Brevet FR2687723A1 — publié le 19930827

VITRAGE PARE-FLAMME L'invention concerne le domaine des vitrages anti-feu et plus particulièrement ceux destinés à empêcher le pas- sage des flammes et des gaz (pare-flammes ou vitrage G se- lon DIN). Les vitrages pare-flamme, dits vitrages G selon la norme DIN 4102, sont de deux natures, ou bien le verre plat a une composition spéciale telle que celle des borosilicates ou bien, il s'agit de verre flotté de la composition silico-sodo-calcique habituelle et alors, ou bien il a subi un traitement spécial, ou bien il est dans une configuration, association de vitrages, particulière ou20 bien encore, il est monté dans la paroi opaque qui l'en- toure, de manière très spéciale Le plus souvent les vi- trages pare-flamme à base de float glass combinent les ca- ractéristiques précédentes. L'invention concerne des vitrages pare-flamme à base de verre silico-sodo-calcique et propose d'améliorer le fonctionnement de tels vitrages. Lorsqu'un vitrage pare-flamme est exposé à un incendie son rôle consiste à demeurer à sa place pendant une durée déterminée ( 30, 60 ou 90 minutes) et à empêcher le passage30 des fumées et des gaz chauds A la différence des produits coupe-feu (vitrages F de la DIN 4102) aucune limite de température ne lui est imposée. Le verre normal étant un produit fragile et présentant une fusion pâteuse, deux difficultés doivent être sur- montées par les produits pare-flamme: il faut éviter la casse du verre au début de l'incendie ou de l'essai norma- lisé au feu et d'autre part il faut éviter qu'à la fin, le verre ne s'effondre, qu'il ne coule Le but que se donne l'invention est d'améliorer le comportement du verre 2 silico-sodo-calcique de ces deux points de vue. Les vitrages pare-f lame à base de verre normal sont pratiquement toujours faits d'un float glass ayant subi une trempe thermique (ou éventuellement chimique), les plaques 5 sont le plus souvent ou bien associées en vitrages isolants ou bien associés en vitrages feuilletés ou, même, combinent les deux systèmes Des vitrages du premier type sont dé- crits par exemple dans le brevet français FR 2 366 434 ou dans les brevets américains US 4 164 107 ou US 4 164 108,10 ils sont constitués de plaques de float glass ayant subi une trempe thermique associées deux à deux à l'aide d'un profilé intercalaire collé et leur technique de montage dans le châssis qui les supporte est telle que lors de l'exposition à des flammes, le bord de la plaque du côté du15 feu est exposé instantanément ou, en tous cas, à bref dé- lai, au rayonnement thermique et aux flammes elles-mêmes, ce qui permet de limiter les contraintes thermiques qui s'établissent habituellement dans une plaque lorsqu'elle est davantage chauffée au centre que sur ses bords L'as-20 sociation d'une trempe thermique de bonne qualité et du montage en question permet à un tel vitrage de rester en place suffisamment longtemps pour atteindre la classe G 30 (pare-flamme 1/2 heure) C'est-à-dire que sur un four nor- malisé, dont l'élévation de température répond à la loi T Tc = 345 log ( 8 t+ 1) o T est la température en Kelvin et t le temps en minutes, To, étant la température devant le vitrage au temps t = o, une des plaques au moins reste en place plus de 30 minutes.30 Pour qu'un vitrage du type précédent fonctionne, il faut impérativement que le gradient thermique entre le centre du vitrage, chauffé par les flammes (conduction-con- vexion) et par le rayonnement du four et le bord, qui s 'échauffe moins au début car il est en contact avec la35 structure, reste limité en tout point En effet, un tel gradient se matérialise en une contrainte d'extension au bord qui, si elle est supérieure à la précontrainte de trempe, va rapidement entraîner la casse explosive du verre trempé Il est donc important de limiter ce gradient, c'est 3 ce que fait le vitrage de l'invention. L'invention s'applique également aux vitrages pare- flamme de la deuxième famille, celle constituée par l'as- sociation de plaques de float glass à l'aide d'un film 5 plastique intercalaire pour constituer un ensemble feuil- leté En général, ici aussi, les plaques de verre sont trempées thermiquement Une telle technique est décrite par exemple dans le brevet européen EP 219 801 B ou dans la demande de brevet français 91-06650 déposée le 03 06 91.10 Ici aussi, on tient à limiter au maximum l'échauffement du centre de la plaque de manière à limiter le gradient ther- mique centre-bords et donc la contrainte au bord On limite ainsi le risque de voir se produire une casse explosive du vitrage L'invention propose une solution pour diminuer ce15 risque en diminuant le gradient thermique concerné. L'invention propose un vitrage pare-flamme à base de verre silico-sodocalcique dont la composition est telle que sa transmission de l'énergie solaire ISO est supérieure à 89 % en épaisseur 6 mm, cela peut être obtenu grâce à une proportion pondérale d'oxyde ferreux dans sa composition qui n'est pas supérieure à 200 ppm et à une proportion pondérale de l'ensemble des autres oxydes colorants qui reste inférieure à 100 ppm. Dans un mode de réalisation, le vitrage pare-flamme est constitué de deux plaques de 10 mm de la composition précédente, trempées associées par un film de polyvinylbutyral, les chants des verres ont subi un poli fin et la contrainte de compression superficielle est su- périeure à 12 000 hectopascals et de préférence de 14 00030 hectopascals De préférence, le bord des plaques de verre n'est recouvert par des parecloses que sur une hauteur qui ne dépasse pas 15 mm. Dans un autre mode de réalisation du vitrage pare- flamme de l'invention, l'élément vitré qui a la composition précédente est constitué d'au moins trois plaques de verre individuelles d'une épaisseur d'au moins 3 mm chacune, elles sont disposées parallèlement l'une à l'autre et ré- unies en un vitrage feuilleté par des couches d'adhésif transparent en une matière thermoplastique comme le 4 polyvinylbutyral, au moins les deux plaques de verre flotté extérieures du vitrage feuilleté ont subi une trempe ther- mique. Par ailleurs, quel que soit le mode de réalisation, le jeu total à froid entre le vitrage et la structure du bâ- timent ou le cadre lié à cette structure dans la direction d'une dimension du vitrage est de préférence de l'ordre du centième de celle-ci. Les types de vitrages pare-f lamme précédents sont présentés à titre d'exemple mais l'invention concerne tous les pare-flammes à base de verre silico-sodo-calcique y compris les plus simples, ceux qui ne comportent qu'un seul verre trempé. La solution que préconise l'invention permet ainsi, en diminuant l'échauffement du vitrage par absorption du rayonnement provenant du four, de limiter au début, le gradient entre le centre et le bord, qui est toujours en retard d'échauffement par rapport à lui, et donc de limiter également le risque de voir la plaque de verre casser au cours de la première phase de l'incendie ou de l'essai normalisé. La description et les figures qui suivent permettront de comprendre le fonctionnement de l'invention. Parmi les figures, la figure 1 montre le spectre d'émission d'un réfractaire siliceux à 9201 C, la figure 2 représente la différence d'absorption d'un vitrage pare-flamme selon l'invention et d'un verre flotté normal.30 Les verres techniques habituels produits par la tech- nique de flottage sur un bain d'étain ont, lorsqu'ils ne sont pas colorés, une composition qui comporte essentiel- lement de la silice et des oxydes de sodium et de calcium et également d'autres oxydes en plus faible quantité Les35 compositions pondérales sont en général à l'intérieur des fourchettes figurant dans le tableau sio 2 70 à 73 % Na 2 O 13 à 16 % Ca O 8 à 13 % Mgo O à 5 % A 1,03 0,2 à 2 % Pour des raisons de matières premières disponibles et de thermique des fours, la composition habituelle comporte en plus en général une proportion d'oxyde de fer comprise entre 0,5 et 2,5 % de Fe 2 03 Ce fer donne au verre plat, selon son degré d'oxydation, une teinte verte qui va du bleuâtre au jaunâtre. Le verre de l'invention, à la différence des verres flottés habituels, ne comporte pratiquement pas de fer dans ses matières premières Il a par exemple une composition pondérale: Si O 2 72 % Na 2 O 13 % Ca O 9 % Mg O 4 % A 1203 Fe 2 03 float-glass Les seules précautions à prendre par l'homme du métier concernent la fusion du verre car la faible ab- sorption du rayonnement émis par les flammes des brûleurs et la voûte du four modifie les courants de convexion et entraîne un échauffement direct de la sole du four.35 Le verre de l'invention, pratiquement exempt d'ions colorants, spécialement de fer, a une transmission lumi- neuse et énergétique très élevée, c'est ainsi que, dans une épaisseur de 6 mm sa transmission lumineuse est de 91 % (float clair habituel: 89, 9 %) et sa transmission de 6 l'énergie solaire selon la norme ISO 9050, de 90 % (float clair: 83 %). Lorsqu'un vitrage pare-flamme subit un échauffement lors d'un essai au feu, celui-ci se produit de deux ma- nières, d'une part les gaz chauds des flammes qui lèchent la surface, échauffent la plaque par conduction, l'éléva- tion de température se propageant progressivement de la surface dans la masse du produit, d'autre part le rayonne- ment des flammes et des parois du four est absorbé di-10 rectement dans l'épaisseur de la plaque C'est ce second phénomène qui est sensiblement moins important avec le verre de l'invention, celui-ci absorbe beaucoup moins le rayonnement indirect issu des parois du local (ou de celles du four s'il s'agit d'un essai normalisé).15 Le rayonnement émis par une paroi chaude dépend de sa nature et de la température Sur la figure 1 on a repré- senté en unités relatives le spectre du rayonnement émis par une paroi en réfractaire siliceux telle que celle qu'on utilise dans les fours d'essai, lorsqu'elle est chauffée à20 une température de 9200 C c'est-à- dire dans le cas d'un es- sai au feu normalisé, après une durée d'environ 50 minutes. Cette courbe s'écarte du spectre d'émission du corps noir à la même température à cause de la caractéristique d'émis- sion du réfractaire concerné.25 Le verre de l'invention a permis de réaliser un vi- trage pare-flamme feuilleté fait de l'association de deux verres trempés particuliers: ils sont identiques, d'une épaisseur de 10 mm, leurs bords ont subi un traitement spécial puisqu'après avoir été découpés et rodés, ils ont obtenu une finition de surface fine, d'une rugosité infé- rieure à 5 wm. Ces verres ont subi un traitement de trempe thermique qui leur a donné une contrainte de compression de surface élevée, supérieure à 12 000 hectopascals et de préférence de 14 000 hectopascals Ils sont associés à l'aide d'un film de polyvinylbutyral plus mince ( 0,76 mm) qu'il n'est d'usage avec des verres trempés. Dans cette association, malgré la grande épaisseur globale du verre, le vitrage reste très transparent (transmission lumineuse supérieure à 89 %) alors qu'un en- semble identique constitué de verre flotté traditionnel possède une teinte verte qui apparaît nettement lorsqu'on observe la tranche du verre Sa transmission est sensible- 5 ment plus faible (transmission lumineuse T = 85,5 %). Ces différences observables dans le domaine visible sont encore beaucoup plus accentués dans l'infra-rouge, dans le domaine des longueurs d'ondes de la figure 1 On a porté sur la figure 2 la différence de l'absorption des10 deux échantillons précédents pour la partie du domaine dans l'infra-rouge proche On voit immédiatement combien l'énergie absorbée est plus importante dans le cas du float glass traditionnel. Lors des essais au feu avec le vitrage extra-clair qu'on vient de décrire on a effectivement constaté une di- minution sensible du gradient thermique entre le centre du vitrage et ses bords, ce qui retarde la casse du premier verre, celui qui est exposé à la chaleur Une diminution de gradient comparable sur le second verre, celui qui reste en20 place sans casser lors d'un essai au feu, diminue encore le risque de le voir se briser à cause d'une très forte hété- rogénéité de chauffe lors d'un incendie réel. Mais, l'avantage qui a été observé sur l'ensemble feuilleté-trempé de deux fois 10 mm, serait bien entendu comparable avec le feuilleté triple décrit dans le brevet européen EP 219 801 B et d'une manière générale, avec tous les vitrages pare-flamme à base de verre flotté standard: lorsque la casse du verre trempé se produit lors de l'essai au feu, c'est plus tard et si l'on cherche à l'éviter, les30 risques d'un mauvais fonctionnement du système diminuent. Mais de manière surprenante, lors des essais, un autre phénomène est apparu On a constaté que l'effondrement du vitrage, au moment o le verre qui "coule" s'extrait de la feuillure haute et glisse vers le bas en libérant l'ouver- ture, cet effondrement se produisait plus tard, à un moment o la température du four était supérieure de plus d'une dizaine de degrés. Cet effet inattendu, qui est la conséquence d'une plus grande viscosité du verre de l'invention par rapport au 8 verre flotté traditionnel présente ainsi un avantage sup- plémentaire puisqu'il permet avec des combinaisons pare- flamme à base de verre silico-sodo-calcique qui, nor- malement avec le f loat glass traditionnel, ont des durées 5 de tenue au feu supérieures à 50 minutes, comme celles du premier mode de réalisation de l'invention, de les dépasser sensiblement pour atteindre la tenue de une heure, ce qui ouvre des marchés nouveaux à ce type de produits beaucoup moins chers et plus esthétiques que les pare-flammes à base10 de borosilicates dont la qualité optique est souvent mé- diocre. REVENDICATIONS 1 Vitrage pare-flamme à base de verre silico-sodo- calcique, caractérisé en ce que sa composition est telle que sa transmission de l'énergie solaire ISO est supérieure à 89 % en épaisseur 6 mm. 2 Vitrage pare-flamme selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que la proportion pondérale d'oxyde ferreux dans sa composition n'est pas supérieure à 200 ppm. 3 Vitrage pare-flamme selon la revendication 2, caractérisé en ce que la proportion pondérale de l'ensemble des autres oxydes colorants reste inférieure à 100 ppm. 4 Vitrage pare-flamme selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est constitué de deux plaques de 10 mm trempées associées par un film de polyvinylbutyral. Vitrage pareflamme selon la revendication 4, ca- ractérisé en ce que les chants des verres ont subi un poli fin et que la contrainte de compression superficielle est supérieure à 12 000 hectopascals et de préférence de 14 000 hectopascals. 6 Vitrage pare-flamme selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'élément vitré est constitué d'au moins trois plaques de verre individuelles d'une épaisseur d'au moins 3 mm chacune, disposées parallèlement l'une à l'autre et réunies en un vitrage feuilleté par des couches d'adhésif transparent en une matière thermoplas- tique comme le polyvinylbutyral, au moins les deux plaques de verre flotté extérieures du verre feuilleté ayant subi une trempe thermique. 7 Vitrage pare-flamme selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bord des plaques de verre n'est recouvert par des parecloses que sur une hau- teur qui ne dépasse pas 15 mm. 8 Vitrage pare-flamme selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que le jeu total à froid entre le vitrage et la structure du bâtiment ou le cadre lié à cette structure dans la direction d'une dimension du vitrage est de l'ordre du centième de celle-ci.