Brevet FR2982631A1 — publié le 20130517

NOUVELLE FENETRE A HAUTE ISOLATION THERMIQUE La présente invention se rapporte au domaine de la fabrication et de l'utilisation de fenêtres en matériau bois présentant des qualités thermiques optimales. La fenêtre à haute isolation thermique selon l'invention se compose d'un cadre ouvrant en bois sur lequel est fixé un profilé en fibre de verre destiné à recevoir le vitrage, et d'un cadre dormant réalisé en deux parties en un matériau composite à armature bois dont la section est identique. La méthode d'assemblage des éléments de fenêtres selon l'invention permet d'obtenir une largeur d'ouvrant réduite et une finition différente entre la partie intérieure et la partie extérieure de la fenêtre. Dans une maison d'habitation, les fenêtres constituent généralement une importante source de perte d'énergie. Pour limiter ces pertes, la solution la plus évidente est d'en imiter le nombre et la taille et/ou de les placer à des endroits stratégiques de la maison, cependant ceci diminue la luminosité à l'intérieur de la maison ainsi que la capture et la transformation de l'énergie solaire. Actuellement, pour optimiser la qualité des fenêtres, il existe différentes options qui jouent sur la qualité des matériaux utilisés aussi bien pour l'huisserie que pour le vitrage, leurs formes et leur situation au sein de l'architecture de la maison. Classiquement, dans le domaine de fenêtres en bois, une menuiserie de fenêtre comprend un cadre ouvrant préformé d'un profil en U pour accueillir la partie vitrée formée d'un ou plusieurs panneaux vitrés qui sont séparés par un moyen intercalaire et maintenus en position par un moyen de collage de type silicone ou mastic. Un joint reprenant la forme en U ou ajouté par la suite vient épouser la jonction entre extrémités du U et panneaux vitrés pour assurer l'étanchéité de la fenêtre mais également pour participer au maintien de l'ensemble des éléments entre eux. Le principe est sensiblement le même pour les fenêtres réalisées en matériau aluminium ou PVC. Il existe également des fenêtres en matériaux mixtes de type bois/aluminium ou bois/matériau plastique de type PVC qui présentent de bonnes qualités d'isolation thermique. Même si les fenêtres en matériau bois décrites ci-dessus présentent des qualités d'isolation thermiques intéressantes, elles présentent cependant plusieurs inconvénients dont leur poids, leur taille, la largeur de l'ouvrant et la présence de ponts thermiques qui viennent diminuer leurs performances d'isolation. De plus, les vitrages les plus performants sur le plan de l'isolation nécessitent une large épaisseur de bois pour fabriquer l'ouvrant qui doit supporter un vitrage épais Le bois restant un matériau couteux mais qui vieillit bien s'il est entretenu de façon adéquate, la fenêtre bois est souvent délaissée au profit d'autres matériaux moins couteux et plus souples d'utilisation. Ainsi, afin d'optimiser les qualités d'isolation et diminuer le prix et l'entretien des fenêtres, certains matériaux mixtes bois/plastique ont été proposés, par exemple dans le brevet EP1329583, mais ces derniers ne présentent ni les propriétés mécaniques, ni les propriétés d'isolation thermique, ni les propriétés esthétiques de la fenêtres selon la présente invention. Le brevet EP1234944 décrit par exemple des cadres de fenêtre avec un profilé de renforcement en plastique creux. Le brevet EP1396332 décrit un profilé de cadre de fenêtre comprenant un coeur fait d'un matériau végétal broyé incorporé à un matériau thermoplastique et une couche de revêtement en matériau synthétique, dans lequel le coeur et la couche de recouvrement sont co-extrudés. Il apparaît donc clairement que les techniques de moulage ou d'extrusion des matériaux plastiques permettent de fabriquer des profils creux adaptés à la fabrication d'élément de fenêtres à moindre coût. Cependant ces matériaux plastiques n'ont ni les propriétés mécaniques, ni les propriétés d'isolation thermique, ni les qualités esthétiques du bois. La présente invention propose une nouvelle fenêtre bois à haute isolation thermique qui est parfaitement adaptée aux maisons passives, notamment aux maisons à ossature bois, dans lesquelles l'énergie produite à l'intérieur de la maison combinée à celle du soleil suffit à assurer certains besoins en énergie de la maison. La fenêtre à haute isolation thermique selon l'invention se compose d'un cadre ouvrant en bois dont le profil est préformé en L sur lequel est fixé un profilé en fibre de verre destiné à recevoir le vitrage et d'un cadre dormant réalisé en deux parties en un matériau composite à armature bois dont la section est identique, lesdites parties étant de section identique. Les Figures 1 à 4 ci-après permettent une meilleure 20 compréhension de la fenêtre à haute isolation thermique selon l'invention ainsi que de ses différents modes de réalisation. La Fig. 1 est un plan de coupe de l'une des parties en matériau composite constituant le cadre dormant (6) de la 25 fenêtre selon l'invention. On y voit l'armature bois (1) dans laquelle est pratiqué un évidement. Cet évidement est rempli par un isolant semi-rigide ou rigide (2). Le cadre dormant (6) est constitué de deux parties de section identiques. Ces deux parties sont assemblées à coupe 30 d'onglet, tourillons et queue d'aronde. Ceci illustre un mode de réalisation possible de l'une des parties constituant le dormant (6) selon l'invention. Il est également envisageable que la partie (2) soit au située contre la parti supérieure ou la partie inférieur de 35 l'armature en bois (1). De la même façon, la taille de la partie (2) en matériau isolant par rapport à l'armature en bois (1) est donnée à titre illustratif uniquement et tous les modes de réalisation faisant varier la taille et la forme de la partie (2)peuvent être envisagés. La Fig. 2 est un plan de coupe du cadre ouvrant (3) de la fenêtre selon l'invention. Ce cadre est réalisé en bois massif et présente un profil préformé en forme de L destiné à recevoir les éléments vitrés. Ce profil se distingue nettement des dormants décrits dans l'art antérieur qui sont en général en forme de « U ». La Fig. 3 est un plan de coupe du cadre ouvrant (3) de la fenêtre selon l'invention, une fois les éléments vitrés (4) en place. Le vitrage est typiquement un vitrage triple. Des joints, également élément d'isolation, viennent limiter les ponts thermiques aux points de jonction des différents matériaux de la fenêtre. La Fig. 4 décrit un plan de coupe d'une fenêtre selon l'invention. On y voit les deux éléments de section identique formant le cadre dormant (6) constitué d'une 20 armature bois (1) et d'un isolant semi-rigide ou rigide (2), le cadre ouvrant (3) en bois massif portant l'élément vitré (4) collé sur les cornières et l'isolant (8) ainsi que des éléments d'isolation (5) venant rompre les ponts thermiques. La fenêtre est en position fermée, position dans laquelle 25 l'ouvrant (3) vient s'encastrer dans le dormant (6) pour que la fenêtre présente une haute isolation thermique. La Fig. 5 décrit un plan de coupe d'une autre fenêtre selon l'invention. On y voit les deux éléments de section identique formant le cadre dormant (6) constitué d'une 30 armature bois (1) et d'un isolant semi-rigide ou rigide (2), le cadre ouvrant (3) en bois massif portant l'élément vitré (4) ainsi que des éléments d'isolation (5) venant rompre les ponts thermiques. Le vitrage (4) est collé sur un profilé en fibre de verre (7). La fenêtre est en position fermée, 35 position dans laquelle l'ouvrant (3) vient s'encastrer dans le dormant (6) pour que la fenêtre présente une haute isolation thermique. La fenêtre à haute isolation thermique selon l'invention se compose d'un cadre ouvrant (3) en bois dont le profil est 5 préformé en L et destiné à recevoir le vitrage (4), et d'un cadre dormant (6) réalisé en deux parties en un matériau composite à armature bois (1) dont la section est identique, lesdites parties étant de section identique. Dans un mode de réalisation particulier de la fenêtre à haute isolation 10 thermique selon l'invention, les deux parties de section identique du cadre dormant (6) sont constituées d'un matériau composite réalisé à partir de bois (1) évidé, l'évidement étant rempli par un matériau isolant (2). Le matériau composite du cadre dormant (6) est 15 préférentiellement réalisé dans un matériau isolant semi-rigide ou rigide (2) incorporé dans un évidement réalisé dans la masse du cadre en bois (1) Le matériau isolant semi-rigide ou rigide (2) est sélectionné parmi le polystyrène, le polyuréthane, les laines minérales, les 20 laines végétales et les aérogels. Parmi les matériaux isolants semi-rigides ou rigides précités, les plus adéquats pour la réalisation de la présente invention sont la mousse polyuréthane, le polystyrène expansé, le polystyrène extrudé, la fibre de bois et les aérogels tels le spaceloft® 25 (matériau isolant à base d'aérogel nanoporeux). Préférentiellement le matériau isolant (2) utilisé pour combler l'évidement réalisé dans les deux parties constituant le cadre dormant (6) est sélectionné parmi la mousse du polyuréthane et le polystyrène extrudé. Les deux 30 parties de section identique constituant le cadre dormant (6), réalisées en bois (1) dans lequel est pratiqué un évidement et ledit évidement est rempli par un matériau isolant (2), sont assemblées à coupe d'onglet, tourillons et queue d'aronde. L'une desdites deux parties de section 35 identique est placée en position horizontale et l'autre en position verticale, comme cela est illustré en Fig. 4. Comme décrit ci-dessus, la surface extérieure du cadre dormant (6) de la fenêtre à haute isolation thermique selon l'invention est réalisée en bois massif, que l'on peut traiter et teinter comme on l'entend. Par ailleurs, la partie du cadre dormant (6) au contact de l'extérieur de la maison peut être constituée d'une essence de bois résistant aux intempéries comme le pin douglas et la partie du cadre dormant (6) exposée à l'intérieur de la maison peut être réalisée dans une essence de bois plus esthétique et également isolante telle le sapin ou l'épicéa. Dans un mode de réalisation particulier, le cadre dormant (6) est composé de deux parties réalisées en deux essences de bois différentes : à l'extérieur un bois résistant aux intempéries et à l'intérieur un bois présentant des qualités esthétiques. Dans un mode de réalisation préféré, le cadre dormant (6) de la fenêtre selon l'invention est réalisé en une essence de pin douglas pour la partie extérieure et en une essence sélectionnée parmi le sapin ou l'épicéa pour la partie intérieure. Dans un autre mode de réalisation préféré, le cadre dormant (6) de la fenêtre selon l'invention est réalisé en une essence de pin douglas pour la partie extérieure et en une essence sélectionnée parmi le sapin ou l'épicéa pour la 25 partie intérieure ; l'isolant (2) remplissant l'évidement réalisé dans la masse de ces essences de bois (1) est le polystyrène extrudé. Les deux parties de section identique constituant le cadre dormant (6) peuvent être travaillées grâce aux techniques de 30 menuiserie classique afin d'être adaptées à la configuration de la fenêtre selon l'invention ou d'être rendue plus esthétiques. Au niveau du cadre ouvrant (3), le profil préformé en L permet de s'affranchir de la partie extérieure de l'ouvrant 35 tel qu'on le retrouve dans l'art antérieur relatif aux fenêtres bois. En conséquence, la largeur du cadre de l'ouvrant (3) est inférieure à celle que l'on retrouve dans les ouvrants classiques en forme de U décrits à ce jour. De plus, la surface vitrée étant supérieure à celle de fenêtres bois classiques dont l'ouvrant présente un profil en U, cette surface laisse passer plus de lumière et d'apport solaire passif à l'intérieur de la maison. Dans un mode de réalisation particulier, la fenêtre à haute isolation thermique selon l'invention présente un ouvrant (3) constitué d'un cadre en bois massif assemblé à coupe d'onglet présentant un profil préformé en L, ledit profil présentant également un évidement destiné à recevoir une cornière sur laquelle est collé le vitrage. Le vitrage (4) utilisé pour la fenêtre à haute isolation 15 thermique selon l'invention est un vitrage multiple constitué d'au moins deux panneaux vitrés et préférentiellement de trois panneaux vitrés. En effet, le vitrage triple présente des qualités d'isolation thermique optimales une fois monté sur le cadre ouvrant (3) de la 20 fenêtre selon l'invention. En conséquence, dans un mode de réalisation particulier selon l'invention, le vitrage (4) utilisé est un vitrage triple qui est maintenu dans le cadre en bois de l'ouvrant (3). Des éléments d'isolation (5) viennent rompre les ponts thermiques existant aux points de 25 jonction entre les différents matériaux constituant la fenêtre selon l'invention. Plusieurs variantes de maintien en position du vitrage au sein du cadre ouvrant (3) de la fenêtre selon l'invention peuvent être envisagées. Dans un mode de réalisation 30 particulier, le vitrage (4) est maintenu dans le cadre en bois de l'ouvrant (3) par collage sur les cornières et l'isolant (8) et calage aux angles du vitrage. La réservation ou évidement effectuée pour recevoir la cornière est comblée par un isolant sur toute la longueur du vitrage 35 (4). Dans un mode de réalisation préféré, le vitrage (4) est maintenu dans le cadre en bois de l'ouvrant (3) par calage aux angles et collage sur le profil en fibre de verre (7). Les évidements ou réservations des profilés en fibre de verre (7) sont comblées sur toute la longueur par un matériau isolant à haute densité (8). Tout moyen équivalent de maintien du vitrage (4) dans le cadre ouvrant (3) de la fenêtre, qui présente des qualités thermiques intéressantes et reproduit les caractéristiques techniques précitées, est à considérer comme compris dans la présente description. La présente invention décrit également un nouveau matériau composite isolant à armature bois dans lequel un évidemment est pratiqué dans la masse du bois. Ce nouveau matériau isolant est particulièrement adapté à la réalisation d'éléments de menuiserie pour des fenêtres. Le matériau composite isolant à armature bois pour la réalisation d'éléments de menuiserie d'une fenêtre selon la présente invention comprend un isolant semi-rigide ou rigide (2) incorporé dans un évidemment pratiqué dans une armature bois (1) afin d'en augmenter les qualités d'isolation thermique. L'isolant semi-rigide ou rigide (2) est sélectionné parmi le polystyrène, le polyuréthane, les laines minérales, les laines végétales et les aérogels. Les matériaux adéquats réalisation de ce nouveau matériau composite à bois sont la mousse polyuréthane, le polystyrène le polystyrène extrudé, la fibre de bois et les tels le spaceloft® (matériau isolant à base d'aérogel nanoporeux). Dans un mode de réalisation préféré, l'isolant (2) venant remplir l'évidement pratiqué dans la masse du bois (1) est sélectionné parmi le polystyrène 30 extrudé et la mousse de polyuréthane. Les propriétés d'isolation thermique du matériau composite ainsi constitué sont augmentées par rapport au bois massif. Ce matériau trouve une application toute particulière dans la menuiserie de fenêtre et de porte du fait de ses grandes 35 propriétés d'isolation thermique. De plus, l'armature bois pour la armature 25 expansé, aérogels pouvant être travaillée par le biais des techniques classiques de menuiserie, ceci offre de nombreuses possibilités d'adaptation pratique et esthétique de ce nouveau matériau. Toute utilisation de ce matériau dans le cadre de la construction de structures nécessitant une isolation thermique optimale est comprise dans la présente description. De manière générale, la présente description a pour but d'illustrer l'invention de la manière la plus claire possible et toute modification évidente de réalisation doit être considérée comme équivalente et, de ce fait, être considérée comme couverte par la présent demande de brevet. REVENDICATIONS1. Fenêtre à haute isolation thermique caractérisée en ce qu'elle se compose d'un cadre ouvrant (3) en bois dont le profil est préformé en L et destiné à recevoir le vitrage (4), et d'un cadre dormant (6) réalisé en deux parties en un matériau composite à armature bois, lesdites parties étant 10 de section identique. 2. Fenêtre à haute isolation thermique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le matériau composite du cadre dormant (6) est un isolant semi-rigide ou rigide (2) incorporé dans un évidement réalisé dans la masse 15 du cadre en bois (1). 3. Fenêtre à haute isolation thermique selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'isolant (2) est sélectionné parmi le polystyrène, le polyuréthane, les laines minérales, les laines végétales et les aérogels, 20 préférentiellement de la mousse de polyuréthane ou du polystyrène extrudé. 4. Fenêtre à haute isolation thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les deux parties du cadre dormant (6) sont assemblées à 25 coupe d'onglet, tourillons et queue d'aronde. 5. Fenêtre à haute isolation thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le cadre dormant (6) est composé de deux parties réalisées en deux essences de bois différentes : à l'extérieur un bois 30 résistant aux intempéries et à l'intérieur un bois présentant des qualités esthétiques. 6. Fenêtre à haute isolation thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le vitrage (4) est un vitrage triple qui est maintenu dansle cadre en bois de l'ouvrant (3). 7. Fenêtre à haute isolation thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le vitrage (4) est maintenu dans le cadre en bois de l'ouvrant (3) par collage sur les cornières et l'isolant (8) et calage aux angles du vitrage (4). 8. Fenêtre à haute isolation thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le vitrage (4) est maintenu dans le cadre en bois de l'ouvrant (3) par calage aux angles et collage sur le profil en fibre de verre (7), les évidements desdits profilés en fibre de verre (7) étant comblés sur toute la longueur par un isolant. 9. Matériau composite isolant à armature bois pour la réalisation d'éléments de menuiserie d'une fenêtre selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un isolant semi-rigide ou rigide (2) est incorporé dans un évidement pratiqué dans une armature bois (1) afin d'en augmenter les qualités d'isolation thermique. 10. Matériau composite isolant à armature bois pour la réalisation d'éléments de menuiserie d'une fenêtre selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit isolant (2) est sélectionné parmi le polystyrène, le polyuréthane, les laines minérales, les laines végétales et les aérogels, préférentiellement le polyuréthane et le polystyrène.