Brevet FR2659646A1 — publié le 19910920

1. Vitrage composite présentant une atténuation acoustique élevée La présente invention se rapporte à des vitrages composites pré- sentant une atténuation acoustique élevée. l existe une demande pour des vitrages qui présentent une atténua- tion acoustique élevée, et différents types de vitrages ont été proposés pour s satisfaire à cette demande En particulier, des vitrages creux sont connus, tels que des vitrages remplis de gaz (par exemple d'air) et des vitrages sous vide, ainsi que des vitrages feuilletés tels que des vitrages dont la résine de solidarisation est de nature assez malléable pour présenter un effet d'amortissement Les vitrages creux ainsi que les feuilletés peuvent être formés de feuilles d'épaisseur asymétrique pour améliorer l'atténuation acoustique à certaines fréquences Et il est évidem- ment connu d'incorporer un ou plusieurs panneaux feuilletés dans un vitrage creux De tels vitrages souffrent de certains désavantages qui les rendent inaptes à leur utilisation dans certaines circonstances o il serait souhaitable d'obtenir un degré élevé d'isolation acoustique. Des vitrages creux remplis de gaz présentent une atténuation acous- tique qui est en majeure partie déterminée par l'épaisseur de l'espace intermé- diaire rempli de gaz Pour obtenir une atténuation élevée, l'espace intermédiaire doit être assez grand, et ceci peut présenter des difficultés de fabrication et de placement Simplement à titre d'exemple, de tels vitrages sont inaptes à être placés dans des cloisons minces en raison de leur épaisseur Alors que les panneaux sous vide peuvent offrir une bonne atténuation avec un espace intermédiaire relativement mince, un tel vide, spécialement dans le cas de panneaux de relativement grande dimension, tend à bomber les feuilles de verre du panneau, et ceci peut présenter un effet indésirable en réflexion. Les vitrages feuilletés offrent une atténuation qui, d'une manière générale, dépendent de leur masse Pour une atténuation élevée, une masse spécifique (c'est-à-dire une masse par unité de surface) élévée est nécessaire De nouveau, simplement à titre d'exemple, de tels panneaux sont inaptes à être montés dans des parois o les considérations de poids sont importantes. Un des objets de la présente invention est de proposer un vitrage qui offre un niveau très élevé d'atténuation acoustique par rapport à son épaisseur totale et à sa masse spécifique. La présente invention se rapporte à un vitrage composite présentant 2. une atténuation acoustique élevée, caractérisé en ce qu'il comporte deux feuilles de matière vitreuse entre lesquelles une couche d'un aérogel est prise en sandwich, lequel sandwich est solidarisé sous forme d'un panneau feuilleté monolithique. L'expression "panneau feuilleté monolithique" est utilisée ici pour décrire un panneau feuilleté qui est solidarisé de telle manière qu'il vibre de la même manière qu'une feuille unique d'une matière présentant un module d'élasti- cité qui peut être calculé à partir des modules d'élasticité et des épaisseurs des strates individuelles du panneau feuilleté De tels panneaux feuilletés monolithi- ques peuvent être considérés comme l'opposé des vitrages creux ou des vitrages feuilletés solidarisés de manière assez faible telle qu'ils se comportent en vibration à la manière d'une boîte plutôt que d'une plaque Dans un panneau feuilleté monolithique, il n'y a donc pas de résonance "masse-ressort-masse". Un tel vitrage composite offre un degré d'atténuation acoustique très élevé par rapport à son épaisseur totale et à sa masse spécifique. Un tel vitrage offre également l'avantage d'assurer que les deux faces principales de la couche d'aérogel soient protégées de l'humidité atmosphérique. En général, les aérogels absorbent fortement l'humidité, sous l'effet de laquelle ils tendent à se fissurer et à se réduire en poussière Les bords d'un tel vitrage feuil- leté peuvent être facilement protégés de manière connue en soi par l'emploi d'une masse de scellement résistant à l'humidité, comme par exemple une préparation de mastic à base de silicone. Un autre objet de la présente invention est de proposer un procédé de fabrication d'un tel vitrage. Dès lors, la présente invention se rapporte également à un procédé de fabrication d'un vitrage composite présentant une atténuation acoustique élevée, caractérisé en ce qu'une couche d'un aérogel est prise en sandwich entre deux feuilles de matière vitreuse, et en ce que le sandwich est solidarisé sous forme d'un panneau feuilleté monolithique. Ceci constitue un procédé très simple de fabrication d'un tel vitrage. L'aérogel utilisé peut être un aérogel d'alumine, de zircone, d'oxyde stannique ou d'oxyde de tungstène, mais il est de préférence un aérogel à base de silice Pour former une plaque d'aérogel destinée à être incorporé dans un vitrage feuilleté, une couche du gel approprié dans un solvant est étalée sur une plaque de moulage appropriée, et le solvant est enlevé de la couche pour laisser une plaque d'aérogel Dans un procédé préféré, un gel de silice dans de l'alcool en tant que solvant est étalé sur une plaque de moulage qui est ensuite introduite dans un autoclave L'autoclave est mis sous pression, et le gel est éventuellement rincé 3. avec du dioxyde de carbone liquide pour déplacer la totalité ou la majeure partie du solvant alcoolique La pression dans l'autoclave est portée à une valeur supérieure à la pression critique du solvant liquide présent dans la couche (environ 80 105 Pa pour l'alcool ou environ 74 105 Pa pour le dioxyde de carbone). s La température dans l'autoclave est ensuite élevée au-dessus de la température critique du solvant (environ 2400 C pour l'alcool ou environ 31 'C pour le dioxyde de carbone) De cette manière, il est possible d'enlever le solvant de la couche sans effondrer la structure de la silice pour former l'aérogel En fait, la structure de l'aérogel peut contenir jusqu'à environ 98 % en volume de cavités La plaque 1 o d'aérogel résultant du procédé est ensuite prise en sandwich entre les deux feuilles de verre, et le sandwich est solidarisé sous forme d'un panneau feuilleté monolithique. Des vitrages selon l'invention peuvent être opaques, et peuvent par exemple être constitués sous forme de panneaux décoratifs qui peuvent être colorés par l'incorporation d'agents colorants dans l'aérogel ou par une autre manière, mais de préférence, le dit panneau feuilleté est solidarisé pour former un panneau transmettant la lumière Si le panneau feuilleté transmet la lumière, il peut être utilisé en tant que fenêtre ou en toute autre circonstance o la transmis- sion de lumière est un facteur important En fonction de l'épaisseur de l'aérogel dans le panneau feuilleté, il peut même être transparent. l faut prendre garde lorsqu'on solidarise une couche préformée d'aérogel à une feuille de matière vitreuse Si on utilise un adhésif à base de solvant, il est vraisemblable que le solvant puisse pénétrer dans l'aérogel, et cela provoquerait la destruction de la matrice d'aérogel de la même manière que le ferait l'absortion d'humidité Il est dès lors préférable que l'agent de liaison soit substantiellement dépourvu de solvant Dès lors, on préfère utiliser une matière adhésive thermoplastique ou fusible Les aérogels sont bien aptes à résister aux températures nécessaires pour fondre de nombreuses matières adhésives thermo- plastiques Une telle matière adhésive thermoplastique peut se présenter sous la forme d'une mince feuille ou d'un film, mais il est avantageux que l'adhésif soit sous forme de poudre puisque ceci simplifie les problèmes de manipulation Une telle poudre adhésive peut être appliquée facilement, par exemple par une technique de pulvérisation électrostatique bien connue en soi Des résines silicone fusibles sont particulèrement bien adaptées pour former une liaison très efficace entre des aérogels à base de silice et des feuilles de matière vitreuse qui sont également riches en silice. Dans des formes spécialement préférées de réalisation de l'invention, 4. la ou au moins une dite couche d'aérogel est formée directement sur une dite feuille de matière vitreuse Ceci évite tous problèmes dans le choix et l'application d'une couche intermédiaire de matière adhésive, et simplifie fortement la fabrica- tion La manière la plus facile d'assurer une telle solidarisation directe est d'uti- s liser une feuille de matière vitreuse en tant que plaque de moulage sur laquelle la couche d'aérogel est d'abord formée De cette manière, la ou au moins une dite couche d'aérogel est formée directement sur une feuille de matière vitreuse, de sorte qu'elle s'y solidarise directement Un aérogel à base de silice se solidarisera facilement directement à la matrice de silice vitreuse d'une feuille de verre, par exemple. Dans certaines formes préférées de réalisation de l'invention, le dit panneau feuilleté est formé par assemblage de deux couches d'aérogel, chacune d'elles étant formée directement sur une feuille de matière vitreuse Par assem- blage de deux couches d'aérogel pour former le feuilleté, chacune d'elles étant formée directement sur une feuille de matière vitreuse, on peut constituer facile- ment un vitrage qui possède un niveau très élevé d'atténuation acoustique par rapport à son épaisseur et à son poids. On croit que l'atténuation acoustique d'un vitrage selon l'invention est dûe en majeure partie à la très grande différence d'impédance acoustique entre l'aérogel et la matière vitreuse, dûe à la vitesse très faible de propagation du son dans l'aérogel Cependant afin de tirer tous les avantages d'un tel phénomène, la(les) couche(s) d'aérogel ne doit(doivent) pas être trop mince(s), et on préfère dès lors que la ou au moins une couche d'aérogel soit formée selon une épaisseur d'au moins 10 mi L'augmentation de l'épaisseur d'une dite couche d'aérogel est également très avantageuse au point de vue de l'isolation thermique, si celle-ci est souhaitée Il faut évidemment noter que les couches d'aérogel transmettent une proportion significative de lumière de manière diffuse, et de ce fait, l'épaisseur totale de l'aérogel dans le vitrage ne doit pas être trop grande si un niveau élevé de résolution à travers le vitrage est considéré comme important. Afin de protéger intégralement l'aérogel contre une attaque possible par l'humidité atmosphérique, on préfère que l'aérogel soit emprisonné herméti- quement dans le panneau feuilleté Ceci peut être réalisé de différentes manières, par exemple par l'emploi d'une masse de scellement de bord en mastic tel que décrit ci-dessus, en variante conjointement avec un chassis en U, par exemple en aluminium extrudé Cependant le panneau feuilleté est de préférence scellé hermétiquement au moyen d'un ou de plusieurs espaceurs s'étendant autour du panneau et soudé(s) aux feuilles de matière vitreuse du panneau feuilleté Ceci 5. procure une protection très efficace et durable de l'aérogel. Dans certaines formes préférées de réalisation de l'invention dans lesquelles l'aérogel est emprisonné hermétiquement dans le panneau feuilleté, l'intérieur du panneau feuilleté est vidé d'air Ceci est très favorable au point de s vue de l'isolation thermique, et peut aussi être avantageux en permettant une conservation plus certaine de la vitesse très faible de propagation du son dans l'aérogel. Des formes préférées de réalisation de l'invention seront maintenant décrites à titre d'exemple seulement en se référant aux dessins schématiques annexés dans lesquels: La figure 1 illustre une étape dans la fabrication d'un vitrage selon l'invention, et Les figures 2 et 3 sont respectivement des vues en coupe de deux formes de réalisation de vitrage selon l'invention. Une feuille de matière vitreuse 1 de dimension et de forme appro- priées comporte une bordure 2 disposée le long de sa périphérie (voir figure 1). L'espace formé au-dessus de la feuille 1 et à l'intérieur de la bordure 2 est ensuite rempli d'une solution formatrice d'aérogel Ainsi que le montre la figure 1, la feuille 1 est ensuite placée dans un autoclave 3 ayant des vannes d'entrée 4 et de sortie 5 de gaz, et un dispositif de chauffage représenté en 6. La solution utilisée est une solution d'alcoogel, c'est-à-dire une solution dans de l'alcool Le soluté formateur de gel peut être de la silice seule, ou on peut lui adjoindre d'autres oxydes, par exemple d'aluminium, de tellure, de germanium ou d'autres matières pour conférer les propriétés spéciales souhaitées à 1 'aérogel à former. Après avoir versé la solution formatrice d'aérogel et après que toutes bulles aient été enlevées, on laisse gélifier la solution et on laisse vieillir. L'alcoogel ainsi formé est rincé par du dioxyde de carbone liquide qui remplace l'alcool dans la solution d'alcoogel Ceci peut être effectué par un rinçage répété de la solution de gel à environ 18-200 C sous une pression d'environ 55 105 Pa Ceci est avantageux en simplifiant fortement l'étape suivante de fabrication. La pression dans l'autoclave 3 est portée à une valeur supérieure à la pression critique du solvant, 74 105 Pa pour le dioxyde de carbone La température dans l'autoclave est ensuite élevée au-dessus de la température critique, 31 'C pour le dioxyde de carbone Cette étape est simplifiée par la substitution de dioxyde de carbone en tant que solvant parce que, si le solvant restait de lalcool, la tempéra- ture et la pression requises seraient supérieures à 240 e C et 80 105 Pa respective- 6. ment Des températures pratiques typiques de cette étape du procédé sont environ C pour le dioxyde de carbone et environ 2700 C pour l'alcool Du dioxyde de carbone, acheminé via la vanne d'entrée 4, est avantageusement utilisé en tant que gaz surpresseur Pendant le séchage de la couche, on laisse s'échapper une partie s de la vapeur contenue dans l'autoclave via la vanne de sortie 5 A la fin du séchage, une couche d'aérogel 7 est directement solidarisée à la feuille 1. La couche d'aérogel 7 est ensuite prise en sandwich entre la première feuille 1 et une seconde feuille de matière vitreuse. La figure 2 représente un vitrage dans lequel une couche d'aérogel 7 est solidarisée à une seconde feuille de verre 8 via une couche intermédiaire de matière adhésive 9 Une telle solidarisation est affectuée en pulvérisant électro- statiquement une couche pulvérulente de résine silicone sur la couche d'aérogel 7, en assemblant la seconde feuille 8 à l'adhésif, et en chauffant l'assemblage pour effectuer la fusion de la résine de telle manière qu'en refroidissant, le sandwich est solidarisé sous forme d'un panneau feuilleté Le panneau est achevé en plaçant du mastic 10 à base de silicone dans la gouttière, entre la couche d'aérogel et la première feuille 1, créée par l'enlèvement de la bordure 2 (figure 1). La figure 3 représente une seconde forme de réalisation de vitrage qui est formé en solidarisant l'une à l'autre deux couches d'aérogel 7, chacune étant formée sur et solidarisée directement à une feuille de matière vitreuse 1. Comme le panneau feuilleté de la figure 2, celui de la figure 3 est solidarisé au moyen d'une couche d'adhésif 9 qui peut être formée de la même manière. Chacune des feuilles vitreuses 1 de la figure 3 porte une couche de métallisation marginale en cuivre recouverte d'une couche de soudure, celles-ci étant représentées en 11 Ces couches 11 sont appliquées avant la formation des couches d'aérogel 7, et elles sont masquées par les bordures 2 pendant la forma- tion des couches d'aérogel Après solidarisation du panneau feuilleté, des bandes métalliques intercalaires 12 sont soudées entre les couches de métallisation/- soudure autour du bord du panneau, de sorte que les couches d'aérogel sont isolées hermétiquement de l'atmosphère ambiante L'intérieur du panneau peut être vidé d'air si on le désire. De tels vitrages, qu'ils soient conformes à la figure 2 ou à la figure 3, offrent un niveau très élevé d'atténuation acoustique par rapport à leur épaisseur totale et à leur poids par unité de surface, et ils offrent en outre une excellente isolation thermique. En variante de la forme de réalisation représentée à la figure 3, la bande d'espacement 12 n'est pas rectiligne entre les deux feuilles de matière 7. vitreuse, mais elle est ondulée de manière à allonger le parcours de conduction thermique entre ces feuilles autour de leurs bords. Dans une autre variante du vitrage, selon la figure 2 ou la figure 3, la matière de scellement 10 de la figure 2 ou la bande métallique 11 et l'intercalaire s 12 de la figure 3 sont omis Les deux feuilles de verre sont "soudées" par un joint en verre. On notera qu'un panneau feuilleté tel que représenté à la figure 2 ou à la figure 3 peut être assemblé à un ou plusieurs élément(s) pour former un panneau de structure plus complexe, si on le désire En particulier, un tel panneau i O plus complexe peut comprendre une ou plusieurs feuille(s) de verre supplémen- taire(s) telles que 1 portant une couche directement moulée 7 d'aérogel. 8. Revendications 1 Vitrage composite présentant une atténuation acoustique élevée, caractérisé en ce qu'il comporte deux feuilles de matière vitreuse entre lesquelles une couche d'un aérogel est prise en sandwich, lequel sandwich est solidarisé sous forme d'un panneau feuilleté monolithique. s 2 Vitrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dit panneau feuilleté est transparent. 3 Vitrage selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que de la résine silicone fusible est utilisée en tant qu'adhésif de solidarisation du panneau feuilleté. 4 Vitrage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la ou au moins une dite couche d'aérogel est directement solidarisée à une dite feuille de matière vitreuse. Vitrage selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dit panneau feuilleté comprend deux couches d'aérogel, chacune étant solidarisée directement à une feuille de matière vitreuse. 6 Vitrage selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la ou au moins une dite couche d'aérogel a une épaisseur d'au moins 10 mm. 7 Vitrage selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'aérogel est emprisonné hermétiquement dans le panneau feuilleté et en ce que le panneau feuilleté est scellé hermétiquement au moyen d'un ou de plusieurs espaceurs s'étendant autour du panneau et soudé(s) aux feuilles de matière vitreuse du panneau feuilleté. 8 Vitrage selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'intérieur du panneau feuilleté est sous vide. 9 Procédé de fabrication d'un vitrage composite présentant une atténuation acoustique élevée, caractérisé en ce qu'une couche d'un aérogel est prise en sandwich entre deux feuilles de matière vitreuse, et en ce que le sandwich est solidarisé sous forme d'un panneau feuilleté monolithique. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'une matière adhésive fusible, substantiellement dépourvue de solvant, est utilisée pour solidariser les couches du panneau feuilleté, de préférence une poudre adhésive. 11 Procédé selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que la ou au moins une dite couche d'aérogel est formée directement sur une dite feuille de matière vitreuse de manière à y être directement solidarisée. 12 Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que le 9. panneau feuilleté est formé par assemblage de deux couches d'aérogel, chacune d'elles étant formée directement sur une feuille de matière vitreuse. 13 Procédé selon l'une des revendications 9 à 12 caractérisé en ce que l'aérogel est emprisonné hermétiquement dans le panneau feuilleté et en ce s que le panneau feuilleté est scellé hermétiquement au moyen d'un ou de plusieurs espaceurs s'étendant autour du panneau et soudé(s) aux feuilles de matière vitreuse du panneau feuilleté.