Brevet FR2650332A1 — publié le 19910201

VITRAGE DE PROTECTION THERMIQUE ET ACOUSTIQUE L'invention concerne un vitrage isolant thermique à propriétés acoustiques améliorées. Depuis plusieurs années, dans de nombreux pays, l'utilisation de vitrages isolants thermiques s'est géné- ralisée. Le plus souvent, ils sont constitués de deux verres de mêmes épaisseur, généralement comprise entre 2,5 et 4 millimètres, séparés par une lame d'air sec de 6 à 12 millimètres et collés à leur périphérie à l'aide de mastics variés et éventuellement de -profilés métalliques. Pendant la période de chauffage, de tels vitrages améliorent le confort des locaux d'habitation, de travail ou de loisir et diminuent-sensiblement les déperditions thermiques. Mais dans certaines zones bruyantes, l'on désire éga- lement bénéficier d'une isolation acoustique renforcée. C'est pourquoi on a proposé des techniques diverses pour améliorer les performances d'isolation acoustique des vi- trages isolants thermiques ou des fenêtres dans lesquelles ils sont destinés à être posés. Parmi ces techniques, plusieurs font appel au rem- plissage de l'espace entre les verres avec un gaz lourd, d'une masse moléculaire supérieure à 100 tel que les chloro-fluoro-carbone ou hexafluorure de soufre en parti- culier. Outre que ces derniers gaz peuvent présenter un risque pour l'environnement puisqu'ils sont chimiquement particu- lièrement stables et ne sont dissociés que par les rayon- nements ultra-violets de la haute atmosphère o les pro- duits de leur décomposition détruisent la couche d'ozone protectrice, tous présentent l'inconvénient d'avoir en acoustique une efficacité contestée. En effet, s'ils amé- liorent l'indice d'affaiblissement acoustique dans les gammes des fréquences médiums ou aiguës, leur effet est d'abaisser cet affaiblissement aux fréquences graves, là o l'isolement dû à la masse du verre est le plus faible et également là o le spectre des bruits routiers est le plus intense. Les autres méthodes proposées pour améliorer les per- formances acoustiques des vitrages isolants thermiques, c'est-à-dire des vitrages multiples et en particulier des vitrages doubles, préconisent, pour des raisons d'acousti- que théorique qui seront évoquées plus loin, d'associer des verres unitaires d'épaisseurs différentes, éventuellement sous forme de vitrages feuilletés. Dans certaines va- riantes, le film intercalaire du vitrage feuilleté a des performances acoustiques améliorées. Ces dernières solu- tions qui améliorent incontestablement de manière plus ou moins importante les performances acoustiques ont l'incon- vénient d'être chères (cas des feuilletés), lourdes et d'accroître très sensiblement l'épaisseur des vitrages et donc d'obliger à utiliser des fenêtres spéciales renforcées mécaniquement. L'invention en revanche propose une solution acousti- quement efficace, simple, bon marché et qui permet de con- server la profondeur des feuillures habituelle. Le vitrage selon l'invention, destiné à assurer la protection thermique et acoustique, est constitué de deux feuilles de verre d'épaisseurs différentes séparées par une lame d'air ou d'un autre gaz, il est caractérisé en ce que la différence des épaisseurs rapportées au verre le plus mince est inférieure à 26 %. Dans une variante préférée cette différence descend en dessous de 22 %. Selon l'invention, il est également prévu que la même différence reste supérieure à 20 %. Dans une variante de l'invention, l'épaisseur du verre le plus mince reste inférieure à 4 mm. Il est également prévu, dans le cadre de l'invention, d'introduire dans l'espace compris entre les verres un gaz lourd de masse moléculaire supérieure à 100. Ce gaz peut avantageusement être de l'hexafluorure de soufre dans une proportion d'au moins 30 %. Les vitrages selon l'invention présentent l'avantage inattendu qu'une bonne isolation acoustique est obtenue pour une différence d'épaisseurs très faible entre les deux verres constituant le vitrage isolant. Les vitrages cor- respondant sont donc plus minces et moins lourds que les vitrages acoustiques traditionnels. Les figures et la description qui suivent permettront de comprendre le fonctionnement de l'invention et ses avantages. La figure 1 représente l'indice d'affaiblissement acoustique d'un vitrage isolant traditionnel comportant deux verres de 4 mm séparés par un espace d'air de 12 mm, la figure 2 représente le même indice dans le domaine des fréquences graves pour un vitrage selon l'invention et pour un vitrage à la limite du domaine de l'invention. Les fi- gures 3 et 4 présentent pour des vitrages composés par l'association d'un verre de 3,9 mmn avec des verres d'épaisseurs variables, les résultats acoustiques globaux pour des vitrages mesurés soit seuls, soit dans une fenêtre en aluminium, soit encore, dans. une bonne fenêtre en PVC. La figure 3 présente l'indice d'affaiblissement en dB (A) pour un bruit de route normalisé et la figure 4, la gran- deur en dB de la norme ISO. Si l'on observe la courbe 1 représentant l'indice d'affaiblissement acoustique d'un double vitrage en fonction de la fréquence (figure 1), on constate un isole- ment qui croît avec la fréquence. La position générale de la courbe, sa "hauteur" dans la direction de l'axe des or- données n'est déterminée que par la masse surfacique de chacune des parois et la distance qui les sépare: plus les verres sont épais, plus l'affaiblissement est élevé. La variation de l'affaiblissement en fonction de la fréquence est une croissance avec une pente théorique de 18 dB par octave. C'est seulement aux deux extrémités du spectre que cette règle générale ne s'applique plus. Dans le premier de ces domaines, dans les hautes fréquences, des minima 2 se produisent pour des fréquences fc dites fréquences criti- ques. De même, dans les graves, pour une fréquence fr dite fréquence de résonance, on constate un minimum 3. Dans ces deux domaines du spectre de fréquences, l'isolement acous- tique procuré par la paroi est réduit par rapport à ce qu'il est dans les zones voisines. Les moyens de modifier l'affaiblissement de la paroi dans ces domaines sont par- ticulièrement recherchés par -les acousticiens. Ceci est spécialement vrai pour le "trou" 3 à la fréquence de réso- nance car dans cette zone l'affaiblissement est - indépen- damment du "trou" - le plus faible de tout le spectre acoustique. C'est par ailleurs aux basses fréquences que les bruits routiers.sont les plus intenses. Dans le domaine des aigus, les problèmes sont moins ardus (affaiblissement plus élevé et source bruit moins intense) mais, de plus, des moyens relativement simples ont été trouvés qui permettent d'améliorer l'affaiblissement produit par un double vitrage dans cette zone: on a ainsi découvert qu'en remplaçant partiellement l'air sec à l'in- térieur du vitrage isolant par un gaz o la vitesse du son est différente de ce qu'elle est dans l'air, en particulier par un gaz lourd qui présente l'avantage sur les gaz plus légers que l'air, de diffuser très lentement au travers des joints du vitrage isolant au cours du temps, on accroissait la pente de la courbe d'affaiblissement dans les médiums et les aigus ce qui améliorait l'isolation acoustique dans ces domaines de fréquences. Cela a permis d'atteindre de meil- leures performances pour des vitrages spéciaux en particulier selon les normes DIN ou ISO o la notion d'in- dice d'affaiblissement pondéré permet de rendre compte à l'aide d'une seule valeur, R, des performances d'isolement de la paroi. Ainsi dans un vitrage isolant constitué de deux verres de 4 mm associés à un espace de 12 mm, l'introduction de SF6 & une concentration de 80 % dans l'air fait passer R. d'une valeur de 30,2 dB à une valeur de 32,9 dB. Mais les deux techniques, utilisation de gaz spéciaux ou modification des épaisseurs à iasse globale constante qui s'utilisent d'ailleurs souvent simultanément, n'ont que peu d'effet - ou parfois un effet néfaste - sur le "trou" 3 des basses fréquences. Dans ce domaine, o les phénomènes s'apparentent au comportement d'une association masse - ressort - masse, seulement deux techniques sont efficaces, l'action par la loi de masse: on "remonte" l'ensemble de la courbe en augmentant la masse surfacique de la paroi ou la modification de la caractéristique du "ressort" ce qui nécessite une modification de l'épaisseur de la lame d'air intercalaire. Malheureusement les effets ne sont mesurables ici que si cette épaisseur atteint plusieurs centimètres... C'est dans ce domaine des basses fréquences que l'invention apporte une solution surprenante. En mesurant les indices d'affaiblissement acoustique pour des combinaisons de verres d'épaisseurs différentes associées à des lames d'air ou de gaz lourds identiques on a en effet constaté une amélioration inexplicable lorsque la différence des épaisseurs atteint 20 %. -. Sur le tableau I, on trouve pour les basses fré- quences, les indices d'affaiblissement acoustique R mesurés selon la norme ISO 140 parties 1 et 3, pour des combinai- sons dans lesquelles un verre silico-sodo-calcique de 3,9 mm est associé par l'intermédiaire d'une lame d'air sec de 12'mm à un autre verre d'épaisseur d, d variant par dixième de mm de 3,9 à 4,8 mm. TABLEAU I I IS mm 3,9 I 4,1 4,2 4,3 4,4 1 4,54,6 4,7 4,8 \ I I I I j. I I I Hz\ I I I I I I I H I I I 1. 1 1 I 1 19,4 19,4 19,4 18,7 19,7 1 20,1 19,6 1 20,51 19,9 125 19,8 19,6 19,5 19,7 1 21,1 4 22,4 22,1 j 22,21 21,2 22,2 22,6 21,6 22,1 22,3 1 21,5 1 21,9 1 22,01 21,7 19,5 18,6 19,0 19,8 18,2 1 18,9 1 19,4 20,41 20,4 250 17,3 18,7 19,3 20,0 18,9 1 18,5 1 18,3 19,41 19,9 315 17,7 19,2 19,7 18,6 19,7 1 19,9 1 20,6 1 21,31 20,6 400 23,9 24,2 23,8 24,7 24,8 1 24,4 1 23,9 1 25,31 24,6 -I I I- Dans le tableau II on a fait figurer la différence 204R des moyennes arithmétiques des indices R concernés pour les vitrages d'épaisseurs voisines associés deux à deux, la moyenne étant effectuée pour l'ensemble des fréquences du tableau I. TABLEAU II I i II | n | vitrages AR [ I_ _! _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ I I iI I 301 1 1 3,9 + 4,1 et 3,9 + 4,2 - 0,030 I 2I 3,9 + 4,2 et 3,9 + 4,3 + 0,186 I 3 I 3,9 + 4,3 et 3,9 + 4,4 + 0,186 i 4 * 3,9 + 4,4 et 3,9 + 4,5 + 0,143 I 5 I 3,9 + 4,5 et 3,9 + 4,6 + 0,014 351 6 1 3,9 + 4,6 et 3,9 + 4, 7 + 0,757 I 7 I 3,9 + 4,7 et 3,9 + 4,8 - 0,257 I_ _ _I[__ _ _ _ _ _ _ _ I _ _ _ _ On constate ainsi une stagnation de l'amélioration pour les combinaisons n i et ne 5, une progression normale pour 2, 3 et 4 mais un saut quantitatif pour la combinaison 6 tandis que la, combinaison 7 présente une régression inattendue. Un tel comportement ne trouve pas d'explication dans la loi de masse ni selon les théories habituelles de l'acoustique. La figure 2 qui présente en 4 la courbe de l'indice d'affaiblissement acoustique pour le vitrage 3,9 (12) 4,6 et en 5 la même courbe pour la combinaison 3,9 (12) 4,7 rend compte du même phénomène surprenant. La figure 3 et la figure 4 présentent les conséquences de ces constatations sur les performances acoustiques glo- bales des produits correspondants. Sur la figure 3 on a représenté les indices d'affaiblissement acoustique pour un bruit de route calculés selon la norme NF, S31-051. En ab- cisse, on voit l'épaisseur du deuxième verre, le premier ayant une épaisseur de 3,9 mm. La lame d'air'sec est de 12 mm. En 6 on voit les résultats pour un vitrage installé sans châssis. En 7 figurent les indices obtenus lorsque le vitrage est monté dans une fenêtre d'aluminium d'une bonne étanchéité mais d'une performance acoustique moyenne, c'est une fenêtre équipée d'ouvrants "à la française" réalisée avec des profilés de la marque ALCAN, type T 2000. La courbe 8 correspond aux résultats obtenus avec une bonne fenêtre en polychiorure de vinyle (PVC). Elle était équipée d'un double joint. Ses ouvrants sont à la fran- çaise, elle est réalisée en profilés COMBIDUR VK de la marque KNOERLING. De même, sur la figure 4, on a représenté la valeur de Rw calculée selon la norme ISO 717 Partie 3, pour les mêmes combinaisons de vitrages et de fenêtres. On voit en 9 le vitrage seul, en 10, la même fenêtre en aluminium et en 11, la même bonne fenêtre en PVC. L'étude des figures 3 et 4 confirme ce que montrait l'examen du tableau II, on cons- tate - surtout pour le vitrage seul et surtout pour Rroute route - un saut quantitatif lorsque l'épaisseur du deuxième verre atteint une valeur égale à celle du premier augmentée de %. Cet effet est moins net pour les fenêtres à cause de l'incidence de la constitution de la fenêtre ellemême et pour Rw car dans le calcul de cette grandeur on arrondit les valeurs au décibel entier inférieur. Les effets précédents, étudiés en détail dans le cas de vitrages remplis d'air sec ont été également vérifiés dans le cas o l'espace intérieur est rempli d'un mélange de gaz lourd et d'air. Les valeurs sont les suivantes: vitrage 3,9 (12) 3,9 rempli Rroute = 24,6 dB (A) d'un mélange Air/SF6 dans laJ proportion 20/80 t 32 dB vitrage 3,9 (12) 4,7 rempli Rroute = 26,1 dB (A) du même mélange (Rw= 34 dB Les avantages présentés par les vitrages selon l'in- vention sont manifestes: il est intéressant d'obtenir un résultat acoustique donné avec le verre le plus mince pos- sible: économie de matière donc de poids ce qui permet d'alléger la structure porteuse et surtout possibilité d'utiliser des châssis porteurs de vitrages identiques pour les variantes normales et les variantes acoustiques. C'est ainsi qu'un vitrage "normal" qui serait constitué de deux verres de 3,9 mm associés à une lame d'air de 13 mm aurait une épaisseur voisine du vitrage acoustique constitué d'un verre de 3,9 mm séparé d'un verre de 4,7 mm par une lame d'air de 12 mm. L'utilisation et en particulier la profon- deur de feuillure nécessaire aux deux types de vitrages serait exactement la même. Mais la fenêtre PVC de bonne qualité comportant ces vitrages verrait son acoustique s'améliorer sensiblement puisque le Rroute passerait de 29,4 à 32,6 dB (A) et le Rw de 35 à 37 dB. REVENDICATIONS 1. Vitrage de protection thermique et acoustique constitué de deux feuilles de verre d'épaisseurs diffé- rentes séparées par une lame d'air ou d'un autre gaz, ca- ractérisé en que ce que la différence des épaisseurs rap- portés au verre le plus mince est inférieure à 26 %. 2. Vitrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la différence des épaisseurs est inférieure à 22 %. 3. Vitrage selon la revendication 1 ou la revendica- tion 2, caractérisé en ce que la différence des épaisseurs est supérieure à 20 %. 4. Vitrage selon la revendication 2 ou la revendica- tion 3, caractérisé en ce que l'épaisseur du verre le plus mince est au plus égale à 4 millimètres. 5. Vitrage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'espace séparant les feuilles de verre comporte un gaz de masse moléculaire supérieure à 100. 6. Vitrage selon la revendication 5, caractérisé en ce que le gaz est de l'hexafluorure de soufre. 7. Vitrage selon la'revendication 6, caractérisé en ce que le SF6 est dans une proportion supérieure à 30 %.