Brevet FR2589786A1 — publié le 19870515

L'invention concerne les domaines tels que, par exemple, le bati- ment, les transports, les structures d'abri de matériel, dans lesquels une protection contre le bruit et les variations de tempéra- ture est requise. Il existe des structures composites, à base de matériaux compacts et cellulaires, qui assurent, en général, i 'une oui 'autre des fonctions isolation phonique ou thermique ; le brevet FR 2517728 décrit un composite multicouche constitué d'n polymère expansé collé à une couche intermédiaire élastique à base de bitume, renforcée sur ses de faces par des fibres ou des mats de verre, et dune couche de bitume élastique comportant une charge minérale dure. Ce matériau a pour avantage un bon effet d'amortissement sonore mais ne revendique pas d'effet d'isolation thermique. Le brevet FR 2101078 de l > Air Liquide, décrit, lui, un composite multicouche isolation thermique comportant une mousse de polychlorure de vinyle et du polystyrène expansé posé en compression pour absorber les variations de dimensions dues a la dilatation thermique. Un tel matériau -très efficace pour isolation à basse température- présente l'avantage de la légèreté, mais il est rigide, donc non élastiquement déformable et n'assure pas d'atténua- tion acoustique. On connat, aussi, des composites qui assurent, à la fois, l'iso- lation thermique et acoustique. C'est le cas de l'assemblage décrit dans le brevet US 3911190 de Nonsanto qui compte une feuille de matériau thermoplastique collée à une couche de caoutchouc à base de nitrile, elle même collée à un matériau cellulaire, gêné- ralement a base de polyuréthanne, dont les cellules sont remplies d'un gaz halogéné. Ce matériau offre des avantages de légèreté, d'atténuation des sons et d'isolation thermique certains, mais il n'est pas élastiquement déformable et, de part sa nature, il ne permet pas la réalisation de structures autoportantes. L'analyse de l'art antérieur montre qu'un composite qui présente, simultanément, les caractères d'isolation phonique et thermique, de légèreté, de déformabilité élastique sous contrainte et dPauto- portance n'est pas connu. Le composite objet de l'invention est constitué d'un assemblage d'élastomères compacts et cellulaires qui confère audit composite la possibilité de se déformer, d'une manière homothétique, dans son ensemble, et qui permet, grce à lPeffet de poutre assuré par le matériau cellulaire lié aux couches de matériaux compacts adjacentes, d'assurer une autoportance des structures réalisées à partir dudit composite. Le composite est constitué de couches successives comprenant les éléments suivants 1&commat;) une couche en élastomère compact qui assure les fonctions étanchéité et protection contre les intempéries et les agents at mosphéri ques. 20) une (ou plusieurs) coucheRs) d'un matériau cellulaire très déformable de manière élastiquement reversible mais de module élevé, assurant la légèreté du composite et les fonctions d'isolation phonique et thermique ainsi que le caractère autoportant de la paroi en maintenant constant, y compris sous dbformations l'écar- tement des autres éléments constitutifs du composite 3 ) une couche en élastomère compact, éventuellement renforcée de nappes de textiles à haut module ou de cables métalliques assurant une protection contre le vandalisme et contre les chocs. Les caractéristiques et variantes de l'invention seront mieux comprises a la lecture de la description ci-après et en se référant aux dessins, sur lesquels - la figure 1 représente di++érentes variables de composition du composite multicouche selon l'invention, - la figure 2 illustre une application dudit matériau composite. - la figure 3 schématise le raccordement d'une paroi réalisée à partir du composite multicouche sur une bride. - les figures 4 et 5 décrivent le comportement acoustique d'une feuille de mélange à base de caoutchouc renforcé ou non et de composites multicouches de diffbrentes structures. La figure 1 illustre différentes associations des couches constitutives du composite. Sur la vue la, le composite est constitué d'une couche 1, en mélange compact à base d'élastomère, de préférence à base de poly chloroprène pour assurer la protection contre le feu, d'une couche intermédiaire 2 en matériau cellulaire élastiquement dbformables de masse spécifique au plus égale à 200 kg/m3 et, de préférence comprise entre 70 et 100 kg/m3 et de module élastique en compression élevé, c'est à dire au moins égal à 0,10 MPa sous déformation de 50 %, préférentiellement réalisé par expansion d'un mélange à base de terpolymère d'éthylène, de propylène et d'un diène, réticulé, et enfin d'une couche 3 en mélange élastomérique compact qui peut, éventuellement, mais non obligatoirement, être de même nature que le mélange de la couche 1, et dont la formulation peut entre congue de manière a assurer une bonne résistance au feu. Le tableau ci-dessous indique, à titre d'exemple non limitatif, les propriétés d'un matériau cellulaire qui peut être utilisé pour la couche 2 du composite multicouche. s Propriété = Méthode : Résultats : d'essai : :--------------------------:------------:------------------------: : Masse volumique apparente: NFT. 56107 : 0,08 à 0,09 g/cm3 : :--------------------------:------------:------------------------: : Rigidité en compression : NFT. 56110 : 1er cycle : 5ème cycle : : Module à 25 % : : 0,1 MPa : 0,03 MPa : : Module à 50 % : : 0,2 MPa : 0,13MPa : : Module à 65 % r : 0,3 MPa : 0,25 MPa : :--------------------------:------------:------------:-----------: : Rigidité en traction : NFT. 56108 : : Module à 20 % : : 0,5 à 1,5 Mpa : Module à 50 % : : 1,0 à 2,5 MPa : Module à 100 % : : 1,5 à 3,0 MPa : Résistance à la rupture : ; 2,0 à 3,0 MPa : Allongement à la rupture : : 130 à 200 % :--------------------------:------------:-------------- : Résistance au déchirement: NFT. 56109 : : éprouvette pantalon : : 0,7 à 1,7 ) daN/cm éprouvette angle droit : : 1,5 à 2,5 ) : -------------------------:-----------:--------------------------: Conductibilité thermique : : environ 0,020 Cal/m/h/ C : La vue lb ne se différencie de la précédente que par l'intégra- tion, au sein de la couche 3 d'une (ou plusieurs) nappes de renforcement 4 textiles ou métalliques, qui assurent, en outre, une protection contre le vandalisme. La vue lc représente la constitution d'un composite à 5 couches alternées d'élastomères compacts et cellulaires. Il comporte d'un bord à l'autre, une couche en élastomère compact 1 et une couche en élastomère cellulaire 2, identiques à celles décrites dans les vues la et lb, puis une couche 5 en mélange à base d'élastomère compact, afin de multiplier le nombre d'interfa- ces de matériau différents, ce qui est de nature à accroltre l'isolation phonique en réduisant les possibilités de transmission des sons. Viennent ensuite une seconde couche d'élastomère cellulaire 2 et une nouvelle couche 3 de mélange compact à base d'élas- tombé qui peut éventuellement comporter des éléments de renforcement textiles ou métalliques 4. Les élément 2, 3 et 4 constitutifs du composite étant identiques à ceux décrits dans la vue lb. La figure 2 illustre une application possible du composite multicouche à la réalisation d'un tunnel dtintercirculation monobloc 7 pour véhicules ferroviaires 8. L'application en serait la même sur des voitures de métro ou des véhicules routiers tels que des tramways ou autobus articulés. La vue 2a montre le tunnel d'intercir- culation monobloc 7 permettant le passage du public d'un véhicule à l'autre, en protégeant les voyageurs. La vue 2b montre la coupe orthogonale à l'axe des véhicules d'un tel tunnel d'intercircula- tion monté sur une bride 6 destinée à la fixation du tunnel sur la face frontale d'un véhicule.La structure du composite comporte de l'extérieur vers l'intérieur du tunnel, la couche compacte 1 de protection contre les intempéries, la couche cellulaire 2 formant entretoise et écran acoustique et thermique puis la couche interne compacte 3 pour la protection contre le feu, contre le vandalisme et contre les chocs. Un plancher déformable 8 est ajouté au tunnel pour assurer la continuité de niveau avec le sol des voitures et accru'trie l'isolation sonore dans la direction du train de roulement.Dans des applications (non représentées) de mSme nature, le composite multicouche offre de nombreux avantages pour la réalisation d'éléments déformables de passerelles mobiles d'accès aux avions depuis le terminal de l'aéroport, ou d'accès aux navires depuis un quai d'embarquement. L'autoportance, la déformabilité élastique et la légèreté du composite permettent une réduction de l'énergie nécessaire à la déformation desdites passerelles que ce soit dans les utilisations ferroviaires, dans les utilisations de transport urbain, dans les utilisations aéroportuaires ou dans les utilisations maritimes. De plus, la résistance aux intempéries et au vandalisme sont des facteurs appréciés dans ce type d'applications. La figure 3 est la coupe longitudinale d'une paroi réalisée a partir du composite multicouche. Elle explicite une des modalités de raccordement des éléments de la paroi sur une bride rigide 6, métallique ou réalisée à partir de composites rigides. On y distingue la couche 1 en mélange à base d'élastomère compact, la couche 2 en matériau élastique cellulaire et la couche 3 qui se prolonge sous la bride dans la zone 7. Sur cette figure, la couche 3 comporte un renforcement textile ou métallique 4. Une nappe de cables textiles ou métalliques 12, dite nappe de raccordement, assure une liaison progressive, par recouvrement de la nappe de renforcement 4, entre la paroi et la bride de fixation 6. La figure 4 illustre sous forme graphique, les résultats obtenus dans un essai d'atténuation sonore en fonction de la fréquence, sur une feuille à base de mélange élastomérique 1 compact et sur une feuille de mEme mélange 1 renforcé de cables métalliques 4, les dew échantillons présentant la meme épaisseur.Les vues 4a et 4b montrent la constitution des échantillons, celui de la vue 4a correspondant au graphique C et celui de la vue 4b au graphique R de la vue 4c dans laquelle l'axe des abscisses x représente les fréquences des octaves de mesure et l'axe des ordonnées y i 'atté- nuation sonore en décibels. Les graphiques C et R correspondent aux valeurs expérimentales mesurées dans l'essai d'atténuation sonore décrit ci-dessus et consignées, pour chacun des échantillons soumis a l'essai, dans le tableau ci-dessous :---------------------------------------------------------: : Fréquence des : Atténuation sonore : Différence : : octaves de : décibels : : : mesure :-------------:--------------:------------: : : Matériau 4a : Composite 4b : : :---------------:-------------:--------------:------------: : 32 : 23,0 : 23,0 : 0 : : : : : : : 64 : 22,5 : 24,5 : +2 : : : : : : : 125 : 24,5 : 24,5 : 0 : : : : : : : 250 : 24,0 : 24,5 : +0,5 : : : : : : : 500 : 33,0 : 33,5 : +0,5 : : : : : : : 1000 : 44,5 : 45,0 : +0,5 : : : : : : : 2000 : 50,5 : 50,5 : 0 : : : : : : : 4000 : 56,0 : 55,5 : -0,5 : ---------------------------------------------------------- L'analyse de ces graphiques C et R permet de déduire que lPinter- position dans la couche de mélange compact 1 d'un élément de renforcement 4 modifie peu l'effet obtenu, les différences d'atténu- ation sonore étant comprises entre -0,5 et + 2 décibels. La figure 5 illustre, sous forme graphiques les résultats obtenus, dans les mêmes conditions d'essai que précédemment, sur le composite multicouche. Les vues Sa et 5b montrent la structure des composites (correspondant respectivement aux graphiques A et B des vues 5c et 5d) constitués d'une 1ère couche à base d'élastomère compact 1, d'une couche de matériau cellulaire 2, d'une couche de mélange a base d'élastomère compact 3 renforcé de cables métalli- ques 4 et pour le composite de la vue 5b d'une couche d'élastomère compact interposée à mi-épaîsseur du matériau cellulaire 5.Sur les vues 5c et 5d l'axe des abscisses z représente l'épaisseur e de la couche de matériau cellulaire 2 de l'échantillon A ou B et l'axe des ordonnées y représente l'atténuation sonore en décibels. La vue 5c est relative aux mesures aux basses et moyennes fréquen- ces (jusqu'à 500 Hz), alors que la vue Sd se rapporte aux mesures aux fréquences élevées (de 500 à 4000 Hz). Les graphiques des vues Sc et 5d correspondent aux valeurs expéri- mentales indiquées dans le tableau ci-après : --------------------------------------------------------------- : Matériau : Epaisseur : Atténuation sonore (décibels) : : en essai : de : Basse et moyenne : Haute : : : cellulaire : fréquences : fréquence : : : (mm) : valeur: Ecart par:valeur:Ecart : : : : :rapport au: :par rap: : : : :témoin : :port au: : : : : : : témoin: :---------------:------------:-------:----------:------:-------: : Témoin 4a : 0 : 26,1 : - : 48,7 : - : : : : : : : : : Composite 5a : 23 : 26,3 : + 0,2 : 65,0 : + 16,3: : : : : : : : : Composite 5a : 46 : 23,6 : - 2,5 : 64,2 : + 15,5: : : : : : : : : Témoin 4b : 0 : 26,5 : - : 50,3 : - : : : : : : : : : Composite 5b : 11 + 11 : 27,1 : + 0,6 : 68,7 : + 18,4: : : : : : : : : Composite 5b : 23 + 23 : 26,2 : - 0,3 : 66,7 : + 16,4: --------------------------------------------------------------- L'analyse de ces graphiques montre que : 1) le cellulaire 2 accroît l'atténuation sonore aux fréquences élevées, puisque la différence par rapport au témoin est, en moyenne de 15,9 pour le composite correspondant à la vue Sa et de 17,4 pour celui correspondant a la vue 5b. 2) l'augmentation de l'épaisseur de cellulaire 2 apporte peu d'ef- fet favorable : les différences d'atténuation sonore entre les composites correspondants à la vue Sa ou à la vue 5b mais d > 6pais- seurs différentes ne sont, respectivement que de 0,8 et 2 décibels. 3) la multiplication des interfaces entre couches compactes et cellulaires, par interposition d'une couche 5 améliore peu l'effet d'atténuation sonore aux hautes fréquences puisque les différences entre les composites correspondants aux vues 4a et 4b ou Sa et 5b et ayant pour ces derniers une épaisseur de 23 ou de 46 mm de cellulaire sont respectivement de 1,6, de 2,1 et de 0,9 décibels. Une des méthodes de réalisation du composite consiste, à partir des différentes couches déjà vulcanisées, à les assembler dans un moule et à les soumettre à une opération de traitement thermique sous pression. Des structures de révolution sont obtenues par pose successive des éléments constitutifs sur un mandrin de forme ap propriée, suivie d'un sanglage qui les maintient en place et d'un traitement thermique. En conclusion, l'invention décrit un matériau multicouche pour réalisation de structures autoportantes, présentant simultanément des propriétés d'isolation phonique et thermique, des caractéris- tiques élastiques qui lui permettent de reprendre ses dimensions initiales après déformation, une excellente tenue au déchirement et une bonne résistance au feu, aux hydrocarbures et aux corps gras alliées à la légèreté et au caractère autoportant. Un tel composite se prête à la réalisation de nombreux articles industriels qui utilisent tout ou partie de ses propriétés. C'est ainsi que la quasi totalité de ces caractéristiques sont mises à profit dans la fabrication de tunnels dintercirculation pour véhicules ferroviaires ou routiers qui nécessitent une isolation phonique contre les bruits de roulement, une isolation thermique pour maintenir constante la température des véhicules clima tissés, une protection contre les intempéries et les agents atmos phériques, une protection contre les projections d'huiles et de corps gras, une protection contre le vandalisme et la dégradation tant par le feu que par des objets coupants -ainsi qu'une excellente tenue mécanique pour résister aux déformations répétées dues aux mouvements des véhicules.Les tunnels dpintercirculation réalisés a partir du composite objet de l'invention sont autoportants ce qui évite lsinterposition de structure de maintien et permet ainsi de gagner en poids et en souplesse. De mEme les éléments mobiles de passerelles qui joignent un termi nai a un avion ou un bateau nécessitent la conjugaison de toutes les qualités du composite multicouche. La réalisation de tuyau,: pour transport des hydrocarbures ou du gaz liquéfié, dont la paroi est réalisée a partir du composite multicouche, requiert essentiellement les propriétés d'isolation thermique, de rbsistance aux hydrocarbures, de légèreté et de tenue mécanique. Le composite multicouche est également utilisé pour la réalisation d'éléments mobiles de structures pour abriter les machines. Il protège loenvironnement du bruit et des projections d'huiles et de matières grasses et aide à la protection du matériel des intempéries et des poussières atmosphériques. Les emplois du composite multicouche ne se limitent pas aux cas illustrés ou décrits. De nombreuses autres applications peuvent entre trouvées -dans le bâtiment et les travaux publics en particulier-chaque fois que se présente la nécessité d'allier une isolation phonique et/ou thermique à une haute résistance mécanique. L'homme de l'art peut, bien entendu, apporter au dispositif décrit précédemment et à ses applications illustrées a titre d'exemples non limitatifs, diverses modifications sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1- Structure composite multicouche d'élastomères compacts et cellulaires pour isolation phonique et thermique, constituée par une alternance d'au moins trois couches de matériaux élastomériques caractérisée en ce que le matériau cellulaire (2) possède une masse spécifique inférieure ou égale a 200 kg/m3 et un module sous compression de 50 Z, au moins gal à 0,1 MPa et que l'ensemble dudit composite est déformable élastiquement. 2- Structure composite multicouche selon la revendication 1, caractérisée en ce que la masse spécifique du matériau cellulaire (2) est comprise entre 70 et 100 3/m. 3- Structure composite multicouche selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le matériau cellulaire (2) est produit par l'expansion d'un terpolymère d' éthylène/propylène/diène. 4- Structure composite multicouche selon lune des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la composition des mélanges a base d'élastomères compacts des couches (1) et/ou () leur confère une bonne résistance au feu. 5- Structure composite multicouche selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'élastomère utilisé dans les mélanges des couches compactes (1) et/ou (3) est du polychloroprène. 6- Structure composite multicouche selon l'une des revendications 1 a 5 caractérisée en ce que la couche à base d'élastomère compact (3) est renforcée par au moins une nappe de textiles ou de cables métalliques (4). 7- Structure composite multicouche selon l'une des revendications 1 a 6, caractérisée en ce qu'au moins une couche à base d > 6lasto- mère compact (5) est interposée entre deux couches de matériau cellulaire t?). 8- Tunnel d'intercirculation entre véhicules ferroviaires ou routiers, monobloc et autoportant réalisé a partir d'une structure composite multicouche conforme a l'une des revendications 1 a 7. 9- Eléments déformables de passerelle d'accès d'un terminal à un avion ou à un bateau réalisés a partir d'une structure composite multicouche conforme à lune des revendications 1 à 7. 10- Eléments déformables d'abris de machines bruyantes et/ou polluantes réalisés à partir d'une structure composite multicouche conforme à l'une des revendications 1 à 7. 11 - Tuyau isolant pour le transport d'hydrocarbures ou de gaz naturel liquéfié réalisé à partir d'une structure composite multicouche conforme à l'une des revendications 1 à 7