Brevet FR2679578A1 — publié le 19930129

PLAQUE DE PAREMENT POUR PANNEAU DE FACADE ET PANNEAU REALISE AVEC CETTE PLAQUE L'invention concerne un panneau à base de verre des- tiné à équiper les façades-rideaux, elle concerne plus particulièrement les couches minces permettant de trans- former un vitrage réfléchissant en parement pour panneau de façade.15 Lorsqu'un architecte envisage de créer une façade entièrement vitrée constituée de la juxtaposition de vitrages et de panneaux de façade il souhaite le plus souvent avoir un aspect de réflexion très voisin pour les parties équipées de vitrages transparents et pour celles faites de panneaux opaques. Lorsque le vitrage est en verre clair simple ou double mais sans couche réfléchissante, le problème de l'assorti- ment du panneau d'allège et du vitrage se pose en termes spécifiques: la réflexion spéculaire du vitrage est ré-25 duite mais facile à reproduire sur le parement, en revanche la réflexion diffuse provenant de l'intérieur du bâtiment joue un rôle très important surtout lors de l'ensoleille- ment et elle est très difficile à retrouver sur les parois opaques car elle est très variable L'harmonie est meil-30 leure si le verre est coloré dans la masse: le même verre, émaillé avec soin, permettra d'obtenir plus facilement l'effet souhaité. Mais avec les vitrages réfléchissants les phénomènes sont différents, surtout lorsque le coefficient de ré- flexion spéculaire atteint des valeurs élevées, de l'ordre de 30 % par exemple Le problème principal est celui de l'obtention du même effet de réflexion spéculaire sur le vitrage et sur le parement opaque Les effets de couleur produits par les couches minces déposées à la surface du 2 verre sont en général le résultat de plusieurs phénomènes optiques, certains liés à l'absorption de la lumière par le verre ou par certaines couches minces absorbantes et les autres dus à des couches interférentielles De tels phéno- 5 mènes sont liés aux indices de réfraction des différents milieux en présence, verre, différentes couches et air On comprend immédiatement que si des couches actives d'un vi- trage réfléchissant sont situées sur sa face arrière, celle qui est dirigée vers l'intérieur du local, le fait10 d'ajouter un matériau absorbant, un émail par exemple, sur ces couches modifiera l'indice de réfraction du milieu voisin de la couche et donc les caractéristiques en ré- flexion En effet, en général l'indice du matériau ab- sorbant est sensiblement différent de 1, valeur de l'indice15 de l'air Il en résultera que, dans le cas des couches minces interférentielles, la tentative pour reproduire en allège la couleur du vitrage se soldera par un échec. La technique la plus efficace sur le plan de l'aspect est celle qui consiste à réaliser un double vitrage analo- gue au vitrage-vision mais avec comme face arrière, une tôle équipée d'un revêtement absorbant, de couleur adaptée, en général noir mat Cette solution qui permet dans une de ses variantes d'atteindre des épaisseurs très minces né- cessite cependant une phase de production supplémentaire.25 L'invention se donne pour tâche de réaliser un verre à couches qui fournisse au panneau de façade qui l'utilise comme face avant, un aspect voisin de celui d'un vitrage réfléchissant à couches donné mais qui puisse être exploité sur les lignes de production de panneaux de façade30 exactement comme un verre émaillé Le but de l'invention consiste aussi à atteindre ce résultat en utilisant les mêmes paramètres que ceux du dépôt de la couche-vision. Dans les immeubles de grande hauteur, spécialement les immeubles de bureaux, on utilise de plus en plus des vi- trages fonctionnels réfléchissants qui permettent à la fois de personnaliser le bâtiment en lui donnant un aspect spé- cifique mais également de limiter les apports d'énergie solaire et donc les dépenses de climatisation Lorsque la façade est une façade "tout-verre" comme dans le cas des 3 façades-rideaux ou bien dans le cas o l'on supprime les encadrements (système dit à "structural glazing') on sou- haite en général que les panneaux opaques situés entre les vitrages-visions aient le même aspect qu'eux, c'est-à-dire 5 la même couleur et le même coefficient de réflexion sous les mêmes angles d'observation On a vu plus haut que ces caractéristiques sont difficiles à obtenir dans les tech- niques de revêtement du vitrage- vision avec une couche ab- sorbante.10 A cause des indices de réfraction des émaux et des matières plastiques, qui sont différents de celui de l'air, il est nécessaire, si l'on veut garder le même spectre lu- mineux en réflexion, de modifier l'un des éléments qui agissent sur la couleur de manière à compenser le change-15 ment dû à la modification de l'indice: un pigment noir ou gris neutre introduit dans l'émail ou dans le polymère en question fournirait un changement de la couleur en ré- flexion Une adaptation en donnant au pigment une teinte différente peut améliorer la situation mais ne constitue20 pas une panacée, en effet les couleurs interférentielles en réflexion dépendent de l'angle d'incidence et le correctif apporté au pigment ne peut varier lui, en fonction de la direction d'observation Une solution moins mauvaise con- siste à modifier les caractéristiques des couches inter-25 férentielles (épaisseurs respectives, adaptation d'indices par des changements de matériaux) pour changer la couche vision mais, outre que les calculs des éléments de ces couches de substitution sont compliqués, la mise en oeuvre l'est encore plus et obère le prix de revient.30 Les techniques simples qui consistent à coller un film généralement noir, tel que ceux de dénominations commer- ciales TAC-MIR ou ARCLADE à l'arrière de la couche pré- sentent de nombreux inconvénients Leur mise en oeuvre est délicate, en particulier un soin extrême est nécessaire35 pour éviter la formation de plis, leur tenue chimique (compatibilité avec la couche réfléchissante en particu- lier) n'est pas toujours garantie Les films collés pré- sentent par ailleurs un inconvénient supplémentaire inat- tendu du point de vue de la sécurité: lors d'une casse 4 accidentelle d'une plaque de parement de façade, la trempe du verre permet de limiter les risques d'accident puisque de nombreux petits fragments sont créés et qu'ils tombent en s'éparpillant sans risque d'accident grave pour les 5 personnes En revanche, si la casse d'un panneau de verre trempé équipé d'un film sur sa face arrière se produit, les fragments restent collés au film et le panneau risque de tomber en un seul morceau très dangereux lors de la chute sur le sol Il en est de même avec les techniques utilisant10 des produits feuilletés avec des résines spéciales C'est le cas de celle du brevet des Etats-Unis US 4 822 680 qui propose un polyuréthane pigmenté qui est réticulé et lié moléculairement au verre. Une technique assez largement employée consiste à dé- velopper pour chaque type de couches-vision un type de couches-allège associé qui fournit en réflexion, un aspect très voisin de celui du vitrage Cependant jusqu'à aujour- d'hui, les combinaisons opaques proposées sont sensiblement différentes des combinaisons transparentes qu'on veut re-20 produire en réflexion Les réglages (puissances électri- ques, débits de gaz) sur les lignes de production de pul- vérisation cathodique sont différents et le plus souvent, les cibles elles-mêmes qui équipent les cathodes, doivent être changées: l'organisation de la production sur les lignes est compliquée et le coût, élevé, en effet, il est très courant d'avoir à fabriquer sur une même ligne de production une cinquantaine de types de couches-vision différents; il ne saurait être question de multiplier ce nombre par deux pour disposer de toute la gamme des30 couches-allège correspondante. Le moyen le plus efficace et le plus pratique de l'art antérieur consistait à réaliser un panneau, en particulier un panneau d'allège, qui ait la même constitution qu'un vitrage isolant et dont la face avant soit le vitrage-35 vision lui-même Ainsi le brevet américain US 4 000 593 propose d'utiliser comme plaque arrière du vitrage isolant une tôle métallique revêtue d'un matériau dont la couleur doit être adaptée Plus récemment la demande de brevet eu- ropéen EP 408 426 propose de diminuer sensiblement l'épaisseur du panneau en utilisant comme face arrière une tôle mince équipée de bossages, les sommets de ceux-ci étant en contact avec le vitrage de la face avant qui est en tout point identique à celui qui est utilisé comme face avant du vitrage-vision Une telle plaque composite, très mince représente le stade ultime du développement dans cette voie Elle offre le grand avantage de pouvoir être exploitée comme n'importe quel parement lors de la réali- sation de panneaux de façade, en particulier la combinaison10 avec les isolants de toute nature, fibreux collés, mousses diverses collées ou injectées, se fait exactement dans les mêmes conditions que s'il s'agissait d'une plaque de verre émaillé classique. Cependant la réalisation de la plaque composite est une opération, manuelle en général, dont on aimerait pou- voir se dispenser Le vieillissement d'un tel ensemble, qui n'est autre qu'un vitrage isolant d'un type particulier, peut également poser des problèmes, en particulier à cause de l'échauffement très important de la lame d'air suite à20 un ensoleillement prolongé. Toutes les techniques précédentes présentent donc une série d'inconvénients, ou bien elles se révèlent incapables de reproduire complètement l'aspect en réflexion des cou- ches interférentielles du vitrage-vision, ou bien, quand25 elles atteignent cet objectif, c'est au prix d'une organi- sation compliquée de la production et à un coût élevé ou bien alors elles nécessitent une phase supplémentaire dans le processus de fabrication et peuvent présenter des pro- blèmes de vieillissement.30 L'invention propose une plaque en matériau transparent destinée à constituer le parement d'un panneau associé à un vitrage à couche (s) dans une façade, qui est recouverte de couche (s) identique (s) à celle (s) du vitrage et qui comporte une couche supplémentaire à base de chrome nitruré35 recouverte à son tour d'une couche métallique L'épaisseur de la couche supplémentaire lorsqu'elle est en chrome nit- ruré est supérieure à 30 nm et de préférence d'environ 45 nm La couche métallique préférée est à base de chrome Son épaisseur est supérieure à 50 nm et de préférence, 6 d'environ 70 nm. De préférence, la couche supérieure du vitrage est à base d'un composé du titane, spécialement un nitrure ou un oxyde. 5 Dans une variante, la plaque est équipée d'une couche protectrice, de préférence à base de nitrure de titane avec une épaisseur d'environ 10 nm. L'invention concerne aussi l'application des plaques précédentes à la réalisation de panneaux de façade, parti- culièrement ceux constitués par l'association directe de la plaque et d'un isolant. Par rapport aux techniques antérieures l'invention permet de simplifier de manière très importante la fabri- cation de panneaux de façade dont l'aspect est en harmonie15 avec celui des vitrages réfléchissants quel que soit l'an- gle sous lequel on les observe et lorsque les couches ré- fléchissantes sont déposées par pulvérisation cathodique, la technique de l'invention permet de réaliser la plaque de parement sans phase de fabrication supplémentaire Cette20 technique fournit également la plaque de parement la plus mince qu'il soit possible de réaliser puisque son épaisseur est celle du verre à couche utilisé dans le vitrage-vision. La description illustrée par les figures permettra de voir avec précision comment est réalisée l'invention. La figure 1 montre schématiquement la face avant d'un vitrage-vision, La figure 2 et la figure 3 illustrent la technique de l'invention pour fabriquer la face avant d'un panneau de façade qui présente en réflexion un spectre très voisin de30 celui du vitrage-vision, La technique la plus adaptée à la mise en oeuvre de l'invention est la pulvérisation cathodique assistée par un champ magnétique C'est déjà la technique la plus couramment utilisée pour la fabrication des vitrages réfléchis- 35 sants destinés à la protection solaire et qui permettent de donner aux bâtiments les effets architecturaux les plus variés Et la réalisation, sur les mêmes lignes de fabri- cation d'une phase de production supplémentaire pour créer le parement de panneau de façade conforme à l'invention est 7 particulièrement simple Cependant les couches, conformes à l'invention peuvent être obtenues par d'autres techniques de dépôt sous vide telles que l'évaporation au canon à électrons par exemple Mais les techniques de dépôts chi- miques à partir de solutions de sels métalliques peuvent elles-mêmes être utilisées La technique la mieux adaptée est celle décrite par exemple dans le brevet allemand DE 24 63 431 C 2 pour le "magnétron planar" ou le brevet US 3 907 660 pour le magnétron dit "en courroie" Ces méthodes, utilisées en atmosphère d'argon pour les dépôts métalliques ou en atmosphère réactive pour les couches à composés chi- miques tels qu'oxydes ou nitrures, permettent tradition- nellement d'obtenir les couches-vision les plus variées Le brevet US 4 022 947 propose par exemple d'associer une15 couche métallique à base d'alliage de chrome et de nickel ou bien de fer, de chrome et de nickel avec une couche d'oxyde du même alliage, celle-ci pouvant être placée en- dessous ou au-dessus de la couche métallique Lorsque cette couche est située entre le verre et le métal, l'ajustement20 de son épaisseur permet d'obtenir grâce aux phénomènes d'interférence lumineuses, les effets les plus variés en réflexion lorsque le vitrage est observé au travers du verre Mais le métal est le plus souvent protégé lui-même par une couche qui joue elle aussi un rôle optique D'au-25 tres compositions destinées à fournir une gamme de couches-vision sont également connues ainsi l'utilisation de nitrure de titane obtenu par pulvérisation réactive à partir d'une cible en titane permet avec une couche unique d'obtenir des effets colorés dus à la combinaison de l'ab-30 sorption du matériau et aux interférences que permet de réaliser son indice de réfraction élevé. Le principe de l'invention consiste, pour réaliser la couche complexe qui recouvre le verre du panneau de façade, à déposer sur la couche- vision une (ou éventuellement) deux couche (s) supplémentaire (s) soit immédiatement à la suite du dépôt de la couche-vision soit lors d'une opération in- dépendante Ce dernier cas se présentera en particulier si la couchevision n'a pas été déposée par la même technique que la couche complexe supplémentaire. La figure 1 représente une feuille de verre 1 recou- verte d'un ensemble de couches 2 Cet ensemble est par exemple constitué de trois couches unitaires 3, 4 et 5. Sur la figure 2 on a représenté un panneau de parement réalisé conformément à l'invention On y voit une couche- vision 9 recouverte de la combinaison de deux couches 6, 7 qui donnent au panneau vu au travers du substrat 8 un as- pect tout à fait identique à celui du vitrage vision équipé de la seule couche 9.10 La figure 3 présente la couche-vision de la figure 1 recouverte de couches selon l'invention Elles comportent une couche de protection mécanique supplémentaire. Exemple 1 La couche-vision déposée sur une glace trempée en verre silico-sodo-calcique clair d'épaisseur 6 mm est de couleur argent Elle comporte deux couches élémentaires, la première en contact avec le verre, en acier inoxydable, la seconde en nitrure de titane Ti N La couche métallique est obtenue par pulvérisation cathodique à confinement magné-20 tique des électrons (magnétron planar) à l'aide d'une cible en alliage Inconel 600 (International Nickel Corp) en at- mosphère d'argon Son épaisseur est d'environ 15 nm Cette couche est recouverte d'une couche en nitrure de titane d'une épaisseur d'environ 10 à 15 nm Elle est obtenue par25 pulvérisation réactive avec une cible de titane pur en présence d'une atmosphère d'argon et d'azote Cette couche est normalement destinée à être installée en monovitrage dans les façades, couche côté intérieur Son aspect en ré- flexion du côté extérieur est argenté Pour le quantifier,30 on a mesuré à l'aide d'une sphère intégrante le coefficient de réflexion pour un illuminant D 6 _ de la Commission In- ternationale de l'Eclairage (CIE) On a également déterminé la longueur d'onde dominante à D et le facteur de pureté P. On a dans un deuxième temps déposé sur la même couche dite SS 108, une combinaison de couches selon l'invention. Il s'agit d'abord d'une couche de chrome nitruré d'une épaisseur de 45 nm puis d'une couche de chrome métallique dont l'épaisseur est de l'ordre de 70 nm ou plus La tech- nique de dépôt est ici aussi la pulvérisation cathodique à 9 magnétron La première couche est déposée à l'aide d'une cible en chrome avec une atmosphère d'azote et d'argon et la seconde avec la même cible mais en présence d'argon seulement L'impression pour l'oeil en réflexion est très 5 voisine de celle de la couche-vision Les mêmes mesures optiques ont également été réalisées. A titre de comparaison, on a recouvert la même couche-vision SS 108 du film polyester spécialement déve- loppé pour cette application de panneau de façade, le Tac-10 mir. Les résultats comparatifs figurent dans le tableau o on a inscrit également la transmission lumineuse T,: | I T 1 (%) | R 1 T(%) |XD (nm)|P(%) | lllll i Vision SS 108 8, 4 j 42,2 1 485 5,3 1 lid + Tac-mir 0,1 43,0 487 4,2 l 1 l l l l I lid + couche opaques 0,1 | 42,1 | 486 | 5,1 l l l l l l l On voit donc que la solution de l'invention reproduit presque à l'identique l'aspect en réflexion de la couche- vision: l'intensité lumineuse de la lumière réfléchie est très voisine La couleur, identique (la longueur d'onde dominante est la même à 2/1000 près) et l'intensité de cette couleur (facteur de pureté) pratiquement la même. Exemple 2 Il s'agit ici d'une couche de la même gamme, appelée TB 140 La plaque opaque est représentée figure 2 La couche-vision 9 est monolithique, faite de nitrure de titane, Ti N Son épaisseur est 25 nm Elle a, en réflexion côté verre, donc côté extérieur au bâtiment, une couleur35 bleue. Sur cette couche on a déposé la couche opaque de l'invention, elle est constituée d'une couche 6 de chrome nitruré, Cr N_, recouverte ici aussi de chrome métallique 7. Les caractéristiques des deux couches sont les mêmes que précédemment. La comparaison était faite ici aussi avec un vitrage recouvert d'une pellicule de matière plastique "Tac-mir". 51 T 1 (%) |R (%) |A (nm)j P (%)I i Vision TB 140 | 41,3 9,4 4479 22,8 lid + Tac-mir | 0, 1 l 11,4 | 478 | 15,6 | lid + couche opaque| 0,1 | 10,9 | 477 | 19,5 | l l l l l I Ici aussi l'aspect en réflexion est très voisin de celui de la couche-vision En particulier, la pureté de la teinte approche davantage celle du vitrage que ne le fait la combinaison utilisant le film plastique. Exemple 3 La couche-vision donne ici au vitrage une teinte pas- tel La référence est PB 120 Sa composition est triple ici: c'est elle qui est représentée figure 1. Au contact du verre, est prévue une couche d'oxyde d'un alliage zincétain 3 d'une épaisseur de 80 nm Elle est obtenue par pulvérisation réactive à partir d'une cible25 d'un alliage Sn Zn en atmosphère argonoxygène La couche absorbante 4 déposée sur l'oxyde a une composition en métal nitruré, elle est à base d'acier inoxydable Son épaisseur est de 20 nm environ Elle est déposée avec un magnétron planar équipé d'une cible en Inconel 600 en atmosphère30 d'argon-azote Elle est protégée ici par une mince ( 10 nm) couche d'oxyde de titane 5, réactive elle aussi. La plaque selon l'invention est représentée, figure 3. On retrouve en 10 les éléments de la couche-vision 2, la couche intermédiaire 11 selon l'invention est la même que35 dans l'exemple 1, elle est à base de chrome nitruré La couche opaque 12 est, comme précédemment en chrome métal- lique, son épaisseur est la même Mais ici, on a prévu de la protéger à l'aide d'une couche anti-abrasion 13 en ni- trure de titane déposé par pulvérisation réactive Son il épaisseur est de 10 nm Les résultats optiques sont les suivants Vision PB 120 J Vision PB 120 Iid + Tac-mir l 0,1 1 1 lid + couche opaque| 0,1 | T_ (%) | R= (%) | À (nm)J P (%)j 19,6 1 16,7 1 480 1 22,1 I I I I II 1 19,6 I 16,7 I 48 o 22,1 I I I I I 19,0 1 480 20,9 1 I I I I 1 20,0 1 480 1 23,3 1 I I I I I l Comme dans le cas des deux exemples précédents, on voit que les résultats obtenus avec la couche opacifiante de l'invention sont très bons et souvent meilleurs que ceux obtenus avec le film plastique noir en particulier en ce qui concerne le facteur de pureté. Les exemples précédents qui concernent des couches- vision très différentes (un, deux ou trois composants, ré- flexion allant de 9 à 42 %, couleurs neutre ou bleue, fac- teur de pureté de 5 à 23 %) montrent que l'invention ap- porte une solution élégante au problème de la couche opaque associée à une couche-vision quelle qu'elle soit, même avec un facteur de réflexion faible. 25 I I I REVENDICATIONS 1 Plaque en matériau transparent ( 8, 14) destinée à constituer le parement d'un panneau associé à un vitrage à couche (s)( 2) dans une façade, caractérisée en ce qu'elle est recouverte de couche (s) ( 9, 10) identique (s) à cel- le (s) ( 2) du vitrage et en ce qu' elle comporte une couche à base de chrome nitruré ( 6, 11) recouverte à son tour d'une couche métallique ( 7, 12). 2 Plaque selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche supplémentaire est en chrome nitruré et que son épaisseur est supérieure à 30 nm et de préférence d'environ 45 nm. 3 Plaque selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la couche métallique ( 7, 12) est à base de chrome. 4 Plaque selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'épaisseur de la couche ( 7, 12) à base de chrome est supérieure à 50 nm et de préférence d'environ 70 nm. 5 Plaque selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la couche supérieure ( 5) du vitrage à couche (s) ( 2) est à base d'un composé du titane. 6 Plaque selon la revendication 5, caractérisée en ce que le composé du titane est un nitrure. 7 Plaque selon la revendication ô, caractérisée en ce que le composé du titane est un oxyde. 8 Plaque selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est revêtue d'une surcouche de protection mécanique ( 13). 9 Plaque selon la revendication 8, caractérisée en ce que la surcouche ( 13) est à base de Ti N de préférence d'une épaisseur d'environ 10 nm. Application de la plaque en matériau transparent selon l'une quelconque des revendications précédentes à la réalisation de panneaux de façade associés à des vitrages d'aspect voisin. 11 Panneau de façade selon la revendication 10, ca- ractérisé en ce que la plaque en matériau transparent est directement associée à un matériau isolant.