Nous suivre Les Cahiers Techniques du bâtiment

Dossier

Transparence et translucidité pour moduler la transmission

Sujets relatifs :

Transparence et translucidité pour moduler la transmission

Les membranes composites ajourées sont classées selon leur nature, résistance mécanique, poids, la largeur minimale des soudures, leur translu-cidité et réaction au feu. Le polycarbonate répond aux probléma-tiques d’isolation thermique, de résistance aux UV, de transparence et de contrôle solaire.

© (Doc. Coll. M-Berthelot (Bordeaux, 33) /Danpalon.)

Les matériaux transparents ont la lourde tâche d’apporter de la lumière naturelle dans les locaux. Mais il leur faut répondre à d’autres paramètres tels que l’isolation, le contrôle solaire ou encore la facilité de mise en œuvre. À leur disposition : vitrages, briques de verre, membranes ETFE, ou encore membranes composites ajourées.

Faire pénétrer la lumière naturelle dans des bâtiments de plus en plus « ouverts » impose le recours à des matériaux capables d’assurer la transmission lumineuse. Transmission totale ou partielle, dans le cas de la translucidité.

Mais faire pénétrer la lumière du jour revient à laisser entrer de l’énergie dans le bâtiment. Résultat : selon le type de bâtiment et les saisons, on aura besoin aussi d’assurer l’isolation thermique, la protection solaire, l’intimité, l’acoustique… Un ensemble de contraintes croisées et souvent contradictoires. Une équation complexe quel que soit le matériau choisi, et que seule une simulation réalisée par un bureau d’études permettra de résoudre. Le premier des matériaux auxquels on pense immédiatement, est le plus ancien : le verre. Lequel a profondément évolué. Avec le développement des verres à couches, il est apte à répondre à l’ensemble de ces contraintes, tout en laissant passer avantageusement la lumière naturelle (voir les CTB n° 330, page 52).
Sur ce plan, un vitrage de qualité aura une transmission lumineuse de 81 %. Si le vitrage est doté de couches de protection solaire, la transmission lumineuse descend à 75 voire 70 %. Sur le plan du contrôle solaire, les dernières avancées portent sur des vitrages à triple couche d’argent déposée sous vide. Ces produits améliorent encore les performances en combinant une transmission lumineuse de l’ordre de 60 % à un facteur solaire de 29 %. Il existe aussi des verres colorés qui ne laissent pénétrer que 40 à 50 % de lumière ou des vitrages électrochromes. Ces derniers adaptent la transmission lumineuse et calorifique à l’ensoleillement et à la température ambiante d’un bâtiment, tout en laissant l’extérieur visible. Ainsi, l’intensité de la teinte de ces vitrages est contrôlable de façon dynamique, dans une fourchette de 62 à 2 % de transmission lumineuse, sans rien perdre en transparence.

Brique de verre

Le verre, c’est aussi la brique de verre. C’est l’architecture Arts déco et le Mouvement moderne qui l’ont popularisée. La façade de la maison de verre de Pierre Chareau en est un exemple. Mais dans les années 1970, elle a bien failli disparaître. Aujourd’hui, les prescripteurs s’y intéressent à nouveau, car ces produits verriers ont la capacité d’apporter de la lumière naturelle à l’intérieur des locaux depuis les toitures - on parle alors de pavés de verre - et les façades.
À l’inverse d’une surface vitrée traditionnelle, la brique de verre apporte une présence tridimensionnelle qui peut être intensifiée en jouant sur l’aspect, l’épaisseur et la couleur du quadrillage du joint, la brique filtrant plus ou moins la lumière.
Suivant les modèles, le facteur de transmission lumineuse est de l’ordre de 50 à 70 % pour les briques teintées, et de 65 à 85 % pour les briques incolores. Les différents modèles permettent de jouer avec la lumière, de la transparence à l’opalescence. Incolores et lisses, elles sont totalement transparentes ; nuagées, elles décomposent l’image ; satinées, elles jouent l’opalescence (invisibilité de chaque côté de la paroi, tout en filtrant la lumière).
Les briques dépolies bénéficient, quant à elles, d’une opalescence plus couvrante. Les industriels développent des briques dites « isolantes », qui affichent, pour les briques double paroi, 2,8 à 3,2 W/m 2 K, contre 5 W/m 2 K pour les simples parois. Ces performances sont obtenues grâce à la technique de fabrication par soudure à chaud de deux demi-briques creuses contenant de l’air raréfié.

Membrane ETFE

Mais le verre n’est plus le seul matériau à autoriser la pénétration de la lumière naturelle en toute transparence, tout en répondant aux contraintes d’isolation thermique ou de contrôle solaire. Ainsi, les membranes d’Éthylène tétrafluoroéthylène (ETFE), copolymère de la famille de fluopolymères, ont des propriétés qui en font un matériau de choix, notamment en toiture et, depuis peu, en façade pour apporter de la transparence avec des structures légères et isolantes.
Les films ou membranes ETFE dans des applications monocouches ou multicouches se distinguent par leur légèreté (50 à 100 fois plus légères que le verre, 1,5 à 2 kg/m²). Ce qui limite le dimensionnement des structures de support, des portées et des liaisons, et donc génère une économie substantielle. Un cas de figure impossible avec le verre.

90 % de lumière naturelle

C’est la recherche de la lumière naturelle au sein des bâtiments qui a amené les prescripteurs à s’intéresser à cette solution constructive non-traditionnelle, qui fait l’objet soit d’Atex, soit d’Avis techniques du Cstb. En effet, entre autres points forts, elle a pour elle la transparence. Une feuille ETFE laisse passer environ 90 % de la lumière naturelle, même dans le spectre des ultraviolets. Cette propriété la rend donc tout à fait pertinente dans des applications en toitures d’atriums, de restaurants, de centres commerciaux, de musées ou encore de jardins botaniques. Et si l’on souhaite limiter l’apport de lumière comme avec le verre, les coefficients de transmission de la lumière du soleil peuvent être régulés en imprimant une feuille avec un motif spécifique, ou deux feuilles avec des motifs complémentaires. On pourra également opter pour une coloration dans la masse en variant l’intensité.

Coussins gonflables

Sur le plan technique, ces membranes sont mises en œuvre sous la forme de coussins d’air qui comprennent au moins deux feuilles d’ETFE arrondies, assemblées par thermosoudure, et un système de chambres à air gonflées à une pression de 220 ± 30 Pa. Un système de soufflerie, pour maintenir les coussins à une pression minimale constante, requiert un minimum d’énergie : ce sera là le seul défaut de cette technologie. Un déshumidificateur évite les phénomènes de condensation. Quant aux tuyaux de liaison avec les coussins, ils sont eux-mêmes dans un ETFE transparent, tandis que celui de l’alimentation principale est en acier inoxydable. L’intérêt de ces coussins réside dans leur grande portée et dans la variété des formes qu’ils autorisent. Pour s’en convaincre, il suffit d’observer le centre commercial Islazul à Madrid, lequel comprend 100 coussins de formes variées - à double lame transparente ou imprimée de 250 µm - formant un lanterneau de 9 200 m 2 . En règle générale, les dimensions maximales des coussins à géométrie circulaire ou carrée sont de 7,5 m, tandis que les rectangulaires ne doivent pas excéder 4,5 m. La longueur, en revanche, peut atteindre 40 m. En ce qui concerne l’ancrage, ils sont fixés via un système de profilés en aluminium extrudé, tandis que des joints EPDM en assurent l’étanchéité.

Isolation thermique

Les coussins sont résistants à la déchirure et à la rupture, mais ce problème peut, néanmoins, survenir. En cas d’endommagement important, le coussin peut facilement être changé sans que cette réparation ait un impact sur le reste de la construction. Le côté extérieur d’une couverture ETFE reste accessible sans équipements lourds. De même, de simples percements seront aisément réparables avec un scotch ETFE qui devient rapidement invisible.
Cerise sur le gâteau, leur grande stabilité aux rayons UV leur confère une excellente tenue dans le temps. De plus, ils offrent une forte résistance aux produits chimiques et solvants, un bon comportement au feu et peuvent se révéler des isolants thermiques de premier ordre, du fait de l’air que les coussins renferment. Ainsi, une toiture en coussins gonflables ETFE autorise, selon le nombre de feuilles, des valeurs d’isolation thermique relativement élevées (2 feuilles : U = 2,94 W/m 2 K, 3 feuilles : U = 1,97 W/m 2 K, 4 feuilles U = 1,48 W/m 2 K).
Quant à son entretien, il s’avère des plus aisés, puisque l’eau de pluie suffit à le nettoyer. Pour un nettoyage plus conséquent, il faudra veiller à utiliser de l’eau additionnée d’un détergent au pH neutre.

Membranes composites ajourées

Cousines des films ETFE, les membranes composites ajourées, plus communément appelées « toiles textiles », sont, entre autres, utilisées pour leur capacité à laisser passer la lumière naturelle. Avec elles, on ne cherche pas la transparence, mais la translucidité. À des degrés variables, elles apportent un éclairage naturel de qualité dans les volumes intérieurs, avec une luminosité bien répartie même par faible luminosité extérieure. Elles conservent, néanmoins, une opacité totale vis-à-vis de l’extérieur.
Ces toiles sont constituées d’un support résistant tissé - polyester, fibres de verre ou fibres de Kevlar - et d’une enduction imperméable - PVC, Téflon ou encore silicone. Le composite polyester/PVC est de très loin le plus utilisé en France. L’effort de rupture d’une bande d’un mètre de large dépasse les 10 tonnes. Le degré de translucidité est de 0 à 15 %. La transmission de la lumière naturelle est de l’ordre de 5 à 45 %. Il en existe de toutes les couleurs, et il affiche généralement un classement au feu M2. Le composite fibres de verre/PTFE (Téflon) possède une résistance un peu plus élevée et une grande durabilité, mais il s’avère plus fragile (perte de résistance sous l’effet de plis), et d’un coût plus élevé. La toile est de couleur blanche et possède un classement au feu M1 (Non-inflammable).
À l’instar des membranes ETFE, ces toiles autorisent des formes complexes sur structure légère en raison de leur faible poids : 1,5 kg/m 2 pour les plus lourdes ! Ce qui les rend également intéressantes en rénovation de salles de sports, piscines où elles apportent une solution technique lumineuse, esthétique et qualitative, tout en conservant la structure existante. En revanche, si elles sont utilisées en protection solaire, elles ne sont pas adaptées pour la thermique.

vous lisez un article des Cahiers Techniques du Bâtiment N°332

Découvrir les articles de ce numéro Consultez les archives 2014 des Cahiers Techniques du Bâtiment

Bienvenue !

Vous êtes inscrit à la news hebdo Cahiers techniques du batiment

Nous vous recommandons

Confort d'été et changement climatique

Dossier

Confort d'été et changement climatique

DEMAIN SERA PLUS CHAUD Intégrer les phénomènes de surchauffe prévus par les climatologues dans la conception et l'aménagement des villes, c'est aussi préparer le bâtiment à assurer[…]

26/06/2019 | ActualitéDossier d'actu
Le bâtiment peine à passer au vert

Dossier

Le bâtiment peine à passer au vert

Toute la lumière sur l'ombre

Dossier

Toute la lumière sur l'ombre

Démultiplier l'effet masse

Dossier

Démultiplier l'effet masse

Plus d'articles