Brevet FR2659958A1 — publié le 19910927

VITRAGE POUR L'ECLAIRAGE NATUREL L'invention concerne un vitrage destiné à l'éclairage des locaux et en particulier à l'équipement de serres hor- ticoles. Lorsqu'on désire utiliser l'éclairage naturel pour des locaux de travail, de service ou de loisir sans être gêné par un contraste trop fort entre les zones d'ombre et les zones éclairées voisines, on fait appel à deux types de solution, ou bien, comme dans les ateliers d'artistes, on dirige tous les vitrages vers le nord (dans l'hémisphère nord ou vice versa dans l'hémisphère sud) ou alors, si l'ensoleillement direct est possible on équipe les baies de voilages ou bien on adapte pour toutes les verrières, uni- formément, des vitrages, absorbants, réfléchissants et surtout diffusants de manière à limiter l'intensité de la lumière pénétrant dans le local et donc le contraste par rapport aux zones d'ombre De même dans les serres, on est souvent obligé, en été, dans le cas o les verres utilisés ne sont pas diffusants, de chauler les parois vitrées pour éviter les surchauffes locales des végétaux qui leur sont particulièrement préjudiciables En réalité, dans les deux cas, pour les gens comme pour les plantes, une bonne part de la gène est provoquée par le contraste brutal entre une zone brillamment éclairée et la zone immédiatement voisine restée dans l'ombre Lorsque le contraste est moins violent, que la transition est progressive, comme par exemple, lorsqu'on utilise pour tous les vitrages des verres imprimés diffusants, la gène disparaît Mais alors, globalement, le niveau d'éclairement est toujours diminué ce qui diminue inutilement les apports lumineux ou énergé- tiques du local ou de la serre. L'invention se donne pour mission de supprimer les contrastes violents dans les serres ou les locaux à éclairage naturel sans pour autant diminuer indûment le niveau global de l'énergie et/ou de la lumière qui y pénè- tre(nt). Lorsque le soleil éclaire directement l'intérieur d'un local, destiné à recevoir des personnes, comme un atelier, ou des végétaux, comme une serre, la surface au sol n'est jamais intégralement éclairée En effet, toutes les parois du local ne sont pas uniformément transparentes et il existe donc des ombres portées Le domaine de transition entre la pleine ombre et la pleine lumière qu'on appelle la pénombre n'a pas la même importance pour toutes les tran- sitions ombre-lumière ni en tous points de la frontière qui les sépare Lorsque la surface o l'ombre est projetée est proche de l'arête dont la projection réalise cette fron- tière, la pénombre est très étroite et au contraire, lors- que la distance s'accroit, la pénombre s'élargit Ainsi à 2 mètres de distance, la pénombre est large de 17 mm tandis qu'à 20 cm elle n'a plus que 1,7 mm de largeur On voit ainsi que si par exemple, la zone ensoleillée directement bénéficie d'une intensité lumineuse de 50 000 lux tandis que la zone ombrée n'en a que 4000, la transition sera plus brutale et le contraste plus gênant dans le second cas que dans le premier Pour les plantes en particulier, on voit que si l'on est proche de la partie qui porte ombre, une même feuille sera échauffée puissamment sur une partie de sa surface tandis que le reste se maintiendra pratiquement à la température de l'air ambiant A deux mètres en revan- che, la transition s'effectuerait sur les 17 mm calculés plus haut et les zones extrêmes concerneraient en général des plantes différentes ou au moins, des rameaux diffé- rents. Les solutions traditionnelles à ce problème consistent à équiper les baies ou les parois d'éléments diffusants comme des voilages ou des verres laminés diffusants L'in- convénient de ces systèmes, qui rendent les transitions plus douces là o elles auraient été brutales en leur ab- sence, réside dans la rétrodiffusion En effet, les sys- tèmes diffusants transforment un faisceau de rayons paral- lèles en une multitude de rayons réémis dans toutes les directions de l'espace Vers l'intérieur, cette lumière diffusée s'ajoute au faisceau transmis directement qui a vu son intensité diminuée Mais une fraction non négligeable i Ode la lumière diffusée l'est dans une direction opposée à celle des rayons incidents et est ainsi renvoyée du côté de la source lumineuse: le rendement de captage du système diminue Etant donné que dans les solutions classiques c'est toute la paroi qui est remplacée par une paroi diffusante, le rendement de captage est inutilement diminué en tout point par les systèmes diffusants. D'autres systèmes plus élaborés ont également été proposés, ils préconisent l'utilisation de verres laminés pourvus de structures à motifs prismatiques ou pyramidaux. Ainsi le brevet français FR 2 096 979 propose des prismes à section triangulaire d'axe horizontal pour diriger la lu- mière solaire directe vers le fond des locaux, de même le brevet français FR 2 308 753 propose des toitures de serres dont les surfaces sont équipées de pyramides creuses ana- logues à l'empreinte d'un outil équipé de pointes de dia- mant Le but de cette dernière structure est double: uti- liser au maximum les rayons rasants du soleil matinal et atténuer l'ardeur du soleil de la mi-journée. Les systèmes précédents qui ont leur efficacité, en particulier pour changer la répartition lumineuse à l'in- térieur des locaux, spécialement pour les incidences ra- santes ont également la propriété de limiter les contrastes entre les zones d'ombre et de lumière dans la partie éclairée Cependant comme les verres imprimés diffusants traditionnels, ils diminuent très sensiblement et unifor- mément sur toute leur surface, l'énergie transmise. Les vitrages selon l'invention, ont une transmission directe d'autant plus grande que leur distance par rapport à la zone insolée est grande, cette variation de la transmission directe se fait avantageusement à l'intérieur d'un même élément de vitrage. Dans une variante de l'invention, la variation de la transmission directe est obtenue grâce à une modification de la transmission spectrale du vitrage, modification réa- lisée de préférence grâce à une couche mince Dans une au- tre variante, c'est le rapport lumière transmise di- rectement et lumière diffusée qui est modifié Dans ce dernier cas, cette diffusion est obtenue soit grâce à un verre imprimé dont le relief varie localement, soit grâce à un verre feuilleté dont la feuille intercalaire est chargée de manière progressive en particules diffusantes. L'invention propose également un dispositif, rouleau lamineur à relief progressif, pour réaliser le verre im- primé selon l'invention. Les figures et la description qui suivent permettront de comprendre et de mettre en oeuvre l'invention. La figure 1 représente une serre équipée d'un vitrage en verre imprimé selon l'invention, La figure 2 montre l'application du vitrage de l'in- vention à une véranda de maison individuelle, Les figures 3 et 4 présentent un rouleau lamineur permettant la réalisation d'un verre imprimé de l'inven- tion. Quant à la figure 5, elle montre un verre feuilleté conforme à l'invention. Les figures 1 et 2 présentent ainsi deux exemples de mise en oeuvre des vitrages selon l'invention Sur la f i- gure 1, il s'agit d'une serre horticole et sur la figure 2 d'une maison individuelle. Le schéma de la figure 1 présente en 1 le vitrage de l'invention qui équipe les piédroits d'une serre dont les autres éléments tels que le toit transparent 2 ou le pi- gnon, également transparent 3 ne sont pas détaillés Trois vitrages identiques, par exemple avec des dimensions de 1,80 m de hauteur et 1,00 m en largeur équipent les piédroits Ces vitrages ont une structure qui leur permet de transmettre la lumière solaire directe pratiquement sans la perturber en partie haute 4, de l'atténuer légèrement dans la partie médiane 5 et fortement dans la partie infé- rieure 6 On voit qu'ainsi le contraste entre les zones d'ombre portées et les zones de pleine lumière sera diminué justement dans les zones o le vitrage est proche de la partie éclairée (le sol) c'est-à-dire là o la transition ombre-lumière est la plus brutale En revanche, dans la partie supérieure du piédroit, là o le vitrage et ses supports qui produisent les ombres sont éloignés de la surface éclairée, la lumière directe est transmise à son maximum. De même, la figure 2 qui schématise la partie latérale du rez-de-chaussée d'une habitation 7 avec son mur 8, sa baie vitrée 9, présente une véranda appuyée sur le mur 8. Celle-ci est constituée d'une paroi verticale transparente l 5 et d'une toiture également transparente 11 La paroi ver- ticale comporte deux parties, une partie supérieure 10, constituée de verre ordinaire transparent qui transmet sans modification sauf un léger amenuisement par la réflexion et la faible absorption du verre ordinaire et en partie basse, un vitrage selon l'invention 12 Celui-ci est ins- tallé dans le cadre 13 Il permet de diminuer la transmis- sion directe de lumière depuis la partie haute 14 du vi- trage jusqu'à la partie basse 15 On voit qu'ainsi, le fort contraste qui existerait au niveau des végétaux 16 est sensiblement réduit En revanche, l'énergie solaire qui traverse le vitrage clair 10 ou la partie supérieure 14 du vitrage selon l'invention 12, est transmise sans diminution inutile Un rideau 16 permet cependant d'éviter les sur- chauffes. Les exemples de réalisation qui suivent permettront de se représenter concrètement le fonctionnement de l'inven- tion. Exemple 1. Dans cet exemple qui constitue la forme préférée de 351 'invention, celle-ci est mise en oeuvre grâce à l'utili- sation de verre laminé imprimé De manière traditionnelle, les verres imprimés sont fabriqués par laminage de verre à l'état pâteux qui sort à débit régulier d'un four à bassin. En général, l'un des rouleaux le plus souvent le rouleau supérieur de la lamineuse possède une surface rugueuse, dont le relief est complémentaire de celui qu'on veut im- primer dans la surface de la plaque de verre L'autre rou- leau est le plus souvent lisse mais parfois, sa surface est elle-même structurée Sur toute la périphérie du rouleau imprimeur, la structure est la même car justement, pour toutes les applications usuelles, on souhaite disposer d'une surface identique en tout point, tout écart par rap- port à cette régularité provoquant un défaut d'aspect du produit fini. Pour réaliser un vitrage conforme à l'invention, on utilise un rouleau imprimeur tout différent des rouleaux traditionnels En effet il a la caractéristique d'avoir un relief qui évolue au fur et à mesure qu'on se déplace le long de son axe. La figure 3 représente une forme de réalisation d'un tel rouleau Il est très rugueux à l'une de ses extrémités 18 tandis qu'il est pratiquement lisse à son autre extrémité 19, la rugosité évoluant de manière continue en- tre ces deux extrêmes On voit ainsi qu'un verre imprimé laminé avec un tel rouleau aura une rugosité moyenne dans le milieu de sa largeur correspondant à la zone 20 du rou- leau Tandis que ses deux bords seront, pour l'un, très rugueux et donc très diffusant, c'est celui qui correspond à l'extrémité 18 du rouleau, et pour l'autre bord, lisse et transmettant donc la lumière parallèle du faisceau solaire sans aucune modification quant à sa direction On pourra ainsi réaliser aisément les vitrages 1 des piédroits de la serre représentée figure 1, la zone 18 du rouleau lamineur engendrant la partie basse 6 du vitrage tandis que la zone 19 produira, elle, la zone supérieure 4 du même vitrage. Un autre type de rouleau lamineur peut également être utilisé pour créer un vitrage conforme à l'invention: dans le brevet francais FR 1 276 153, on décrit un rouleau la- mineur particulier développé dans le but de compenser les déformations thermiques qui affectent d'une manière géné- rale de tels rouleaux La solution proposée consiste à utiliser comme surface de contact avec le verre non pas la surface externe du rouleau proprement dit, mais au contraire de recouvrir celle-ci d'une série de manchons dont la longueur selon l'axe est réduite On voit repré- senté figure 4 un tel système de laminage. Pour réaliser un vitrage selon l'invention, on utilise un tel rouleau lamineur équipé de manchons 21, ceux-ci ayant une surface de plus en plus rugueuse lorsqu'on re- garde le rouleau, d'une extrémité vers l'autre Ainsi, les manchons 22 possèdent le relief le plus accusé, tandis que les manchons 23 sont pratiquement lisses En utilisant un tel rouleau lamineur, on obtient un verre coulé imprimé avec des bandes parallèles au bord, très diffusantes près d'un bord avec une décroissance de cette diffusion lorsqu'on passe d'une bande à l'autre en allant vers l'au- tre bord qui est pratiquement lisse. Il est évident que la progression de la diffusion d'un bord vers l'autre peut être ajustée aux besoins En parti- culier, dans le cas de la véranda d'une maison indivi- duelle, ce pourra n'être que la partie inférieure du vi- trage qui est plus ou moins diffusante, par exemple sur une hauteur de 50 cm tandis que le reste du vitrage est lisse sur une hauteur de, par exemple, 130 cm Dans ce cas-là, les végétaux placés le long du vitrage sont efficacement protégés contre les surchauffes locales tandis que le reste du local bénéficie de l'ensoleillement maximum Un avantage non négligeable de l'utilisation d'un tel produit dans une maison individuelle se retrouve dans les problèmes d'en- tretien: lorsqu'un vitrage descend jusqu'au sol comme dans la véranda de la figure 2, c'est la partie voisine du sol qui est le plus exposée aux salissures dues en particulier à la pluie qui en tombant sur le sol projette des parti- cules sur le vitrage Le fait que le vitrage selon l'in- vention ait justement dans cette zone une surface rugueuse o les salissures sont peu visibles est particulièrement intéressant car il permet d'espacer les séances de net- toyage dans le temps. Exemple 2. L'exemple du vitrage précédent utilisait le phénomène de la diffusion de la lumière, c'est-à-dire que les rayons lumineux incidents qui n'étaient pas transmis directement par le verre subissaient un changement de direction à la traversée du vitrage Le présent exemple utilise les phé- nomènes de réflexion ou d'absorption spectrale de la lu- mière c'est-à-dire que les rayons incidents qui sont transmis de l'autre côté du vitrage n'ont pas changé de direction mais qu'en revanche, leur composition spectrale s'est vue modifiée à la traversée du vitrage C'est cette modification qui conformément à l'invention n'est pas la même en chaque point. Il existe de nombreuses méthodes pour déposer sur du verre plat des couches minces absorbantes ou/et réfléchis- santes Les plus intéressantes pour réaliser les vitrages de l'invention sont les techniques pyrolytiques dans les- quelles les composés organiques d'un ou plusieurs métaux sont mis en contact avec le verre chaud à une température supérieure à 400 O C A son contact ils se dissocient pour former un ou plusieurs composés des métaux en question, généralement des oxydes qui donnent au verre plat ainsi traité les performances de réflexion et d'absorption sou- haitées Parmi ces techniques, le technique dite de "spray" dans laquelle on pulvérise sur du verre chaud, à la sortie d'un bain float, une solution de sels organiques de métaux tels que le cobalt, le fer, le chrome etc permet une mise en oeuvre facile du procédé de l'invention mais d'au- tres techniques telles que le dépôt de poudres de composés organiques ou la diffusion d'ions dans le verre directement sur le bain float permettraient aussi de mettre en oeuvre le procédé de l'invention Mais c'est la pyrolyse liquide qui a été choisie pour illustrer cet exemple-ci Dans le brevet FR 2 277 785 on décrit un tel procédé o l'on dimi- nue l'écoulement de la solution lorsque le pulvérisateur en mouvement transversal approche du bord de la feuille Cette technique qui avait été mise au point à l'origine pour économiser les quantités de solution utilisées permet, en diminuant progressivement les quantités distribuées lorsqu'on passe d'un bord à l'autre de la feuille de verre d'obtenir une couche mince dont l'épaisseur décroit dans la largeur de la feuille de verre. Une grandeur intéressante à considérer est la transmission énergétique TE C'est le rapport entre l'énergie transmise par le vitrage et l'énergie solaire incidente Pour un verre plat de 4 mm elle est en général de l'ordre de 0,86 Avec une couche d'oxydes de chrome, de fer et de cobalt obtenue par pulvérisation d'une solution d'acétylacétonates des mêmes métaux dans l'heptane sur le verre à 620 OC, on obtient classiquement une transmission énergétique de 0,55 sur le même verre de 4 mm La technique précédente permet d'obtenir un ruban de verre flotté de 103,20 mm de large avec une transmission énergétique de 0,55 sur un bord qui augmente progressivement lorsqu'on s'éloi- gne du bord Dans le cas o cette variation est linéaire et se produit sur une largeur de 120 cm, on obtient les ré- sultats suivants I Cote l I l l l l I l I(en cm) { O 120 j 40 j 60 180 1100 11201 | Epaisseur| 100 | 83 | 67 | 50 | 33 | 17 | O l I(%) l l l l l I I I I TE | 0,551 0,591 0,641 0,691 0,741 0,801 0,861 1 | lllll{ Le vitrage ainsi obtenu peut être utilisé dans sa largeur de fabrication pour équiper le piédroit d'une serre sur une hauteur de 3,20 m Au niveau du sol la transmission énergétique est de 0,55, elle s'accroit progressivement pour atteindre 0,86 à 1,20 m de hauteur puis elle reste constante jusqu'à la hauteur de 3,20 m. Exemple 3. Dans cet exemple, comme dans l'exemple 1, la modifi- cation de la transmission lumineuse directe est obtenue par un phénomène de diffusion lumineuse. Une technique permettant d'incorporer dans la feuille plastique intercalaire d'un vitrage feuilleté des parti- cules étrangères a été décrite, en particulier dans la demande de brevet 89 FR-14111 Lorsque cette technique est utilisée pour noyer dans la feuille intercalaire dont l'indice de réfraction est dans le cas du poly- vinylbutyral (PVB) de 1,48, des fragments d'un verre d'indice élevé, par exemple, en "flint" d'indice 1,60 on obtient un effet de diffusion qui pour une taille de particules données est d'autant plus grand que la densité des particules dans la feuille intercalaire est plus im- portante Pour réaliser un vitrage conforme à l'invention, l Mon fait varier de manière continue cette densité lorsqu'on s'éloigne du bord du vitrage La figure 5 représente sché- matiquement un tel vitrage. On voit en 24 les verres extérieurs avec une épaisseur unitaire de 3 mm Ils sont reliés par un film de PVB 25 d'épaisseur 1,1 mm dans lequel sont noyés des petits frag- ments d'un matériau d'indice supérieur 26 On voit qu'à l'un des bords, en 27, la densité des particules est forte et qu'elle décroit progressivement lorsqu'on s'éloigne de ce bord La figure 5 est très schématique et l'on a repré- senté sur quelques centimètres la variation de densité des particules qui se produit en réalité sur des distances bien supérieures, par exemple de l'ordre du mètre. Un vitrage réalisé par la méthode précédente, installé sur la paroi verticale d'une véranda comme celle de la fi- gure 2 permet d'éviter que les plantes placées à son voi- sinage ne subissent des contrastes d'ombre et de lumière trop importants. Les exemples qui précèdent constituent des méthodes différentes pour réaliser les vitrages selon l'invention. Ceux-ci mis en oeuvre comme paroi d'un local destiné à re- cevoir des végétaux ou à être occupé par des personnes permet d'éviter les inconvénients habituels des autres types de vitrages Par rapport aux verres polis transpa- rents incolores, équipant complètement la paroi, ils per- mettent d'éviter les contrastes trop violents entre zones insolées et zones d'ombre portée; par rapport aux verres polis transparents colorés, et par rapport aux verres im- primés diffusants unis, ils permettent de bénéficier en partie haute de l'énergie solaire maximum disponible. il De plus, spécialement dans leur variante "imprimé diffusant progressif" lorsqu'elle descend jusqu'au niveau du sol, les vitrages de l'invention permettent de limiter l'effet des salissures. REVENDICATIONS 1 Vitrage pour l'éclairage naturel ou les serres, caractérisé en ce que sa transmission directe est d'autant plus grande que sa distance par rapport à la zone insolée est grande. 2 Vitrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la variation du coefficient de transmission directe se produit à l'intérieur d'un même élément du vitrage. 3 Vitrage selon l'une ou plusieurs des revendications l Oprécédentes, caractérisé en ce que la modification de la transmission est obtenue en modifiant la répartition spec- trale de la lumière incidente. 4 Vitrage selon la revendication 3, caractérisé en ce que la coloration du vitrage est obtenue par une couche mince. Vitrage selon la revendication 1 ou la revendica- tion 2, caractérisé en ce que la variation de transmission directe est obtenue par diffusion lumineuse. 6 Vitrage selon la revendication 5, caractérisé en ce que la diffusion de la lumière est produite par la struc- ture superficielle d'un verre imprimé. 7 Vitrage selon la revendication 3 ou la revendica- tion 5, caractérisé en ce que la variation de la transmis- sion directe est causée par le film intercalaire d'un verre feuilleté. 8 Vitrage selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on a incorporé au film plastique intercalaire des par- ticules d'indice de réfraction différent. 9 Vitrage caractérisé en ce qu'il se compose d'élé- ments transparents et d'éléments de vitrage selon l'une ou plusieurs des revendications précédentes. Procédé pour réaliser un vitrage destiné à l'éclairage naturel ou aux serres et dont la transmission directe est d'autant plus grande que sa distance par rap- port à la zone insolée est plus grande, caractérisé en ce qu'on lamine à chaud une feuille d'une matière thermoplas- tique transparente avec au moins un rouleau dont le relief varie d'un bord à l'autre de la feuille. 11 Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la matière thermoplastique est un verre sil- ico-sodo-calcique. 12 Dispositif pour mettre en oeuvre le procédé selon la revendication 10 ou la revendication 11, caractérisé en ce qu'il est constitué de rouleaux lamineurs dont au moins un possède un relief dont la rugosité croît d'une extrémité à l'autre. 13 Application d'un vitrage dont la transmission di- recte est d'autant plus grande que sa distance par rapport l à la zone éclairée à travers lui est grande à la réalisa- tion des serres. 14 Application selon la revendication 13 dans la- quelle le vitrage équipe les piédroits d'une serre.