Vitrage électrochrome : la promesse d’un habitat tempéré

Rédigé par Benoit JOLY
Publié le 06/02/2017

La clinique ophtalmologique de Speicher (Suisse), conçue par l’architecte Carlos Martinez, intègre les nouveaux vitrages SageGlass Vario de Saint-Gobain

Article paru dans le d'A n°251

Pour concilier de larges façades vitrées avec un certain confort thermique, l’architecture tertiaire a souvent recours à l’usage de la climatisation. S’affranchissant de concepts bioclimatiques élémentaires, elle se dote de protections solaires qui peuvent atteindre leurs limites à mesure que les surfaces de vitrage augmentent. Aujourd’hui, le développement à échelle industrielle de la technologie électrochrome offre non seulement la possibilité d’une architecture enfin libérée des contraintes d’ensoleillement, mais se révèle comme un outil clé pour tenir les objectifs BEPOS (bâtiment à énergie positive) fixés à l’horizon 2018.


Détenue par une poignée de fabricants dans le monde (Saint-Gobain et EControl-Glas en Allemagne), la technologie électrochrome n’est pas nouvelle. Si le premier prototype est né il y a vingt-cinq ans, la production à échelle industrielle n’a que trois ans. D’abord employée dans le monde de l’automobile, elle est passée au domaine du bâtiment grâce à la création de grands formats. Aujourd’hui, Saint-Gobain propose un vitrage non plus passif, mais « actif, intelligent et connecté » et pouvant mesurer 1,5 x 3 mètres. Mais concrètement, qu’apporte cette nouvelle technologie, comparée au traditionnel vitrage opacifiant ?

 

Une solution tout en un

L’idée du vitrage SageGlass de Saint-Gobain est de combiner plusieurs fonctions en une pour garantir confort visuel et thermique. Si les claustras, stores et volets permettent de se protéger du rayonnement et de la surchauffe, cela se fait souvent au détriment de la vue vers l’extérieur. Ainsi, le vitrage muni de capteurs se teinte ou s’éclaircit à la demande, progressivement, en fonction des variations météorologiques. Le pilotage peut se faire directement grâce à une télécommande ou un interrupteur : utile dans une salle de projection ou de réunion où l’on souhaiterait obtenir un effet de pénombre. En revanche, il faut anticiper la manipulation, car le processus peut prendre jusqu’à 20 minutes, surtout quand les températures extérieures sont basses. La progression de teintes se fait automatiquement le reste du temps, de façon lente pour que l’œil s’habitue peu à peu. Quand il est connecté, le vitrage peut être relié à la gestion technique du bâtiment (GTB), et c’est là que le produit trouve toute son efficacité : relié au pilotage de la climatisation, du chauffage et de l’éclairage artificiel, il peut aider à économiser jusqu’à 30 % d’énergie.

 

Vers une autonomie totale du vitrage

Le changement de teinte s’effectuant par impulsion électrique (3 V), il est nécessaire d’alimenter le vitrage au réseau électrique. Pour pallier cette contrainte d’intégration, Vinci Construction et Sunpartners Technologies se sont associés pour dévoiler en décembre dernier la fenêtre Horizon. En plus de la technologie SageGlass, elle intègre sur un même châssis un double-vitrage muni d’une couche photovoltaïque, ce qui la rend désormais autonome, prête à poser. Elle est en outre munie d’un boîtier avec batterie, capable de stocker environ 20 Wh, mais dont la durée de vie est limitée à cinq ans. La fenêtre Horizon devrait être produite et commercialisée l’été prochain pour du tertiaire, et testée à grande échelle sur le futur siège de Vinci à Nanterre.

Si pour le moment le marché des vitrages électrochromes se concentre, pour des raisons climatiques, aux États-Unis et au Moyen-Orient, celui des BIPV (building-integrated photovoltaics) devrait passer d’un marché de 3 milliards de dollars en 2015 à 9 milliards en 2019 puis à 25 milliards en 2022. Des chiffres qui répondent aux objectifs fixés par la Directive européenne sur l’efficacité énergétique des bâtiments qui exige le BEPOS en 2018 pour les bâtiments publics neufs et pour tous les bâtiments neufs en 2020. D’ici là, la demande mondiale en vitres intelligentes devrait atteindre 10 millions de mètres carrés (source : IndustryARC Analysis & Expert Insights, 2015).

 

Encadré

CARACTéRISTIQUES TECHNIQUES

Fonctionnement

Un oxyde en couche mince sur la partie intérieure du vitrage extérieur change de teinte en fonction d’une impulsion électrique. Si le rayonnement extérieur se fait moindre, le vitrage revient progressivement à son état initial. Le degré de luminosité et d’opacité est réglable dans les deux sens. Avantage : cette opération est silencieuse, a contrario des systèmes de protections solaires mécaniques.

 

À prendre en compte pour son intégration

Intégrer des vitrages à technologie électrochrome a des répercussions sur l’écriture de la façade. À l’état « Full » en journée, quand les vitrages sont totalement obscurcis, vu de l’extérieur, le bâtiment est opaque. Pendant les phases de transition, on observe une certaine inhomogénéité des couleurs qui peut s’amplifier lorsque les températures sont inférieures à 15 °C. Il faut savoir que le changement de teinte peut être appliqué sur différentes zones d’un même vitrage (jusqu’à trois zones) : cette subdivision peut amener à dessiner une nouvelle trame en façade. Les formats rectangulaire maximum sont de 152,4 x 304,8 cm, mais il est possible d’obtenir d’autres formes (triangulaire, trapézoïdale, parallélogramme). Enfin, il existe quatre couleurs de teinte : bleu, vert, gris foncé, gris clair.

 

Quatre niveaux de teinte :

 

Teinte

Transmission lumineuse

Facteur solaire g

Valeur Ug W/m2.K

CLAIR : aucune teinte (absence d’ensoleillement)

59 %

0,40

1,1

LIGHT : teinté légère (ciel dégagé avec alternance de nuages et d’éclaircies)

17 %

0,12

1,1

MID : teinte forte (ciel dégagé sans d’ensoleillement direct)

6 %

0,07

1,1

FULL : teinte sombre (d’ensoleillement direct, pour prévenir le risque d’éblouissement)

< 1 %

0,05

1,1

 

Coût

Le coût d’investissement (environ 600 euros/m2) est en principe amorti par l’économie faite sur les dispositifs occultant classiques. Cependant, rien ne garantit l’intimité des occupants : le vitrage reste transparent, notamment de nuit quand l’éclairage intérieur est en fonctionnement. Des partenariats existent déjà avec Velux et des vérandalistes pour diffuser le produit à grande échelle.

 

EN LEGENDE :

 

Clinique ophtalmologique à Speicher (Suisse)

Inaugurée en octobre dernier, cette clinique de 7 400 mètres carrés conçue par l’architecte Carlos Martinez intègre les nouveaux vitrages SageGlass Vario de Saint-Gobain – capables de s’adapter à n’importe quel système de menuiseries. La façade vitrée étant orientée Nord, les patients peuvent jouir du panorama sur le lac Constance, sans craindre les variations lumineuses pour leur vue.

 

Étude pour la rénovation de la BNF (Paris)

En 2015, Saint-Gobain et l’agence Dominique Perrault Architecture ont livré en amont de la COP21 une étude dans le cadre d’un projet de rénovation de la Bibliothèque nationale de France. Une simulation thermique dynamique (STD) a été réalisée sur un étage type de bureaux d’une des quatre tours, l’idée étant de remplacer les vitrages existants (Pyroswiss extra-clair) par des vitrages SageGlass résistants au feu. L’étude révèle qu’ils augmentent légèrement les besoins en éclairage artificiel mais qu’ils permettent de réduire fortement les besoins de chaud (– 38 %) et de froid (– 67 %) par rapport à la configuration de base.

 

 

Rénovation du siège de l’INPI (Courbevoie)

© Kamel Khalfi

 

De juin à septembre 2016, ce sont 1 400 mètres de vitrages SageGlass Climaplus Classic qui sont venus remplacer les vitrages existants des trois façades de ce bâtiment livré en… 2012 ! Inauguré en grande pompe à l’époque en présence de Fleur Pellerin et Arnaud Montebourg, il était pourtant auréolé de toutes les vertus, certification HQE et labélisation BEPOS à l’appui : structure bois en épicéa des Vosges, ventilation double-flux, récupération des eaux de pluie, plafond rayonnant réversible, panneaux solaires en toiture (visant un gain supplémentaire de 6 MWh par an). Autre dispositif important mais qui s’est révélé obsolète : les volets en bois munis de capteurs s’inclinant en fonction de l’ensoleillement ont pourri prématurément. Dans les bureaux, les employés ont dû faire installer provisoirement des stores. Un partenariat entre Saint-Gobain et l’Institut national pour la propriété intellectuel (pas moins de 500 brevets y sont déposés pour SageGlass) a permis d’opérer ces transformations nécessaires pour le confort des 550 collaborateurs occupants des bureaux. Le montant de ces importants travaux (dépose du dispositif précédent puis pose des nouveaux vitrages) demeure confidentiel.

[ Architectes de conception : Triptyque, Bidard & Raissi – Architectes d’exécution : DYAarchitectes – Surface : 12 500 m2 Shon, 18 000 m2 Shob – Coût de construction : 27 millions d’euros ]

 

Fenêtre Horizon (Sunpartner Technologie et Vinci Construction) sur un châssis aluminium doté d’un boîtier de connexion

En partie basse (allège photovoltaïque fournie par Avencis) : double-vitrage photovoltaïque Wysips Glass (semi-transparent). Un mètre carré de double vitrage photovoltaïque Wysips peut alimenter jusqu’à 5 m2 de verre électrochrome (en exposition sud, est, ouest). Les formats de ces vitrages sont limités (60 x 120 cm maximum). Il y a cependant la possibilité de travailler sur des formats plus importants, en apposant plusieurs couches photovoltaïques sur un même vitrage, sans jointure apparente.

En partie haute : double-vitrage électrochrome (150 x 300 cm maximum).

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