Brevet FR2480347A1 — publié le 19811016

L'invention se rapporte à un vitrage isolant comprenant une vitre intérieure, une vitre extérieure, un cadre périphérique d'espacement et un espace intermédiaire rempli de gaz, l'une au moins dec vitres étant reliée / Raur moins un bord au cadre d'espacement à l'aide d'un profilé de jonction fexible, fixé sur le bord de cette vitre. L'espace intermédiaire est de préférence un espace clos. L'une au moins des vitres intérieuiLet extérieure peut Atre réalisée sous la forme d'un panneau de verre composite, ou isolant, étant alors constituée elle-même par un vitrage isolant complexe. Dans une forme de réalisation connue d'un vitrage du genre décrit (demande de brevet allemand no 2 031 576, figure 2), le profilé de jonction est une bande de tôle élastique plissée en accordéon. La dispaltion est telle que la vitre correspondante peut, en cas de variations de volume sous l'effet de la température du gaz de remplissage enfermé dans l'espace intermédiaire, se déplacer en quelque sorte à, la manière d'un piston avec déformation de la bande de tôle élastique. Egalement lorsque la vitre en cause s'incurve en une forme convexe vers l'extérieur sous l'action de la pression du gaz de remplissage, le profilé de jonction joue un rOle compensateur en se déformant. En pratique, la structure décrite a pour but d'éviter que, dans un vitrage insonore à deux vitres, ces dernières puissent prendre une forme bombée néfaste. Aucune amélioration de l'insonorisation n'est obtenue, Le taux d'isolation acoustique pondéré est relativement bas dans le cas de la forme d'exécution connue et se situe aux environs de 20 à 30 dB, pour autant que l'épaisseur de l'espace intermédiaire entre la vitre intérieure et la vitre extérieure soit voisine de 10 mm environ. Une augmentation à 100 mm de l'épaisseur de l'espace intermédiaire, ce qui est en pratique fort difficile pour un vitrage isolant à monter dans une fen8tre normale de structure très lourde, ne porte le taux moyen d'isolation acoustique qu'à 38 dB ou le taux pondéré d'isolation acoustique à 40 dE environ. Même dans le cas de l'utilisation de vitres monolithiques très lourdes, on ne peut guère atteindre avec des vitrages doubles à remplissage d'air un taux pondéré d'isolation acoustique supérieur à 42 dB environ lorsqu'on se limite à des épaisseurs de verre d'isolation comprises entre 70 et 80 mm. L'invention a par contre pour but d'améliorer notablement, par des moyens simples, l'atténuation acoustique procuré par un vitrage isolant du genre considéré. Ce but est atteint selon l'invention par le fait que le profilé de jonction est réalisésous la forme d'une membrane en forme de bande, dont la résistance à la fexion est petite par rapport à la résistance à la flexion, à largeur égale, de la vitre associée, et que la membrane en forme de bande est déformable sous l'action d'oscillations transversales dont est le siège le bord de la vitre à laquelle elle est reliée, et cela en correspondance avec ces oscillations. Les oscillations transversales en cause sont des oscillations de forme plus ou moins sinusoïdale, qui se développent suivant la direction longitudinale du bord et dont les crêtes font saillie hors du plan de la vitre. La résistance à la flexion de la membrane en forme de bande, laquelle peut 9tre en métal, en caoutchouc, en matière plastique ou en une substance analogue,est de préférence -2 -6 inférieure d'un facteur compris entre 102 et 10, de préférence entre environ 10-4 et 10 5, à celle de la vitre à laquelle elle est reliée, à largeur égale. Cela sigifie que les oscillations transversales décrites ne sont pratiquement pas perturbées dans leur formation par un serrage ou des contraintes analogues. Le plus souvent, la membrane en eorme de bande seraconstîtuée- par une bande plane, comportant une largeur libre égale environ ou supérieure à l'épaisseur de la vitre à laquelle elle est reliée. Dans un vitrage isolant selon l'invention, il est en général suffisant de fixer au cadre d'espacement l'une ses vitres le long d'un bord à l'aide d'une membrane en forme de bande. On peut égalementselon l'invention, agencer deux bords opposés ou tous les bords de la vitre dela manière décrite à l'aide d'une.membrane en forme-de bande. Il est encore envisageable d'intégrer au vitrage isolant selon l'invention d'autres vitres ou panneaux, de manière à former des ensembles comportant plus de deux itres ou panneaux vitrés. On utilise ici le terme "membrane" au sens de la statique. En pratique, dans un vitrage isolant selon l'invention, la membrane en forme de bande est tout d'abord un élément constructif statique, car il sert également au maintien ou à la fixation de la vitre associée. Dans une membrane en forme de bande apparaissent en cas de serrage et/ou de déformation principalement des contraintes orientées parallèlement à la surface moyenne et réparties sensiblement uniformément dans l'épaisseur de la membrane. Une déformation n'entraîne donc pas ds moments de flexion de rappel notables (contrairement à un élément élastique tel qu'on en utilise en tant que bande de jonction dans la forme d'exécution connue décrite au début). La résistance à la flexion d'une membrane en forme de bande est faible. De tels éléments constructifs n'ont pas été jusqu'ici utilisés dans les vitrages isolants, conformément à la théorie prépondérante et aux règles en vigueur. Selon celle-ci (cf Furrer, Lauber "Raum- und Bauakustik, Larmabwehr "', 1972, pages 197 à 230, notamment la page 208 avec la figure 159 et la page 212 avec la figure 164), on considère l'onde sonore incidente dans l'air, l'onde sonore réfléchie, qui n'intervient pas dans les problèmes d'isolation acoustique, et l'onde sonore transmise, essentielle pour le niveau d'insonorisation. Par coïncidence entre l'onde sonore incidente dans l'air et une onde de flexion dans le vitrage isolant apparait une crevasse de résonance néfaste dans la courbe d'atténuation acoustique tracée en fonction de la fréquence. Il estconnu d'amortir cette crevasse de résonance en constituant tout le cadre d'espacement en tant qu'élément d'amortissement. Un tel cadre d'espacement 4 - nta cependant pas les propriétés ni le comportement de la membrane en forme de bande, essentielle selon l'enseignerment de l'invention. Ce cadre ne permet pratiquement pas des oscillations transversales dans le bord de la vitre. L'amortissement rend seulement moins accusée la crevasse de résonance dans la courbe d'atténuation. Dans ce but, le cadre d'espacement est par exemple entièrement fait d'une matière amortissante par frottement interne ou d'éléments métalliques pourvus d'un revêtement convenable. La théorie traditionnelle ne prend pas en considération le problème du rayonnement de l'énergie sonore en tant que problème autonome n'influençant pas l'atténuation acoustique. Certes, on a récemment expérimenté dans le domaine scientifique le rayonnement sonore de plaques (cf Akustika, 1975,pages 244 et 245) et on a amplement étudié le rayonnement de haut-parleurs; ces recherches n'ont en rien contribué à l'amélioration du taux d'isolation acoustique de vitrages isdants du genre considéré. Dans le cadre de la pratique traditionnelle, on étouffe, dans des vitrages isolants du genre considéré, les oscillations transversales décrites dans la région du cadre d'espacement. Par contre, il a été reconnu selon l'invention quelorsque la membrane en forme de bande est déformable sous l'action d'oscillations transversales dont est le siège le bord de la vitre à laquelle elle est reliée, et cela en correspondance avec ces oscillations, sans opposer de résistance nuisible à ces oscillations ou déformations, lorsqu'ainsi les oscillations transversales décrites ne sont pas étouffées, un accroissement marqué du taux d'isolation acoustique peut ftre obtenu: pour un vitrage isolant de conception et de conformation données par ailleurs, l'énergie sonore transmise chute de 50% et plus. Il en est ainsi en particulier dans le domaine dès fréquences moyennes. Il en est par ailleurs en particulier ainsi lorsque les vitres comportent une épaisseur totale de verre supérieure à 10 mm, par exemple 15 mm et plus, et que l'espace intermédiaire qui les sépare présente une épaisseur comprise entre 10 et 70 mm, de préférence entre 25 et 50 mm, le gaz deremolissage n'étant pas de l'air. L'épaisseur totale des verres se situe en général, dans les vitrages isolants selon l'invention, entre 1.0 et 35 mm. On choisit avantageusement l'espacement des vitres d'autant plus grand que l'épaisseur totale de verre est petite. Par exemple, pour une épaisseur de verre de 10 mm, on choisira un espacement égal ou supérieur à 50 mm, pour une épaisseur de 15 mm un espacement égal ou supérieur à 25 mm et pour une épaisseur de 20 mm un espacement égal ou supérieur à 10 mm. Une forme d'exécution d'un vitrage isolant selon l'invention, qui se distingue par une atténuation acoustique particulièrement élevée, est,en combinaison avec la dispostion et la conformation décrites pour la membrane en forme de bande, caractérisée par le fait que le gaz de remplissage est un gaz dans lequel la vitesse du son est inférieure d'au moins 10% à sa valeur dans l'air. On parvient également à des valeurs d'atténuation acoustique particulièrement élevées lorsque, en combinaison avec la dispostion et la conformation décrites pour ladite membrane, -le gaz de remplissage est un gaz dans lequel la vitesse du son est supérieure d'au moins 20%, de préférence 30%, à sa valeur dans l'air. S'il s'agit d'un vitrage isolant de très grandes dimensions, il peut être utile de prévoir des éléments de soutien sous le bord de la vitre reliée à la membrane en forme de bande. Dans ce cas, il convient selon l'invention que ces éléments de soutien soient disposés avec un écartement supérieur à la longueur d'onde des oscillations transversales pour la fréquence d'adaptation apparente. L' expressicn"réquence d'adaptation apparente" se rapporte au phénomène déjà mentionné de la coïncidence d'ondes. Lorsque, tandis qu'augmente la fréquence d'excitation, la longueur d'ondes dans l'air devient, pour une fréquence déterminée, plus petite que la longueur d'onde de flexion de la vitre, il apparaît ce qu'on appelle des effets de coïncidence. Ceux-ci se manifestent par une sorte de résonance spatiale entre l'excitation acoustique de la vitre et ses oscillations de flexion libre. Cet effet est également appellé effet d'adaptation apparente et la fréquence correspondante s'appelle fréquence d'adaptation apparente. Il entre enfin dans le cadre de l'invention de raccorder à la membrane en forme de bande et/ou au bord de la vitre associée des agencements d'amortissement complémentaires. Egalement sur la vitre reliée à la membrane en forme de bande peut être appliquée, du coté opposé au cadre d'espacement, une lèvre de recou- vrement reliée par ailleurs au cadre d'espacement ou à un élément de cadre attenant. La description qui. va suivre, en regard des dessins annexés à titre d'exemples non limitatifs, permettra de bien comprendre comment l'invention peut être mise en pratique. La figure 1 représente en coupe verticale un vitrage isolant selon l'invention. La figure 2 représente une vue suivant la flèche A de l'objet de la figure 1. La figure 3 représente une autre forme d'exécution de l'objet de la figure 1. Le vitrae isolant représenté comprend principalement une vitre intérieure 1, une vitre extàieure 2, un cadre périphérique d'espacement 3 et unintermédiaire rempli de gaz 4. Dans le présent exemple,l'une des vitres, savoir la vitre 2, est reliée par l'un de ses bords, le bord inférieur 5, au cadre d'espacement 3 à l'aide d'un profilé de jonction flexible, fixé au bord de cette vitre. Ce profilé de jonction est réalisé sous la forme d'une a été rcprése9tée avec une épaisseur membrane en forme de bande b, qui exagérée pour la clarté des figures. En pratique, la dispositon est telle que la membrane en forme de bande 6 offre une résistance à la flexion petite par rapoort à la résistance à la flexion, à largeur égale, de la vitre associée 2. On notera oue le rapport V des résistances à la flexion se calcule à l aide de la formule M DM3 EG. G) o EM est le module d'élasticité de la membrane, EG est le module d'élasticité de la vitre, DM est l'épaisseur de la membrane, DG est l'épaisseur de la vitre. La membrane en forme de bande 6 doit en effet etre déformable sous l'action d'oscillations transversales 7 dont est le siège le bord 5 de la vitre à laquelle elle est reliée, et cela en correspondance avec ces oscillations 7, sans opposer de résistance néfaste à ces oscillations 7 ou déformations. De telles oscillations transversales 7 ont été représentéesavec une amplitude exagérée sur la figure 2. Dans le présent exemple et selon une forme d'exécution préférée de l'invention, la membrane en forme de bande 6 peut 9tre en métal, en caoutchouc ou en matière plastique, sa résistance à la flexion-étant inférieure d'un facteur compris entre 10 2 et 10c6 à celle de la vitre 2 à laquelle elle est reliéepowr une même largeur. Dans la pratique, on ado era d'une manière générale un facteur comprîis 0 et 10. Dans le présent exemple et selon une forme d'exécution préférée de l'invention, la membrane en forme de bande 6 est constituée par une bande plane, et sa largeur libre B est environ égale à l'épaisseur D de la vitre 2 à laquelle elle est reliée; mais elle peut aussi lui être supérieure ou inférieure. L'épaisseur DZ de l'espace intermédiaire est en principe quelconque dans un vitrage isolant selon l'invention. Les figures 1 et 3 montrent toutes deux une forme d'exécution dans laquelle le dimensionne- ment est à peu près tel que l'espace intermédiaire présente une épaisseur DZ comprise entre 10 et 70 mm, de préférence voisine de 50 mm environ, tandis que les deux vitres 1,2 offrent une épaisseur totale d'environ 14 mm. Le gaz de remplissage 4 n'est pas de l'air. Il peut être composé soit d'un mélange composé de 40% d'hexafluorure de soufre et de 60% d'air, soit d'hélium. Dans le premier cas, le gaz de remplissage 4 est un gaz dans lequi la vitesse du son est inférieure d'au moins % à sa valeur dans l'air. Dans le second cas, le gaz de remplissage 4 est un gaz dans lequel la vitesse du son est supérieure d'au moins 20% à sa valeur dans l'air. Si l'on compareun tel vitrage isolant avec un vitrage appartenant à l'état de la technique, dans lequel à la place de la membrane 6 est disposé un profilé de jonction faisant ressort et résistant à la flexion, ou dans lequel la vitre correspondante est reliée au cadre d'espacement 3, on constate que, avec ces gaz de remplissage, le taux d'isolation acoustique pondéré atteint environ 50 dB pour la forme d'exécution selon l'invention, tandis que ce taux n'atteint que 45 dB pour la forme d'exécution connie, avec les memes gaz de remplissage. (On rappelle qu'à une augmentation de 5 dB du taux d'isolation acoustique correspond une atténuation d'énergie sonore dans un rapport de 3,2). Dans la forme d'exécution selon l'invention, l'isolation acoustique peut encore être améliorée en augmentant l'épaisseur totale de verre, tandis que dans la forme d'exécution connue une augmentation complémentaire n'est pas possible. On a indiqué en traits mixtes sur la figure 1 qu'à la membrane en forme de bande 6 et/ou à la vitre associée 2 peuvent être raccordés complémentairement des agencements d'amortissement 8. La figure 3 montre que sur la vitre 2 reliée à la membrane en forme de bande 6 est appliquée, du côté opposé au cadre dispacement 3, une lèvre de recouvrement 9, qui est par ailleurs reliée à un élément de cadre 10 attenant à un cadre 11. Quelques exemples concrets de réalisation vont être exposés dans ce qii suit. Les taux d'isolation acoustique pondérés RX indiqués ont été mesurés par la méthode des deux chambres conformément à'la norme DIN 52 210 sur, sauf indication contraire, de grandes vitres de 1,25 m x 1,50 m. Sauf indication contraire également, on a utilisé comme profilé de jonction une bande d'acier de 0,15 mm d'épaisseur et de 30 mm de largeur, collée à la vitre sur une largeur de 7 mm et au cadre d'espacement sur une largeur de 10 mm, de sorte que reste libre une largeur B de 13 mm. La membrane était éventuellement disposée sur tout le pourtour de la vitre. Dans les vitrages collées collées isolants sans profilé de jonction, les deux vitres étaient/ de la manière habituelle directement au profilé d'espacement. D'une manière abrégé, dans ce qui suit, cette dernière structure a été dénommée frigide", tandis que l'autre structure, utilisant une membrane, a été dénommée "flexike". Exemp _l Epaisseur de la vitre extérieure D1 Epaisseur de l'espace intermédiaire celui-ci étant rempli d'un gaz composé de 70% % d'air. Epaisseur de la vitre Rw rigide = 43 dB. Rw flexible = 46 dB. La vitre d'épaisseur = 5 mm. DZ = 50 mam, de SF6 et de intérieure D2 = 4 mm. 4 mm est disposée en mode flexible. Exemple 2 D1 = 10 mm. DZ = 30 mm; gaz de remplissage composé de 705 0% d'air. D2 = 4 mm. Rw rigide = 42 dBo. w Rw flexible = 46 dB. La vitre d'épaisseur 4mm est disposée en mode flexible. Exemple 3 = 15 mam. = 50 mm, remplissage d'air. = 8 mm. rigide = 42 dB. de SF6 + D1 DZ D2 Rw 1O R flexible = 47 dB. w La vitre d'épaisseur 8 mm est disposée en mode flexible. Exemple 4 D1 = 19 mm. DZ = 12 mm, remplissage avec un gaz composé de % de SF6 et de 30% d'air. D2 = 8 mm. Rw rigide = 41 dB. Rw flexible = 47 dB. La vitre d'épaisseur 8 mm est disposée en mode flexible. Exemple 5 D1 = 15 mm. DZ = 12 mm, remplissage d'héium. D2 = 8 mm. Rw rigide = 42 dB. Rw flexible = 48 dB. La vitre d'épabseur 8 mm est disposée en mode flexible. Les mesuressont réalisées sur des vitrages isolants de 6 m2 de surface. Exemple 6 D1 = 10 mm. DZ = 50 mm, remplissage avec un gaz composé de 40% de SF6 + 60% d'air. D2 = 4 mm. R rigide = 45 dB. W R flexible = 50 dB. La vitre d'épaisseur 4 mm est disposée en mode flexible. Exemple 7 Structure des vitres et remplissage de gaz comme dans l'exemple 6, excepté que la largeur libre c la membrane d'acier est moitié (6,5 mm). 535 Rw flexible = 50 dB. Exemple 8 Structure et remplissage d'e gaz comme dar.s l'exemple 7, mais avec une lèvre de caoutchouc 9 de 5 mm d'épaisseur et de dureté Shore de 40 (cf la figure 3). R flexile = 51 dB. Exemple 9 Structure des vitres et remplissage de gaz comme dans l'exemple 6, excepté qu'à la place de la membraned'acier de 0,15 mm d'épaisseur est utilisée une bande d'aluminium de 0,1 mm d'épaisseur. Rw flexible = 50 dB. Exemple 10 Géométrie et remplissage de gaz comme dans l'exemple 6, mais la membrane d'acier flexible est remplacée par une membrane de caoutchouc de 5 mm d'épaisseur et de dureté Shore de 40. Rw flexible = 50 dB. Exemple il Di = 19 mm. DZ = 50 mm, remplissage avec un gaz composé de % de SF6 + 30% d'air. D2 = 8 mm. Rw rigide = 44 dB. Rw flexible = 54 dB. La vitre de 8 mm d'épaisseur est disposée en mode flexible. La vitesse du son C dans les gaz de remplissage et son rapport CG/CL à la vitesse du son dans l'air, ainsi que le rapport V des résistances à la flexion de la membrane et du verre sont donnés dans les deux tableaux suivants. T A B L E A U I C (m/s) % air % SF6 ±- 60 air 7C% SF6 + 30% air % He T A B L E A U II Membrane (épaisseur et volume) 0,15 mm acier 0,1 mm Ai mm caoutchouc Verre (épaisseur) 4 mm 8 mm 4 mm 4 mm V 1,6. 10 2,0. 10-5 1,6. 10-5 -V 10-5 Gaz o,60 0,47 ^,94 CG CL RE17EFDICATION'S 1.- Vitrage isolant comprenant une vitre intérieure, une vitre extérieure, ur cadre périphérique d'espacement et un espace intermédiaire rempli de gaz, l'une au moins des vitres étant reliée par au moins un bord au cadre d'espacement à l'aide d'un profilé de jonction flexible, fixé sur le bord de cette vitre, caractérisé par le fait que le profilé de jonction est réalisé sous la forme d'une membrane en forme de bande (6), dont la résistance à la flexion est petite par rapport à la résistance à la flexion, à largeur égale, de la vitre associée (2), et que la membrane en forme de bande (6) est déformable sous l'action d'oscillations transversales (7) dont est le siège le bord (5) de la vitre à laquelle elle est reliée, et cela en correspondance avec ces oscillations (7). 2.Vitrage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la membrane en forme de bande (6) est en métal, en caoutchouc, en matière plastique ou en une substance analogue et offre une résistance à la flexion inférieure d'un facteur compris entre 10 et 6, de préférence entre environ 10-4 et 10 5, à celle de la vitre (2) à laquelle elle est reliée. 3.- Vitrage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que la membrane en forme de bande (6) est constituée par une bande plane. 4.- Vitrage selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé par le fait que la membrane en forme de bande (6) comporte une largeur libre (B) égale environ à l'épaisseur (D) de la vitre (2) à laquelle elle est reliée. 5.- Vitrage selon l'une quelconque des reven- dications 1 à #, caractérisé par le fait que sur la vitre (2) reliée à la membrane en forme de bande (6) est appliquée, du coté opposé au cadre d'espacement (3), une lèvre de recouvrement (9), qui est par ailleurs reliée au cadre d'espacement (3) ou à un élément de cadre (10) attenant. C.- Vitrage selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 5, dans la forme d'exécution o les vitres comportent une épaisseur totale de verre supérieure à mm, caractérisé par le fait que l'espace intermédiaire qui les sépare présente une épaisseur (DZ) comprise entre et 70 mm, de préférence entre 25 et 50 mm, et que le gaz de remplissage (4) n'est pas de l'air. 7.- Vitrage selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le gaz de remplissage (4) est un gaz dans lequel la vitesse du son est inférieure d'au moins 10% à sa valeur dans l'air. 8.- Vitrage selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le gaz de remplissage (4) est un gaz dans lequel la vitesse du son est supérieure d'au moins 20%, de préférence 30%, à sa valeur dans l'air. 9.- Vitrage selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 8, dans la forme d'exécution comprenant des éléments de soutien sous le bord de la vitre reliée à la membrane en forme de bande, caractérisé par le fait que les éléments de soutien sont disposés avec un écartement supérieur à la longueur d'onde des oscillations transversales (7) pour la fréquence d'adaptation apparente. 10.- Vitrage selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait qu'à la membrane en forme de bande (6) et/ou au bord (5) de la vitre associée (?) sont raccordés complémentairement des agencements d'amortissement (8).