Pleins feux sur l’étanchéité à l'air des menuiseries extérieures

Un manque d'information

En raison de l'attention croissante accordée à la construction écoénergétique, l'étanchéité à l'air figure également de plus en plus parmi les préoccupations prioritaires de l'architecte, du maître d’ouvrage et de l'entrepreneur. Afin de garantir l'étanchéité à l'air d'un bâtiment, il est nécessaire de disposer d'informations détaillées sur les fuites typiques ainsi que sur les solutions possibles pour remédier à celles-ci. Il existe des publications sur les jonctions avec les fenêtres, la construction à ossature bois et les panneaux, mais peu d'informations sont disponibles sur les performances des menuiseries extérieures.

Ce qui est étrange, car les menuiseries extérieures font précisément partie des rares éléments de l'enveloppe du bâtiment à être préfabriqués et à être systématiquement soumis à des tests d'étanchéité à l'air. Les fuites d'air par les fenêtres sont exprimées soit par mètre courant de joint d’ouvrant, soit par mètre carré. La première méthode reflète mieux les aspects géométriques qui influenceront le plus les fuites. De telle sorte que les fenêtres avec ouvrants présenteront davantage de fuites d'air que les fenêtres fixes. La seconde méthode, par contre, permettra d'analyser plus facilement l'impact des menuiseries extérieures sur l'étanchéité à l'air des bâtiments. C’est pourquoi nous utilisons ici principalement le débit par mètre carré de fenêtre.

Classification

En Europe, toutes les fenêtres sont testées de la même manière, avec des critères de classification identiques. Il existe quatre classes, la classe 4 étant la plus stricte. Bien que l'étanchéité à l'air des bâtiments ne soit mesurée que pour des différences de pression de 50 à 100Pa, il est également possible en laboratoire d’imposer des pressions plus élevées aux fenêtres, de telle sorte que pour les classes 3 et 4, l'étanchéité à l'air devra être mesurée jusqu'à 600Pa. De telles pressions se produiront rarement dans la pratique. Lorsque l'on se concentre sur les déperditions d'énergie, procéder à des tests à des pressions de vent aussi élevées ne sera pas du tout pertinent. Toutefois, du point de vue du confort et de la durabilité, il sera sensé de savoir que la fenêtre fonctionnera encore et toujours de manière optimale. La figure 1 représente les limites supérieures des classes d'étanchéité à l'air: si la fuite d'air est mesurée à 50, 100, 150, 200, 250, 300, 450 et 600Pa, chaque point de la mesure doit être inférieur à la ligne de cette classe.

Exigences en matière d’étanchéité à l'air

Les exigences en matière d'étanchéité à l'air des menuiseries extérieures sont définies dans des normes nationales, que l'on retrouve dans la norme NBN B25-002-1:2019 (attention: la dernière version date de 2019 et diffère sensiblement des éditions précédentes). L'étanchéité à l'air requise dépend de 3 paramètres:

• la vitesse de référence: le vent soufflera plus fort à la Côte que dans les Ardennes.
• l'environnement: la présence ou l'absence d'autres bâtiments bloquant le vent.
• la hauteur du bâtiment.

Ces 3 paramètres détermineront la ‘classe d'exposition au vent’, qui va de W1 – peu exposé – à W8. Pour les classes W1 à W4 suffira une classe d'étanchéité à l'air 3, tandis qu’à partir de W5, les fenêtres devront respecter une classe d’étanchéité à l’air 4. Les classes 1 et 2 ne sont donc autorisées nulle part. Voici un exemple pour clarifier cela: dans les campagnes anversoises, vous pourrez appliquer la classe W4 – et donc une étanchéité à l'air de classe 3 – pour des bâtiments jusqu’à 17 m de hauteur. Il est ainsi possible de contrôler la classe d'exposition de chaque bâtiment, de même que les exigences correspondantes en matière d'étanchéité à l'air, mais aussi d’étanchéité à l'eau et de résistance au vent. À côté de cela existent également certaines exigences spécifiques. Si un bâtiment a par exemple été équipé de la climatisation, la classe 4 sera toujours d’application – ce que l'on entend précisément par ‘climatisation’ n’est cependant expliqué nulle part.

Enfin, le passage suivant de la NBN B25-002-1 revêt également de l’importance: "dans le cas d'un bâtiment à faible consommation d'énergie, où une étanchéité à l'air performante est souhaitée (n50 inférieur à 2 renouvellements du volume d’air par heure selon la réglementation PEB), il peut être proposé de vérifier si l'étanchéité à l'air n'est pas supérieure à 1,2m³/h.m² ou 0,3m³/h.m à 100Pa, ainsi qu’à 2,5m³/h.m² ou 0,62m³/h.m à 300Pa. La façon dont il faut interpréter ce passage n’est pas clair. Celui-ci n'est pas contraignant. Contrairement aux exigences résultant de la classe d'exposition au vent, ce critère supplémentaire n'est pas toujours d’application. Un architecte pourra donc renvoyer à cette disposition supplémentaire pour des projets spécifiques s'il le souhaite. Il ne s'agit pas d'une classe supplémentaire, et elle n'apparaîtra donc pas dans les rapports de test. Il faut examiner si les fuites d'air à 100Pa et 300Pa ne dépassent pas les points gris de la figure 1.

La classe d'étanchéité à l'air est déterminée par une mesure d’étanchéité à l’air

La classe d'étanchéité à l'air est déterminée par une mesure d’étanchéité à l’air

Le matériau n'a pas d'effet significatif sur l'étanchéité à l'air

Le matériau n'a pas d'effet significatif sur l'étanchéité à l'air

Fuites d'air en fonction du type de fenêtre

Fuites d'air en fonction du type de fenêtre

Performances

Pour connaître les performances des menuiseries belges, examinons les résultats des tests réalisés par le CSTC et l'Université de Gand. Quatre types de fenêtres ont été retenus: fenêtres oscillo-battantes, fenêtres à double ouvrant, fenêtres coulissantes et châssis composés, ainsi que trois matériaux: le bois, l’aluminium et le PVC. Pour les autres types de fenêtres et matériaux, le nombre d'échantillons disponibles pour se faire une idée statistiquement représentative des performances n’était pas suffisant.

La figure 2 représente la répartition des résultats pour les différents matériaux, indépendamment du type de fenêtre. Il en ressort que les résultats sont très similaires et que le matériau ne constitue donc pas un facteur déterminant pour l'étanchéité à l'air de la fenêtre. Les fenêtres en PVC présentent un débit légèrement supérieur par mètre carré, mais celui-ci s’explique par leur géométrie différente. Les fenêtres en PVC testées étaient un peu plus petites que les autres fenêtres, et lorsque les fuites sont exprimées par mètre courant de longueur de joint, les différences entre les matériaux disparaissent. Impossible dès lors de dire qu'un matériau est plus ou moins performant qu'un autre. 

La répartition en fonction du type de fenêtre donne un autre résultat. La figure 3 montre que les fenêtres oscillo-battantes sont clairement les plus performantes, suivies des fenêtres à double ouvrant et des châssis composés. Les fenêtres coulissantes affichent les fuites les plus importantes, mais l'impact est limité. Bien que les fenêtres coulissantes présentent généralement des fuites importantes par mètre courant de longueur de joint en raison de la complexité de la jonction, cet effet est compensé par la grande superficie de la fenêtre coulissante.

Les résultats montrent également que 75% de toutes les fenêtres présentent des fuites inférieures à 1,05 m³/h.m², ce qui est nettement mieux que la classe la plus stricte de la norme européenne EN 12207, qui définit la limite à 1,89 m³/h.m² à 50Pa. Sur la base des exigences de la norme EN 12207, 1% de toutes les fenêtres appartiennent à la classe 2, 15% à la classe 3 et 84% à la classe 4. On peut donc conclure sur la base de ces résultats qu'il existe actuellement très peu de différences au niveau de la qualité. Si 84% des fenêtres atteignent la classe 4, il est impossible de sélectionner une fenêtre extrêmement étanche à l'air avec les 4 classes existantes. La répartition entre les différentes classes est représentée dans la figure 4. Une complexité croissante entraîne une augmentation des fuites d’air.

Et quid des exigences plus strictes pouvant être imposées à 100Pa et 300Pa? Cela s'avère plutôt réalisable dans la pratique. Au niveau des fenêtres oscillo-battantes, 66% des fenêtres existantes répondent à l'exigence la plus stricte, contre la moitié pour les fenêtres à double ouvrant. Même les fenêtres coulissantes répondent à l'exigence dans 47% des cas, contre 44% des cas pour les châssis composés. Les exigences de cette classe ont donc été définies de manière à offrir davantage de garanties à l'architecte et au maître d’ouvrage pour atteindre une étanchéité à l'air ambitieuse, mais sont en même temps réalisables et réalistes.

Où se situent les fuites d'air?

Les fuites d'air se produisent en premier lieu souvent au niveau des parcloses. Lorsqu’une parclose est trop courte d’un millimètre, cela pourra rapidement entraîner une fuite d'air de 1m³/h à 50Pa. En présence de deux défauts de ce type, une fenêtre par ailleurs parfaitement étanche à l'air ne pourra plus être classée dans la classe 4. Les parcloses trop courtes sont peut-être plus faciles à installer que les parcloses trop longues, mais elles mettront donc rapidement l'étanchéité à l'air en péril.

Les caoutchoucs forment un second point d'attention. L’application d’une différence de pression entraînera toujours un léger déplacement et déformation de l'ouvrant, aussi minimes soient-ils. Les joints en caoutchouc doivent pouvoir suivre cette déformation de manière à éviter la formation d’interstices et de fentes. Pour les grands projets, les constructeurs feront parfois tester leurs fenêtres en laboratoire. Il est déjà arrivé que les performances ne soient pas atteintes parce que le constructeur a utilisé un joint moins cher que celui du fournisseur de profilés. Les joints ne sont pas toujours aussi souples, ce qui peut poser des problèmes en cas de différences de pression plus importantes. La figure 5 représente la fuite d'air d'une fenêtre oscillo-battante en bois, testée avec 7 joints différents. La fenêtre est très étanche à l'air et atteint chaque fois la classe 4, mais les joints utilisés entraînent des différences importantes. Deux constatations remarquables ont encore été notées. Les joints F-2 et G-2 sont des joints à angles soudés, qui donnent à la fois les meilleurs et les pires résultats. Lorsqu’un châssis est soudé de manière non-soignée, une trop grande quantité de matériau fond et crée un bourrelet dans les angles, de telle sorte que la compression sur le reste du joint sera moins élevée. Le soudage des angles peut donc donner un très bon résultat, mais s'il est mal fait, il pourra avoir un effet néfaste. Autre élément remarquable: les performances se sont révélées proportionnelles au prix. À la surprise générale, la qualité du joint suivait exactement le prix de revient du joint.

On note aussi un point d'attention important pour les fenêtres (levantes-)coulissantes. Vu que vous ne pouvez pas utiliser ici un joint ordinaire, la compression sera toujours réduite. On utilisera soit des joints fin-seal (brosses avec une petite ailette en plastique), soit des joints coulissant correctement (constitués par exemple d’un noyau profilé en PU doté d’une surface en polyéthylène). Ces joints sont plus sensibles à l’entretien que les joints courants fabriqués en EPDM, par exemple. Avec le temps se produira un relâchement qui entraînera une baisse des performances.

Enfin, le réglage des quincailleries s’avère crucial. Si les joints en caoutchouc qui ne sont pas en contact avec le cadre ne forment pas une exception, ils sont évidemment particulièrement néfastes. L'impact du réglage des quincailleries sera important: un ouvrant hors aplomb de seulement 1 millimètre pourra déjà doubler la fuite d’air. Il est donc très important que tous les ouvrants soient montés correctement.

Les fuites pourront également se produire au niveau des charnières, à cause de joints mal positionnés ou de joints qui commencent à se rétracter après avoir été trop étirés lors de leur installation. Vérifiez également les jonctions complexes qui pourraient ne pas avoir été correctement colmatées de même que le drainage des fenêtres coulissantes.

Impact au niveau du bâtiment

Les tests montrent que 75% de toutes les fenêtres présentent des fuites inférieures à 1,05m³/h.m², alors que seulement 2 des 10 normes de classification permettent une diversification supplémentaire dans ce groupe. L'opportunité de classes encore plus strictes dépendra de l'impact au niveau du bâtiment: si les classes actuelles garantissent des performances suffisantes pour toutes les situations et exigences, aucune classe supplémentaire ne sera nécessaire. L’analyse de 200 logements existants devait apporter une réponse à cette question. Dans une maison, il existe évidemment encore bien d’autres fuites d'air, par exemple à travers les murs, les sols, les toits, les cheminées, les prises électriques et les jonctions des fenêtres. C’est pourquoi il est conseillé de limiter les fuites par les fenêtres à environ 10% du total. De plus, contrairement aux autres éléments constitutifs du bâtiment, les menuiseries extérieures sont habituellement fabriquées en atelier, dans des conditions sèches et contrôlées, ce qui permet un meilleur contrôle de la qualité que, par exemple, les raccords à la fondation ou aux toitures en pente.

Si l'on suppose pour ces 200 maisons, présentant un volume déterminé et une superficie de menuiseries extérieures déterminée, que ces menuiseries sont précisément conformes à la classe 4, l'impact variera entre 6% et 43% pour une valeur n50 de 1h-1. L'impact moyen sera de 14%. La réglementation en matière de performance énergétique des bâtiments est de plus en plus stricte, et l'étanchéité à l'air des bâtiments visée varie entre 0,5h-1 (juste sous le niveau des maisons passives) et 3h-1. Si quelqu'un veut aujourd'hui réaliser un bâtiment très étanche à l'air et commande des fenêtres répondant à la classe 4, les classes actuelles n'offrent pas une sécurité suffisante. C’est pourquoi la possibilité d'imposer une exigence plus stricte à 100Pa et 300Pa a été prévue.

Théorie ou pratique?

Les chiffres ci-dessus sont basés sur des mesures effectuées en laboratoire. Dans ce laboratoire, un mur rideau est construit dans des conditions idéales et peut, sur la base de tests, être adapté jusqu'à ce que ses performances soient parfaites. Les résultats figurant dans un rapport d'essai sont donc souvent le fruit de divers ajustements, même si c’est généralement l'étanchéité à l’eau qui posera problème. Sur chantier, ces éléments ne seront pas présents, et le seul moyen de vérifier la qualité de l'exécution consistera à réaliser un test de pressurisation en accordant de l’attention à la détection des fuites d'air (détection manuelle, fumée...). Mesurer les fuites d'air sur chantier sera très compliqué, en raison de la présence de toutes sortes d'effets périphériques ne pouvant être exclus, comme la jonction des fenêtres, le plafonnage, la traversée des gaines de ventilation, etc. S’il sera bel et bien possible de visualiser les fuites d’air sur chantier au moyen d’une caméra thermographique, il sera cependant encore et toujours impossible de se prononcer de manière sensée quant à l’ampleur de la fuite. Les performances réelles dépendront donc toujours du savoir-faire de l’exécutant et de ses connaissances en la matière. Si vous lisez ceci, c’est que l’on peut vous faire confiance à ce sujet.