Activité 5 – Verrière showroom — choisir un vitrage SITUATION PRO

Ch03 – Rayonnement thermique | Terminale ERA | ⏱ 35 min

Dernière mise à jour : 4 juin 2026

Ce que tu vas apprendre :

Comparer plusieurs vitrages selon U_g, facteur solaire g, transmission lumineuse TL
Calculer les déperditions hivernales et les apports solaires estivaux
Choisir un vitrage adapté à l'orientation et au climat

🤔 Avant de commencer

Une grande baie vitrée plein sud chauffe naturellement en hiver mais surchauffe en été. Comment un vitrage moderne arrive-t-il à laisser passer la lumière tout en bloquant la chaleur ?

Le vitrage moderne joue sur les longueurs d'onde du rayonnement :

Visible (0,4-0,7 µm) : on veut laisser passer (lumière naturelle, esthétique).
IR proche solaire (0,7-2,5 µm) : on veut bloquer en été (chaleur du soleil).
IR lointain (5-50 µm) : on veut bloquer toute saison (chaleur intérieure qui s'échappe).

Le secret : couches métalliques nanométriques déposées sur le verre (couche « low-e » d'argent ou d'oxyde d'étain). Elles laissent passer le visible mais réfléchissent l'IR.

Selon la composition de la couche, on peut privilégier la rétention de chaleur intérieure (climat froid) ou le blocage des apports solaires (climat chaud / sud).

Situation – Sarah, conceptrice agencement showroom (Strasbourg)

Sarah, conceptrice d'aménagement intérieur chez VitralisDesign 67 Strasbourg, équipe le showroom d'un cuisiniste haut de gamme avec une verrière de 12 m × 3 m en façade sud. Elle compare 4 vitrages selon performances thermiques et coût.

Document 1 — 4 vitrages possibles

Vitrage	U_g (W/m²·K)	g (facteur solaire)	TL	Prix €/m²
Simple vitrage 4 mm	5,7	0,87	0,90	40
Double 4-16-4 air	2,8	0,76	0,80	80
Double 4-16-4 low-e Ar (Climaplus 4S)	1,1	0,62	0,72	150
Triple 4-12-4-12-4 low-e Ar (Eclaz)	0,6	0,52	0,68	250
Double + contrôle solaire (SGG Cool-Lite)	1,1	0,38	0,55	210

Surface verrière : 12 × 3 = 36 m². Orientation sud, Strasbourg (climat semi-continental).

📖 Vocabulaire

U_g (coefficient thermique vitrage): Déperditions du vitrage en W/m²·K. Plus faible = meilleure isolation. Simple vitrage : 5,7. Triple low-e : 0,6.
Facteur solaire g: Fraction du rayonnement solaire qui traverse (entre 0 et 1). g = 0,80 → 80 % du soleil entre. Important pour bilan été.
TL (transmission lumineuse): Fraction de la lumière visible qui traverse. TL = 0,80 → 80 % de la lumière passe. Important pour confort visuel.
Low-e (basse émissivité): Couche métallique sur une face interne du double vitrage. Réfléchit l'IR thermique vers l'intérieur (hiver) ou vers l'extérieur (été selon orientation).

Q1 APP

Déperdition hivernale verrière simple vitrage. T_ext -5 °C, T_int 20 °C.

ΔT = 25 K. A = 36 m². U = 5,7 W/m²·K.

Φ = U·A·ΔT = 5,7 × 36 × 25 = 5 130 W.

Soit 5,1 kW de perte permanente par la verrière à -5 °C extérieur. Énorme pour 36 m² de surface.

Q2 REA

Déperdition hivernale triple low-e (U_g = 0,6).

Φ = 0,6 × 36 × 25 = 540 W.

Soit 9,5× moins que le simple vitrage. Le triple low-e a divisé les pertes par 10.

Comparaison : double standard (U=2,8) → 2 520 W. Double low-e (U=1,1) → 990 W. Triple gagne nettement.

Q3 REA

Apport solaire estival midi (rayonnement 800 W/m² sur la verrière sud à Strasbourg).

Apport entrant = g · 800 · A.

Vitrage	g	Apport solaire (W)
Simple vitrage	0,87	25 056
Double standard	0,76	21 888
Double low-e	0,62	17 856
Triple low-e	0,52	14 976
Double Cool-Lite	0,38	10 944

Le triple low-e laisse encore entrer 15 kW de chaleur solaire midi été = surchauffe quasi inévitable malgré la clim.

Le contrôle solaire SGG Cool-Lite réduit à 11 kW. Mieux pour orientation sud.

Q4 ANA

Bilan annuel énergétique. 2 800 heures de chauffage à ΔT=18 K moyen + 700 h surchauffe été à compenser par clim (g·rayon = 12 kW moyen).

Vitrage	Perte hiver (kWh/an)	Apport été à climatiser (kWh/an)	Total à compenser
Double standard	2,8·36·18·2 800 = 5 080	21·700/3,5 (clim η) = 4 200	9 280 kWh
Double low-e	2 000	3 430	5 430 kWh
Triple low-e	1 090	2 880	3 970 kWh
Double Cool-Lite	2 000	2 100	4 100 kWh

Triple low-e gagne sur l'année. Cool-Lite à égalité (gagne en été, perd en hiver).

Coût annuel énergie : à 0,18 €/kWh, triple low-e = 715 €/an vs double standard 1 670 €/an. Économie 955 €/an.

Q5 ANA

ROI investissement triple low-e vs double standard.

Surcoût triple : (250 − 80) × 36 = 6 120 €.

Économie annuelle : 955 €/an.

ROI = 6 120 / 955 = 6,4 ans. Très favorable pour une verrière de showroom (durée vie 30 ans).

Sur 30 ans : économie 28 650 € − 6 120 € investissement = 22 530 € net.

+ Bonus : confort visuel meilleur (pas d'effet de paroi froide), valeur immobilière du local.

Q6 ANA

Pour Strasbourg orienté sud : triple low-e ou contrôle solaire ?

Strasbourg = climat semi-continental :

Hiver rigoureux : ~ 2 800 h de chauffage à T_ext = 5 °C moyenne.
Été modéré : ~ 200 h vraiment chaudes (> 25 °C).

Priorité : réduire les pertes hivernales. Triple low-e (U=0,6) est meilleur que Cool-Lite (U=1,1).

Le Cool-Lite serait pertinent à Marseille ou Avignon (été plus long, hiver doux).

Compromis envisageable : triple low-e + brise-soleil extérieur (lames orientables) pour bloquer le soleil l'été sans pénaliser l'hiver.

Recommandation Strasbourg : triple low-e + brise-soleil bois (cohérent avec cuisiniste design).

Q7 VAL

Conformité RE2020 du choix.

RE2020 (Réglementation Environnementale 2020) impose des plafonds Bbio (besoin bioclimatique) et Cep (consommation primaire) pour les bâtiments neufs tertiaires.

Exigences minimales en zone H1c (Strasbourg) :

U_baie (vitrage + menuiserie) ≤ 1,5 W/m²·K.
U_mur ≤ 0,20 W/m²·K.
Étanchéité à l'air Q4 ≤ 0,8 m³/h·m².

Triple low-e (U_g = 0,6) avec dormant alu rupture pont thermique (U_f = 1,4) → U_baie ≈ 1,0. Conforme avec marge.

Bonus écologique : valorisation du bois en menuiserie = matériau biosourcé. Mieux que PVC ou alu pur. Carbone séquestré dans le bois.

Q8 COM

Note technique Sarah.

Choix vitrage verrière showroom — Sarah (VitralisDesign 67 Strasbourg)
• Verrière 36 m² façade sud, climat semi-continental.
• Triple vitrage low-e Ar (U_g 0,6 ; g 0,52 ; TL 0,68) retenu.
• Perte hiver : 1 090 kWh/an. Apport été : 2 880 kWh/an à climatiser.
• Investissement : 250 €/m² × 36 = 9 000 €. ROI 6,4 ans vs double standard.
• Conforme RE2020 H1c. Brise-soleil bois à prévoir pour confort été.

✅ Auto-évaluation

Je calcule la déperdition Φ = U·A·ΔT. Je distingue U_g, g, TL. Je sais choisir un vitrage selon climat et orientation.

Bonus — Comment fonctionnent les couches low-e ?

Les couches « low-e » (low emissivity) sont déposées par pulvérisation cathodique magnétron sous vide. Plusieurs nano-couches sur la face intérieure d'un double vitrage :

Couche d'adhésion (oxyde de Si, 5 nm).
Couche réfléchissante (Ag pur, 10-15 nm).
Couche de protection (TiO₂, 20 nm).
Couche anti-réflet visible (oxyde ZnO, 5 nm).

Propriétés :

Visible 0,4-0,7 µm : 70-80 % traverse (lumière naturelle).
IR proche solaire 0,7-2,5 µm : 30-50 % traverse (apports solaires modérés).
IR lointain 5-50 µm : 5 % seulement traverse (chaleur intérieure retenue).

L'argent est essentiel : il est métal, donc bloque l'IR (effet « miroir » sur les ondes longues). Mais épaisseur < 15 nm pour rester transparent dans le visible.

Brevet du verre low-e : Pilkington 1981. Adopté massivement depuis 2000 en construction.

Évolution : vitrages dynamiques (Sage Glass, View) qui changent leur facteur g sous tension électrique (5-50 V). Devenant courant en bureaux haut de gamme. Coût 800-1 500 €/m².

À retenir

Vitrage : U_g (isolation) + g (apport solaire) + TL (lumière).
Couches low-e Ag bloquent IR thermique mais laissent passer visible.
Climat froid : minimiser U_g. Climat chaud : minimiser g.
RE2020 H1c : U_baie ≤ 1,5 W/m²·K obligatoire en neuf.

📚 §1-2 (spectre) + §5 (caméra) + §7 (effet de serre) de la leçon Ch03.