L'énergie solaire et le vitrage

Radient energy

Le soleil est une source d’énergie radiante considérable. Cette énergie est transmise vers la terre par rayonnement sous forme de radiation électromagnétique.

Radient Energy

Cette radiation s’exprime en longueur d’onde et se mesure en nanomètre (un milliardième de mètre).

Le spectre électromagnétique est la décomposition du rayonnement électromagnétique selon ses différentes composantes, et dans lequel on retrouve l’énergie solaire.

On appelle spectre solaire la répartition en longueurs d'ondes du rayonnement électromagnétique du Soleil. Il se situe entre les micro-ondes et les rayons X et se compose de trois types de radiation : la lumière visible, qui est perceptible à l’œil, l’Infrarouge et l’Ultraviolet, qui sont invisibles, mais que nous ressentons.

Ce diagramme représente la distribution de l’énergie solaire directe, il exprime la contribution de chacune des régions spectrales au gain d’énergie solaire pour un vitrage donné. Ainsi,

  • Sous forme de chaleur que l’on ressent, le rayonnement Infrarouge (IR) compte pour 53%.
  • La Lumière Visible (VL), que l’on voit, compte pour 44%.
  • Le rayonnement Ultraviolet (UV), invisible mais dont nous ressentons les effets, représente les 3% restants.

Ce diagramme exprime la contribution de chacune de ces mêmes régions spectrales aux problèmes de la décoloration ou de dégradation prématurée. Ainsi,

  • Le rayonnement Ultraviolet (UV) contribue à 40%.
  • La Lumière Visible (VL) contribue à 25%.
  • Le rayonnement Infrarouge (IR) contribue à 25%.
  • Le dernier 10% provenant de divers facteurs, tels la lumière artificielle intérieure, le taux d’humidité, les systèmes de chauffage, la fragilité ou la sensibilité des tissus et des matériaux, la qualité des colorants utilisés, etc.

Bien que le rayonnement Ultraviolet en demeure la cause principale, la Lumière Visible et Infrarouge ne sont pas à négliger, car toutes deux combinées, elles représentent un aspect tout aussi important, sinon plus.
En bout de ligne, aucune pellicule ne peut éliminer la décoloration ou la dégradation, elle ne fait qu’en ralentir les effets sur une plus longue période.

rayonnement solaire

L’effet du rayonnement solaire sur le vitrage s’exprime par sa transmission, sa réflexion et son absorption. Ainsi, sur un vitrage clair (incolore), la transmission est de 83%, la réflexion de 8% et l’absorption de 9%. Ce qu’il faut aussi savoir, c’est que l’énergie absorbée est réémise par convection de part et d’autre du verre. Ainsi, 3% est admise vers l’intérieur et 6% est rejetée vers l’extérieur. Conséquemment, l’énergie totale rejetée est de 14% et l’énergie totale admise de 86%.

Attention aux contraintes thermiques.

Le verre brise pour toutes sortes de raisons, avec ou sans pellicule. Et c’est pourquoi, dans la normalité, les fabricants de vitrages ne garantissent pas les bris. Le verre brise lorsqu’il subit une contrainte, principalement

  • thermique, par l’absorption de radiation solaire ou autre source de chaleur.
  • d’impact, accidentel ou intentionnel.
  • de flexion mécanique, causée par le vent ou la pression.
  • de traction, par son propre poids.
  • de torsion ou structural, par affaissement ou mouvement du bâtiment et des cadres de fenêtres.
  • mais aussi périphérique, par obstruction à l’intérieur du cadre, soit en exerçant une pression sur la tranche du verre, comme l’eau qui gèle, ou encore en bloquant son expansion par un corps inerte.

Ainsi, le premier type, soit thermique, est le seul que l’utilisation d’une pellicule peut affecter, cette dernière contribuant à l’augmentation de la contrainte sur un verre ensoleillé. Toutefois, il y a aussi d’autres facteurs à considérer, entre autres

  • la présence d’affiches sur ou encore à une distance extrêmement faible de la surface du verre. Plus la superficie de l’affiche est importante et sa surface foncée, plus le risque est élevé. Le principe est le même pour le lettrage.
  • les draperies, stores ou autres recouvrements de fenêtres trop hermétiques dans leur cadre de fenêtre, emprisonneront la chaleur. Il est donc déconseillé d’ouvrir ces derniers trop rapidement dans une pièce climatisée, cela pouvant créer un choc thermique. Ils devraient toujours être installés sur l’extérieur du cadre de fenêtre. Les stores ne devraient jamais être complètement fermés le jour, ils doivent simplement être orientés de façon à recevoir la lumière sans être incommodé par l’éblouissement. De plus, un espace entre le cadre et le store doit rester libre pour permettre une meilleure circulation de l’air.
  • une source de chauffage ou de climatisation directement orientée sur le vitrage.
  • la surface d’une fenêtre partiellement ombragée par une partie en surplomb. De même qu’aujourd’hui la complexité de certains Designs d’édifice augmente la probabilité de formes d’ombrage uniques tombant sur le vitrage.
  • en hiver, un amoncellement de neige sur le verre extérieur créera un différentiel de température sur les deux surfaces.

Tous ces facteurs pouvant augmenter le potentiel de contrainte thermique et, par conséquent, celui de bris de verre.

Une cassure par contrainte thermique ou bris thermique se produit conséquemment lorsque le verre est exposé au rayonnement solaire et à la chaleur intérieure, et que l’on retrouve une distribution inégale de la température à travers la surface du verre. Plus la différence de température est élevée, plus grande est la contrainte thermique. Si le verre est réchauffé uniformément, le panneau entier prend de l’expansion. Par contre, si le réchauffement est inégal, les variations de température dans le verre créeront des contraintes de tension. Un bris thermique tend à prendre naissance au bord ou à l’arête du panneau de verre lorsque les contraintes de tension excèdent la force du chant du verre. Les caractéristiques d’une cassure par contrainte thermique se distinguent par un angle droit (90°) partant de l’arête autant dans son épaisseur que sur chacune des surfaces. Toujours à angle droit et de façon très nette, elle court à la surface sur une distance de 1 à 2 pouces avant de se propager. Elle ne survient jamais dans un coin ou près d’un coin.

Les explications ci-dessus s’appliquent toutefois au verre « recuit », soit le plus commun. La qualité et l’état du verre ont une implication directe. Une imperfection dans le verre à la fabrication, un dommage sur la surface ou l’arête du verre lors de manipulations ou à l’installation dans son cadre, une égratignure plus profonde, peuvent mener plus rapidement à un bris, contrairement à un risque normalement très faible, lorsque le verre est de qualité, en bonne condition et surtout fabriqué selon les normes.

Par contre, le verre dit « trempé », de par son procédé de fabrication, peut subir et de ce fait résister à ce genre de tensions, de même qu’un verre « renforcé à la chaleur » ou aussi appelé semi-trempé.

Les exclusions suivantes représentent une généralité, certaines d’entre elles peuvent changer selon le manufacturier, et d’autres s’ajoutées selon la technologie et le type de pellicule utilisée. C’est pourquoi la charte de compatibilité établie par le manufacturier de pellicules est un outil essentiel. En complément, l’utilisation d’une pellicule de contrôle d’énergie solaire sur un verre recuit n’est pas recommandée et conséquemment exclus de toutes garanties selon ce qui suit, à savoir

  • sur un verre simple de plus de 100 pieds carrés ou 9.29 m2 de surface.
  • sur un verre isolant (thermos) double de plus de 40 pieds carrés ou 3.72 m2 de surface, ou de plus de 50 pieds carrés ou 4.64 m2 de surface selon le type de pellicule et la recommandation de son fabricant.
  • sur un verre dont la dimension de l’un des côtés dépasse 10 pieds ou 3.05 m linéaires.
  • sur un verre isolant (thermos) triple, à moins d’être approuvé par le fabricant de pellicule.
  • sur un verre clair de plus de 3/8 de pouce ou 9 mm d’épaisseur.
  • sur un verre teinté de plus de ¼ de pouce ou 6 mm d’épaisseur.
  • sur un verre ayant un cadre de fenêtre en béton, en aluminium ou en acier massif.
  • sur un verre circulaire, rond, courbé, laminé, texturé, broché ou armé, réfléchissant, à motif, ou en puits de lumière.
  • sur un verre endommagé, fissuré, ébréché, ou rayé.
  • sur un verre dans un cadre métallique sans joint d’étanchéité.
  • sur un verre dans un cadre de bois dont le joint d’étanchéité est fait de mastic.
  • sur un verre dont le joint d’étanchéité a durci ou est susceptible de durcir avec le temps.
  • sur un verre ayant de la peinture, du lettrage ou graphique en vinyle.