Aujourd’hui, les protections pour vitrages ne sont plus forcément nécessaires pour contrôler lumière et chaleur solaire. Certains vitrages, de manière passive ou active, peuvent désormais ajuster leurs transparence et translucidité.
Pour doser l’apport en énergie solaire d’une pièce, les vitrages à coloration et transparence variable offrent une alternative épurée aux brise-soleil orientables.
En bloquant la chaleur lors des épisodes ensoleillés, cette innovation permet d’économiser de manière substantielle l’énergie nécessaire au rafraîchissement d’un bâtiment. D’autres types de vitrages dont la translucidité est variable, servent à protéger une pièce des regards.
Dans ce secteur novateur, deux grandes familles technologiques coexistent. Alors que les vitrages passifs de type thermochromiques ou photochromiques réagissent automatiquement à la lumière ou à la chaleur, les vitrages actifs tant électrochromiques qu’à cristaux liquides, nécessitent pour fonctionner une mise sous tension électrique.
Les limites du passif
Tout le monde connaît les lunettes de soleil photochromiques qui s’assombrissent lorsque la lumière devient plus intense. Pourtant, du fait de problèmes d’industrialisation des grandes dimensions, aucun système de fenêtres photochromiques n’est pour l’instant commercialisé. De plus, l’automaticité du procédé est davantage adaptée aux périodes estivales qu’aux épisodes froids où l’apport de lumière et de chaleur solaire est apprécié. Une autre approche est celle des verres thermochromiques qui réagissent à la température. Le fabricant SunTek installé à Albuquerque (Nouveau Mexique, États-Unis) a ainsi développé un mince film plastique thermochromique, le « Cloud Gel », qui peut s’insérer dans n’importe quel assemblage de fenêtres. Sous l’effet de la chaleur, il devient blanc et réfléchissant. Du fait de cette absence de transparence, le thermochromique est plutôt réservé à des usages en toiture (lucarnes, dômes ou vasistas) et peut trouver une utilité pour les serres agricoles ou pour les panneaux solaires. En 2010 le groupe japonais Asahi Kasei a signé un accord de partenariat avec SunTek, qui donne l’espoir à l’entrepreneur de pouvoir passer à une étape industrielle. Photo ou thermochromique, le marché du passif est encore balbutiant. Le dynamisme est actuellement du côté des vitrages actifs.
Le contrôle de l’apport solaire avec l’électrochromie
Parmi les verres actifs, le fonctionnement du vitrage électrochrome est le plus économe. La variation de couleur du film électrochrome inséré en sandwich dans un vitrage se déclenche instantanément avec une basse tension continue (0-10 volts DC). Une mise sous tension colore et assombrit le film et l’application d’une tension inverse lui redonne sa transparence d’origine. La migration des ions métalliques et des électrons d’une couche à une autre provoque en effet une coloration, faisant varier la transmission lumineuse du film. Il n’est pas nécessaire de garder sous tension le film qui possède une mémoire de son état. Sa fenêtre de fonctionnement est réglable à la conception, par exemple pour bloquer l’infrarouge ou l’ultra-violet, s’il faut protéger des tableaux ou du mobilier. Le principal produit commercialisé est SageGlass fabriqué par la société américaine Sage Electrochromics. Fabriqué avec cinq couches très fines d’oxydes métalliques (nickel et tungstène...) prises en sandwich entre deux couches conductrices électriques transparentes, il est disponible en double ou triple vitrage pour les fenêtres extérieures, les portes et les lucarnes. La moitié du capital de Sage Electrochromics a été acquis en novembre 2010 par Saint-Gobain. Un des enjeux de cette association est la construction d’une importante usine de production en série de vitrages électrochromes dans le Minnesota (États-Unis).
Le potentiel de l’électrochromie n’est pas complètement exploré. Des recherches sont effectuées en particulier par le laboratoire américain NREL (National Renewable Energy Laboratory) pour mettre au point un vitrage électrochrome autonome alimenté par un film photovoltaïque. Une couche intermédiaire permettrait aussi de charger une batterie extérieure, qui servirait lorsqu’il est nécessaire de rendre sa transparence au vitrage. De son côté, la société canadienne Switch Materials, spin-off de l’université Simon Fraser, met au point un vitrage innovant combinant le meilleur de la thermochromie et de l’électrochromie.
Et dans le haut de gamme...
Une autre technologie de vitrage dite « SPD » (Suspended Particle Device) fonctionnant avec des particules en suspension permet aussi de contrôler le niveau de l’apport solaire. Les particules à l’état naturel sont en suspension de manière erratique entre deux plaques de verre. Elles bloquent la lumière jusqu’à 90 %. Un faible courant électrique permet de les aligner et de rendre le vitrage transparent. L’inconvénient de ce principe actif est de devoir maintenir le vitrage sous tension pour conserver la transparence. Le principal constructeur de fenêtres SPD pour verrières, façades ou toitures est l’anglais Smart Glass, dont les produits sont distribués dans le monde hors Angleterre par Schott.
Sur un autre registre, les vitrages insérant une lame à cristaux liquides (LC) répondent aux besoins d’intimité et de confidentialité. Le vitrage au repos est laiteux et diffuse la lumière, préservant une certaine luminosité. La transparence revient lorsque le vitrage est sous tension (100 volts en courant alternatif), ce qui oriente les dipôles des cristaux liquides dans la même direction et laisse passer la lumière. Pour conserver la transparence, cette technologie active nécessite de garder le vitrage sous tension. Comme la température de fonctionnement recommandée est inférieure à 60 °C, leur utilisation principale est en séparations intérieures de bureaux. L’offre commerciale en cristaux liquides comprend LC Smart Glass et Priva-Lite de Quantum Glass (Saint-Gobain).
