Les dilatations thermiques des façades en Vitrages Extérieurs Attachés – VEA
Introduction :
Dans le domaine du bâtiment, différents phénomènes climatiques agissent tout au long de la durée de vie des façades en Verre Extérieur Attaché (VEA) [1] , directement exposées aux aléas de vent, de neige ou d’aléas sismiques… et sous l’effet de l’action des variations de température.
Les dilatations des différents matériaux composant une façade peuvent être la source de désordres importants si elles ne sont pas prises en compte très tôt lors de la conception d‘une façade .
Il est donc primordial de prendre en compte les effets de la température lors de la conception et du dimensionnement d’une façade de bâtiment. La température peut évoluer au cours d’une même journée avec des différences qui peuvent être importantes entre le jour et la nuit. L’évolution de la température est d’autant plus importante d’une saison à une autre.
On considère, en France, dans la plupart des cas, que la plage de température durant la durée de vie d’une façade peut osciller entre -40°C et +60°C, soit un delta de 100°C [2].
Les différents matériaux qui composent une façade vitrée ont des coefficients de dilatation thermique (*) très variés.
∆L= ∝L0 ∆T
- ∆L la variation de longueur en mètre [m]
- ∝ le coefficient de dilatation linéaire en Kelvin à la puissance -1 [K-1]
- L0 la longueur initiale de l’élément en mètre [m]
- ∆T la variation de température en Kelvin [K] ou en degré Celsius [°C]
COMPATIBILITÉ DES DÉFORMATIONS :
Les vitrages extérieurs attachés sont le plus souvent maintenus par des fixations en acier inoxydable elles-mêmes soutenues par l’intermédiaire d’une ossature en acier ou en aluminium.
Etant donné les différentes natures de matériaux composant la façade, chaque élément subit différentes élongations dues aux contraintes thermiques.
De par la nature fragile du verre , les panneaux de verre des façades en vitrage extérieur attaché sont conçus pour être totalement libres de mouvement dans leur plan, sans contrainte . Ces mouvements sont prévus par les jeux fonctionnels. Généralement, il est choisi de suspendre les vitrages sur les deux points supérieurs, l’objectif étant d’éviter les phénomènes de flambement des panneaux de verre (flexion du verre sous son propre poids).
Les dispositifs permettant les jeux fonctionnels sont les points libres et dilatants prévus dans les attaches.
Tous les points de fixation reprennent les efforts dans la direction perpendiculaire au vitrage (direction du vent pour un vitrage de façade ; direction du poids, de la neige et du vent pour un vitrage en verrière).
Le point fixe fige le panneau dans le plan du verre. Le point dilatant fige le panneau dans la direction verticale. Enfin les points libres reprennent uniquement les chargements normaux aux panneaux.
Dans la pratique, chaque bureau de conception prévoit la position des jeux fonctionnels en fonction du projet. Il s’assure également que les dimensions des jeux fonctionnels sont en adéquation avec les chargements climatiques du projet
En résumé, la température est un facteur clé à prendre en compte lors de la conception et du dimensionnement des façades vitrées des bâtiments. Les différents matériaux qui composent une façade ont des coefficients de dilatation thermique variables, qui peuvent provoquer des désordres importants s’ils ne sont pas pris en compte. Pour éviter les phénomènes de flambage, les panneaux de verre sont conçus pour être totalement libres de mouvement dans leur plan, grâce à l’utilisation de points de dilatation et de points libres dans les attaches. Cela permet un jeu fonctionnel pour gérer les différentes déformations dues aux contraintes thermiques.
[1] Façades légères en détail, 2nd edition, Pierre Martin, 2017.
[2] Cahier 3574_v2, Vitrages extérieurs attachés (VEA) faisant l’objet d’un Avis Technique, 2011.
