaillement certifiée. La largeur du joint de silicone est calculée par l'ingénieur en fonction de la charge de vent et de la résistance du scellant. Typiquement, la largeur du joint varie de 6 mm à 25 mm.

Le vitrage structural peut être :

À quatre côtés : le verre est collé sur les quatre côtés (le plus courant)

À deux côtés : le verre est collé sur deux côtés opposés, les autres étant maintenus mécaniquement

Matériaux et composants

Verre

Le verre utilisé dans les murs-rideaux est presque toujours trempé ou feuilleté pour des raisons de sécurité et de résistance thermique.

Type de verre	Résistance	Utilisation typique
Recuit (float)	Faible	Intérieur, petites fenêtres
Trempé (thermiquement)	4 à 5 fois le recuit	Murs-rideaux, vitrages de sécurité
Feuilleté	Résiste aux chocs, reste en place	Garde-corps, toits, zones à risque
Trempé-feuilleté	Combinaison des deux	Applications critiques
Isolant (double/triple vitrage)	Thermique	Tous les murs-rideaux modernes

Le vitrage isolant (IGU - Insulated Glass Unit) est composé de deux ou trois feuilles de verre séparées par une lame d'air ou de gaz (argon, krypton) et scellées hermétiquement. Le glazier doit vérifier l'étanchéité du scellement périphérique et l'intégrité du déshydratant.

Aluminium

Les cadres en aluminium sont extrudés en alliages 6063-T5 ou 6063-T6. L'aluminium a un coefficient de dilatation thermique d'environ 23 × 10⁻⁶ /°C (contre 9 × 10⁻⁶ pour le verre). Cette différence de dilatation doit être absorbée par les joints de silicone et les jeux de glissement.

Scellants et joints

Scellant structural en silicone : utilisé pour le vitrage structural, doit être certifié selon la norme ASTM C1184 (Standard Specification for Structural Silicone Sealants)

Scellant de calfeutrage en silicone : pour l'étanchéité des joints entre panneaux, conforme à ASTM C920

Gaskets en néoprène : joints préformés en EPDM ou néoprène, utilisés pour l'étanchéité mécanique

Setting blocks : blocs en néoprène d'une dureté Shore A de 90, placés sous le verre pour répartir le poids

Procédures d'installation

Préparation et vérification préalable

Avant toute installation, le glazier doit :

59.Vérifier les plans et devis : dimensions, types de verre, types de cadres, tolérances spécifiées

60.Inspecter la structure : les ancrages doivent être en place, alignés et conformes aux plans

61.Vérifier les tolérances de la structure : la structure du bâtiment doit être dans les tolérances acceptables (généralement ± 6 mm sur l'alignement vertical et horizontal)

62.Planifier la séquence d'installation : de bas en haut pour les murs-rideaux, ou selon les plans

Installation des ancrages

Les ancrages relient le mur-rideau à la structure du bâtiment. Ils doivent permettre un réglage tridimensionnel (x, y, z) pour compenser les tolérances de la structure. Les ancrages sont généralement en acier galvanisé ou en aluminium, fixés par boulons ou par soudure.

Points critiques :

Les ancrages doivent être réglables avant le serrage final

La corrosion galvanique entre l'aluminium et l'acier doit être évitée par une isolation (plaque de néoprène ou revêtement)

Les boulons doivent être serrés au couple spécifié (généralement 20-40 N·m selon le diamètre)

Pose des mullions et transoms

Les mullions sont posés verticalement, avec un niveau laser ou un fil à plomb. La tolérance verticale est de ± 1,5 mm sur 3 m (1/16 po sur 10 pi). Les transoms sont insérés entre les mullions et fixés par des équerres ou des vis.

Les joints de dilatation entre les mullions (tous les 6 à 9 m) doivent être prévus pour absorber la dilatation thermique. Un espace de 12 à 20 mm est typique, comblé par un joint de silicone.

Installation du verre

La procédure d'installation du verre dans un système à cadres :

74.Nettoyer la rainure (glazing pocket) : enlever toute poussière, huile ou débris

75.Installer les setting blocks : à 25 % et 75 % de la largeur du panneau, pour répartir le poids

76.Installer les gaskets intérieurs : joints préformés dans la rainure

77.Poser le panneau de verre : à l'aide de ventouses, en le centrant dans la rainure

78.Installer les gaskets extérieurs : poussés en place avec un outil à gasket

79.Installer les plaques de pression : fixées au cadre pour maintenir le verre

80.Appliquer le scellant de finition : sur les joints entre panneaux et aux intersections

Pour le vitrage structural, la procédure diffère :

82.Le verre est collé au cadre en usine ou sur le chantier dans un environnement contrôlé

83.La surface de collage doit être parfaitement propre (nettoyage avec solvant, puis primaire)

84.Le silicone structural est appliqué en cordon continu, sans bulles d'air

85.Le temps de cure est de 7 à 14 jours avant manipulation complète

86.Le verre est ensuite installé comme un panneau préfabriqué

Étanchéité et test d'eau

L'étanchéité à l'eau est testée selon la norme AAMA 501.1 (Standard Test Method for Water Penetration of Exterior Windows, Curtain Walls and Doors). Le test consiste à appliquer un jet d'eau à une pression spécifiée (généralement 300 à 700 Pa) pendant 15 minutes et à vérifier qu'aucune infiltration ne se produit.

Les weep holes (orifices d'évacuation) doivent être dégagés pour permettre l'évacuation de l'eau condensée ou infiltrée. Ils sont placés à la base des mullions et des transoms, généralement de 6 mm de diamètre, tous les 600 mm.

Normes et codes canadiens applicables

Code national du bâtiment du Canada (CNBC)

Le CNBC est la référence principale pour les exigences structurelles et de sécurité. Les sections pertinentes pour le glazier :

Partie 4 : Charges et effets (calcul des charges de vent, de neige, sismiques)

Partie 5 : Séparation des éléments (étanchéité à l'air et à l'eau, contrôle de la vapeur)

Partie 9 : Habitations (pour les petites fenêtres, mais pas pour les murs-rideaux)

Normes CSA

CSA A440 : Fenêtres (norme de performance pour les fenêtres, incluant les tests d'étanchéité à l'air et à l'eau)

CSA A440.2 : Fenêtres et portes à haut rendement énergétique (classification énergétique)

CSA A500 : Murs-rideaux (norme spécifique pour les murs-rideaux, incluant les exigences de performance et d'essai)

Normes AAMA (American Architectural Manufacturers Association)

Bien que américaines, ces normes sont largement utilisées au Canada :

AAMA 501.1 : Test d'infiltration d'eau

AAMA 501.4 : Test de performance dynamique (pression de vent)

AAMA 503 : Spécification pour le vitrage structural en silicone

Exigences clés du CNBC pour le vitrage

Le CNBC exige que le verre dans les murs-rideaux soit :

Trempé ou feuilleté s'il est situé à moins de 1,8 m du sol fini (risque d'impact)

Feuilleté pour les garde-corps et les verrières au-dessus des zones de circulation

Capable de résister à la charge de vent calculée avec un facteur de sécurité de 2,5

Calculs pratiques pour le glazier

Calcul de la flèche admissible

Pour un mullion de portée L (en mm) :

Mur-rideau : flèche max = L/175 (max 19 mm)

Fenêtre opérable : flèche max = L/360

Exemple : Mullion de 4,2 m (4200 mm) dans un mur-rideau.

Flèche admissible = 4200 / 175 = 24 mm → mais limitée à 19 mm → 19 mm

Calcul de la largeur du joint de silicone structural

La largeur minimale du joint (w) est calculée par :

w = (P × A) / (S × 2)

Où :

P = pression de vent de calcul (kPa)

A = aire du panneau de verre (m²)

S = résistance au cisaillement du silicone (typiquement 0,14 MPa pour un scellant certifié)

Le facteur 2 représente la répartition sur deux côtés (pour un vitrage à quatre côtés, on utilise le côté le plus court)

Exemple : Panneau de 1,5 m × 2,0 m, pression de vent de 2,0 kPa, silicone avec S = 0,14 MPa.

A = 1,5 × 2,0 = 3,0 m²

Charge totale = 2,0 kPa × 3,0 m² = 6,0 kN

Largeur du joint = (6,0 kN) / (0,14 MPa × 2 × 1,5 m) = 6000 N / (0,14 × 10⁶ N/m² × 3,0 m) = 0,0143 m = 14,3 mm

La largeur minimale est donc de 15 mm (arrondi au supérieur).

Calcul du poids du verre

Le poids du verre est d'environ 2,5 kg/m² par mm d'épaisseur.

Exemple : Panneau de verre trempé de 12 mm, dimensions 1,5 m × 2,0 m.

Surface = 3,0 m²

Poids = 3,0 m² × 12 mm × 2,5 kg/m²/mm = 90 kg

Ce calcul est essentiel pour déterminer le nombre de ventouses nécessaires et la capacité de levage.

Pièges à éviter

Erreurs de mesure et de tolérance

Ne pas vérifier les dimensions réelles de l'ouverture avant de commander le verre. Les plans peuvent différer de la réalité. Toujours mesurer sur place.

Confondre les tolérances : la tolérance de fabrication du verre (± 1,5 mm) n'est pas la même que la tolérance d'installation du cadre (± 6 mm).

Oublier le jeu de dilatation : le verre doit avoir un jeu minimal de 3 mm de chaque côté dans la rainure pour permettre la dilatation thermique.

Erreurs d'installation

Placer les setting blocks au mauvais endroit : ils doivent être au quart de la largeur (25 % et 75 %), pas au centre ni aux extrémités.

Serrage excessif des plaques de pression : cela peut créer des points de concentration de contraintes et fissurer le verre. Le couple de serrage doit être respecté.

Utiliser un scellant non structural pour le vitrage structural : le silicone ordinaire n'a pas la résistance certifiée. Vérifier la certification ASTM C1184.

Nettoyer les surfaces de collage avec un produit laissant un résidu : utiliser uniquement les solvants recommandés (isopropanol, méthyléthylcétone) et laisser sécher complètement.

Erreurs de conception et de code

Ignorer la différence de dilatation entre l'aluminium (23 × 10⁻⁶ /°C) et le verre (9 × 10⁻⁶ /°C). Sur une longueur de 6 m, la différence est de 14 mm pour un ΔT de 50 °C.

Ne pas prévoir de joints de dilatation dans les mullions tous les 6 à 9 m.

Utiliser du verre recuit dans une application où le code exige du verre trempé ou feuilleté (près du sol, garde-corps, verrières).

Oublier les exigences de sécurité pour le verre situé à moins de 1,8 m du sol : il doit être trempé ou feuilleté selon le CNBC.

Pièges spécifiques à l'examen

Confondre les normes : CSA A440 (fenêtres) vs CSA A500 (murs-rideaux). L'examen peut vous demander quelle norme s'applique.

Oublier le facteur de sécurité de 2,5 pour le calcul de la résistance du verre.

Ne pas connaître les valeurs de dilatation : aluminium 23 × 10⁻⁶ /°C, verre 9 × 10⁻⁶ /°C, acier 12 × 10⁻⁶ /°C.

Confondre flèche admissible : L/175 pour mur-rideau, L/360 pour fenêtre opérable.

Ne pas savoir que les setting blocks sont en néoprène d'une dureté Shore A de 90.

Conseils pour l'examen

158.Mémorisez les valeurs clés : dilatation de l'aluminium et du verre, poids du verre (2,5 kg/m²/mm), flèches admissibles (L/175, L/360), dureté des setting blocks (Shore A 90).

159.Comprenez le cheminement des charges : verre → cadre → ancrages → structure. Les questions sur le transfert de charges sont fréquentes.

160.Sachez identifier les types de systèmes : stick system vs unitized system, et leurs avantages/inconvénients respectifs.

161.Connaissez les normes par leur nom complet : "Code national du bâtiment du Canada", "CSA A440", "CSA A500", "ASTM C1184".

162.Pratiquez les calculs : flèche, poids du verre, largeur du joint de silicone. Les questions de calcul sont souvent au programme.

163.Visualisez les procédures : l'ordre d'installation (ancrages → mullions → transoms → verre → étanchéité) est une question classique.

Résumé

Le vitrage structural et les murs-rideaux sont des systèmes complexes qui exigent une compréhension approfondie des principes structurels, des matériaux et des normes. Les points essentiels à retenir :

Le mur-rideau est non portant et transfère les charges à la structure via des ancrages

Le vitrage structural utilise un silicone certifié (ASTM C1184) pour transmettre les charges

Les flèches admissibles sont L/175 (mur-rideau) et L/360 (fenêtre opérable)

Les setting blocks sont placés au quart de la largeur du panneau

Le poids du verre est de 2,5 kg/m² par mm d'épaisseur

Les tolérances d'installation sont ± 1,5 mm sur 3 m pour la verticalité

Les joints de dilatation sont nécessaires tous les 6 à 9 m

Les normes clés sont le CNBC (parties 4 et 5), CSA A440, CSA A500 et AAMA 501.1

Le verre près du sol (< 1,8 m) doit être trempé ou feuilleté

Les weep holes assurent l'évacuation de l'eau et doivent être dégagés

La maîtrise de ces concepts, combinée à la pratique des calculs et à la connaissance des normes, vous permettra de réussir les questions sur ce sujet à l'examen Sceau Rouge.

Vitrage structural et murs-rideaux