Brevet FR2690706A1 — publié le 19931105

ELEMENT VITRE ANTI-FEU L'invention a trait à un élément vitré de protection contre le feu, et plus particulièrement désigné sous le terme de "pare-flamme" destiné à retarder la propagation d'un éventuel incendie soit d'un étage à l'autre lorsqu'il équipe la façade d'un bâtiment, soit d'une pièce à l'autre lorsqu'il fait partie d'une cloison interne d'un local. Ce type de vitrage présente en effet la propriété de rester en place lors d'un incendie, et ainsi d'empêcher le passage des fumées et gaz chauds pendant une période de temps nettement plus longue que dans le cas d'un vitrage standard, ses performances en terme de tenue au feu pouvant20 être notamment appréciées par les tests décrits dans les normes ISO 834 et ISO 3009. Cependant, la réalisation des vitrages pare-flamme se heurte notamment à deux types de problèmes techniques ces vitrages sont usuellement constitués d'au moins un25 substrat en verre trempé, et retenus à leur périphérie dans la feuillure d'un cadre généralement métallique Il faut donc tout d'abord éviter une rupture précoce du ou des substrats de verre, rupture résultant des contraintes thermiques générées dès le début de l'incendie notamment30 par le gradient de température entre d'une part la péri- phérie du vitrage "masquée" dans la feuillure, et d'autre part le reste du vitrage exposé directement au feu. C'est pourquoi le brevet US-4 178 728 propose notam- ment un profilé définissant le fond de feuillure et main- tenant la périphérie du vitrage du côté "extérieur" au bâ- timent une fois le vitrage posé Le second côté "interne", c'est-à-dire orienté vers l'intérieur du local, étant re- vêtu et masqué par une pièce mécanique qui est amovible sous l'action de la chaleur: Ainsi, lors d'un incendie, la chute de cette pièce expose la périphérie du bord "interne" du vitrage au feu, limitant ainsi le gradient thermique entre bords et centre du vitrage et donc le risque d'ex- plosion dès le début de l'incendie. Ce profilé ne résout cependant pas le second problème qui apparaît lorsque l'incendie s'est déclaré depuis un certain temps et que le verre commence à s'approcher sen- siblement de sa température de ramollissement: En effet, le vitrage a alors tendance à s'affaisser sous l'effet de son propre poids, sollicitant fortement les moyens de fixation de sa périphérie supérieure et/ou latérale dans la feuillure Un brevet français FR-B-2 282 033 propose ainsi de ralentir l'affaissement du verre en interposant entre la périphérie du vitrage et les bords de la feuillure un ma-15 tériau minéral tel que des bandes de verre qui, à haute température, solidarisent alors le vitrage à la feuillure. Aucun de ces modes de réalisation n'est cependant pleinement satisfaisant dans la mesure o ils ne résolvent pas simultanément les deux problèmes précédemment men- tionnés. L'invention se donne alors pour but d'obvier à ces inconvénients en réalisant un vitrage pare-flamme suscep- tible d'être utilisé pour équiper façades et/ou cloisons internes de bâtiments, qui ait une tenue au feu améliorée25 tout en étant de mise en oeuvre simple. L'élément vitré anti-feu selon l'invention comporte au moins un vitrage pare-flamme dont la périphérie repose dans la feuillure d'un cadre, ladite périphérie étant maintenue dans sa feuillure, au moins le long de son bord supérieur notamment horizontal, par interposition d'un matériau fi- breux à porosité et module d'élasticité élevés, dont les propriétés et/ou la structure sont inchangées à haute tem- pérature, celui-ci retardant la chute dudit substrat en pénétrant dans celui-ci lorsque ce dernier se rapproche ou atteint sa température de ramollissement De préférence, ce matériau fibreux présente une porosité d'au moins 50 % et, un module d'élasticité pour chacune des fibres et/ou fils d'au moins 150 000 M Pa. Le vitrage pare-flamme en question peut être constitué d'un substrat de verre monolithique, ou d'une pluralité de substrats de verre monolithiques associés par l'intermé- diaire de matériaux intercalaires, comme par exemple des feuilles intercalaires à base de polymères et/ou des maté- riaux type gel à propriétés coupe-feu. Ces différents substrats peuvent également être asso- ciés au vitrage multiple par l'intermédiaire de lames de gaz. Les substrats peuvent ainsi être à base de verre si- lico-sodo-calciques trempés pour obtenir un certain niveau de pré-contrainte, ou à base de verre à faible coefficient de dilatation thermique tels que ceux décrits dans la de- mande de certificat d'addition FR-2 271 181 et/ou à base de15 verre boro-silicaté comme décrit dans le brevet FR-2 389 582. Comme exemple de vitrage feuilleté, on peut citer ce- lui décrit dans la demande de brevet français déposée le 3 Juin 1991 sous le numéro de dépôt 91 06650, et le vitrage20 triple feuilleté décrit dans la demande de brevet européen EP-0 219 801. Le vitrage peut être également armé, c'est-à-dire présenter une structure de double-vitrage comportant un treillis métallique soudé par points, comme décrit dans le brevet français FR-1 590 983. Le dit vitrage pare-flamme peut également faire partie d'un vitrage coupe-feu, comme évoqué précédemment. L'invention opère ainsi un compromis judicieux en choisissant un matériau fibreux et à haute porosité, on permet que les bords de l'élément vitré, même s'ils restent partiellement masqués par la paroi de la feuillure, soient en revanche au contact direct avec un matériau qui ne fait pas obstacle à la chaleur de par sa texture On limite ainsi le gradient thermique entre bords et centre du vi- trage au début d'un incendie notamment On peut en outre choisir le matériau fibreux de manière à ce qu'il soit également un bon conducteur de la chaleur, propriété qui permet d'accentuer encore la limitation de gradient 4 thermique De préférence, il présente une conductivité d'au moins 15 Watts m-30 C-l. D'autre part, lorsque le verre commence à se ramollir et à s'affaisser, il reste solidement maintenu en place par l'action du matériau fibreux qui agrippe efficacement le vitrage, de par le fait qu'il résiste à haute température sans modification de structure et/ou de propriétés et qu'il est de nature fibreuse et peut donc "s'incruster" partiel- lement dans l'épaisseur du verre ramolli pour mieux le re-10 tenir En effet, grâce à son module d'élasticité élevé, ce matériau présente, même et surtout à haute température une bonne résistance mécanique alliée à une aptitude à être comprimé sans déformation permanente, ce qui lui confère un effet "ressort" qui retient le substrat à la manière d'une pince, mais plus efficacement, puisque, étant fibreux, il peut pénétrer partiellement dans le verre ramolli beaucoup plus facilement. De préférence, ce matériau fibreux maintient également dans la feuillure les bords latéraux notamment verticaux de l'élément vitré, qui ont tendance à s'affaisser conjointe- ment avec le bord supérieur. Le plus avantageux est de pincer dans sa feuillure le ou les bords du vitrage à l'aide de ce matériau fibreux sur chacune de ses faces Il retient ainsi au mieux le vitrage25 tout en assurant un bon calage des bords du vitrage dans la feuillure. Ce matériau fibreux est par exemple essentiellement métallique, notamment à base d'acier inoxydable Il peut notamment être constitué de fibres assemblées en forme de tresse puis guipées à l'aide d'un fil de nature similaire. Ces fibres, obtenues par arrachage de fils unitaires de manière connue, présentent des diamètres compris de préfé- rence entre 10 et 100 micromètres Il peut également être constitué de fils assemblés sous la forme d'un tricot tu-35 bulaire, notamment d'un diamètre compris entre 100 et 500 micromètres Dans le cas de tresses composées de fibres, comme les fibres présentent une désorganisation d'orienta- tion, lesdites tresses ont une bonne élasticité perpendi- culairement à leur axe principal. Dans le cas de tricot tubulaire, c'est le maillage qui confère ce caractère élastique contribuant à l'effet "res- sort" précédemment évoqué et spécifique de l'invention. Si, en outre, il faut garantir l'étanchéité, notam- ment à l'eau, du fond de la feuillure, on munit les espaces définis par les parois de la feuillure, de part et d'autre de l'élément vitré et "par-dessus" ce matériau conducteur fibreux, d'un joint type silicone résistant au feu. On peut utiliser tout moyen mécanique et/ou adhésif pour retenir le matériau fibreux conducteur dans la feuil- lure On peut prévoir par exemple de munir au moins un des bords de la feuillure d'un becquet qui dépasse et/ou pré- voir de munir au moins un des bords de la feuillure de pi- cots répartis notamment sur un feuillard soudé audit bord.15 On peut également munir ce matériau sur sa surface exté- rieure d'un adhésif résistant à hautes températures, tel qu'une colle minérale, par exemple silicatée On peut éga- lement prévoir une feuillure dont la surface de contact avec ledit matériau fibreux présente des rugosités aptes à20 le retenir Tous ces moyens peuvent être utilisés isolément ou en combinaison, et remplissent leur rôle de maintien non seulement à température normale mais également et surtout en cas d'incendie, afin que le matériau fibreux reste cor- rectement en place dans la feuillure pour retenir le(s)25 substrat(s) de verre. On peut, en outre, munir le fond de feuillure, au moins dans la zone o repose le chant du bord inférieur du vitrage, de moyens de calage et d'étanchéité notamment à l'air connus de l'art. La mise en oeuvre de l'invention est tout à fait sim- ple: Ainsi, dans la mesure o le cadre définissant la feuille comporte un profilé mécanique associé par des moyens mécaniques à une pareclose, il suffit de caler cor- rectement le vitrage dans le profilé à l'aide du matériau fibreux conducteur, puis à constituer la f euillure en ap- pliquant la pareclose. Il est à noter que ce matériau fibreux, qui présente, de par sa texture, une relative souplesse même s'il est toutefois relativement dense, autorise une éventuelle 6 déformation relative entre l'élément vitré et son cadre, et notamment un léger gauchissement de l'élément vitré d'une part, de son cadre d'autre part, ce qui limite les con- traintes mécaniques et contribue à une augmentation de la 5 tenue au feu de l'élément vitré. L'élément vitré conçu selon l'invention présente une haute résistance au feu, et notamment d'au moins 30 minutes selon la norme ISO 3009. Les détails et caractéristiques avantageuses de l'in- vention ressortent de la description ci-après d'un mode de réalisation non limitatif, à l'aide des figures suivantes: fig 1: une coupe transversale de la périphérie de l'élément vitré dans sa feuillure, une fois installé en position verticale dans un bâtiment.15 fig 2: un élément de cloison utilisé pour l'étude de son comportement au feu selon la norme ISO 3009. L'élément vitré 1 lui-même est constitué d'un élément vitré pare- flamme, par exemple d'un substrat monolithique en verre silico-sodo-calcique de 6 millimètres d'épaisseur20 et trempé thermiquement de manière à présenter un niveau de contrainte approprié, notamment d'au moins 120 M Pa La to- talité de sa périphérie est maintenue dans une feuillure déterminée par un profilé métallique 2 associé à une pa- reclose 3 L'association s'effectue ici par deux moyens25 mécaniques complémentaires: d'une part, on bloque la lan- guette 10 présente sur la pareclose 3 dans la cavité 9 du profilé 2 D'autre part, une vis 11 est prévue pour visser la pareclose 3 au profilé 2 et achever ainsi le placage de ladite pareclose contre ce dernier, en prévenant tout ris-30 que de basculement de la pareclose 3 Le chant 4 du vitrage 1 repose au fond de la f euillure sur un des moyens 5 de calage et d'étanchéité à l'air Entre les deux faces du vitrage sur sa périphérie et les parois latérales de la pareclose 3, est interposé un matériau fibreux conducteur 635 composé de fibres d'un diamètre compris approximativement entre 50 et 100 micromètres en acier inoxydable 430 selon la norme AISI, assemblées en une tresse d'un grammage de 70 g/m linéaire, de section approximativement rectangulaire, d'environ 10 x 6 mm' Celle-ci est guipée dans un fil du 7 même métal de 3/l Oème de millimètre de diamètre Cette tresse présente une porosité d'environ 76 %, l'inox qui la constitue a un module d'élasticité d'environ 200 000 M Pa et une conductivité thermique d'environ 20 watts m-l O C 5 Cette tresse est de préférence munie sur ses faces en con- tact, d'une part avec le verre, d'autre part avec les pa- rois de la feuillure, d'un film mince d'adhésif résistant à haute température du type colle silicatée Elle est égale- ment ici recouverte sur sa face tournée vers l'extérieur de10 la feuillure d'un joint 7 d'étanchéité en silicone résis- tant au feu On évite ainsi toute infiltration, notamment d'eau, à l'intérieur de la feuillure La tresse 6 inter- posée entre le substrat 1 et la pareclose 3 est maintenue en place à l'aide d'un becquet 8 présent sur la pareclose15 3 La tresse 6 qui est interposée entre le substrat 1 et le profilé 2 est maintenue en place à l'aide d'une bande de tôle mince munie de picots régulièrement espacés (non re- présentés) sur le pourtour du profilé 2, picots qu'il suf- fit de rabattre pour retenir ladite tresse.20 Le montage se fait donc aisément en disposant le substrat 1 dans le cadre 2 muni de ses moyens de calage ap- propriés 5 et de sa première couche de matériau fibreux conducteur 6 interposée entre substrat 1 et cadre 2, puis, par compression, en calant la languette 10 dans la cavité 925 puis en vissant la pareclose 3 en interposant une seconde couche de matériau fibreux conducteur 6 Le substrat est alors parfaitement calé dans sa feuillure. Cependant, ce montage autorise une certaine amplitude de mouvement et/ou dilatation thermique entre le substrat 1 et le profilé 2 et de la pareclose 3, ce qui autorise une relative relaxation des contraintes thermiques que subit le substrat en verre notamment quand un feu se déclare, et donc limite les risques de rupture. Lorsque le substrat 1 commence à s'affaisser, s'il peut gauchir légèrement, il reste cependant agrippé par le matériau 6 qui ralentit sa chute. On décrit ci-après le comportement thermo-mécanique d'un élément de cloison selon l'invention d'après les normes ISO 3009 et ISO 834 Celui- ci est en fait séparé en 8 quatre vitrages distincts 12, 13, 14, 15 représentés très schématiquement à la figure 2; tous comportant un substrat monolithique fixé dans sa feuillure comme précédemment dé- fini Les dimensions de 4 vitrages sont ci-après précisées: 5 vitrage 12: 1680 x 1720 cm 2 vitrage 13: 1680 x 1048 cm 2 vitrage 14: 1088 x 1720 cm 2 vitrage 15: 1048 x 1088 cm 2 L'élévation de température (T-To en degrés Celsius) lors d'un essai normalisé répond à la loi suivante T- To = 345 log, ( 8 t+l) La température T à considérer est fonction de la durée t (en minutes) pendant laquelle la tenue au feu doit être assurée.15 Cet élément de cloison "complexe" formé des 4 vitrages 12-15 est donc placé dans un four, une des faces de ces 4 vitrages étant directement exposée à sa chaleur tandis que les autres sont au contact de l'atmosphère ambiante. Pendant les 10 premières minutes de l'essai, la tem- pérature du four passe de la température ambiante To à une température de l'ordre de 6800 C Chacune des faces des vi- trages qui est exposée à cette élévation de température subit un échauffement brutal et se dilate, induisant dans le verre une série de contraintes thermiques, dues tout25 d'abord à un gradient thermique immédiat dans l'épaisseur du verre, gradient ayant tendance à cintrer les vitrages de manière à présenter une concavité du côté de la face non exposée à la chaleur du four Un autre gradient thermique, est également crée sur chacune des faces directement ex-30 posée à la chaleur, mettant en extension dans le plan de ces faces les bords des vitrages protégés de l'échauffement par les parecloses On peut considérer que le gradient thermique dans le plan des vitrages 12-15 atteint son maximum au bout de 5 à 10 minutes.35 De 10 à 20 minutes après le début de l'essai, le gradient thermique dans le plan des vitrages tend à dimi- nuer, les substats commençant à perdre leur niveau de pré- contrainte imposée par la trempe thermique Les cadres 9 s'échauffent progressivement, créant des mouvements diffé- rentiels entre les substrats de verre et ceux-ci. Au-delà de 20 minutes, on peut considérer que les substrats de verre ont atteint leur température de "dé- trempe". Au-delà de 30 minutes, le verre des substrats se rap- proche de sa température de ramollissement, il tend à fluer et c'est donc lors de cette période critique que le maté- riau fibreux 6 remplit pleinement son rôle, aussi bien sur10 le bord supérieur que sur les bords latéraux de chaque vi- trage 12-15 Celui-ci retient efficacement les vitrages en place, qui finissent par s'effondrer, en commençant par le vitrage 12 de plus grandes dimensions, mais seulement au-delà de 40 minutes après le début du test Il est à no-15 ter à ce propos que l'ouverture dans le vitrage commence non pas au niveau de la périphérie du bord supérieur hori- zontal de celui-ci qui se trouve dans la feuillure, mais en dessous de la feuillure, ce qui met en évidence l'effica- cité de l'action d'aggripement du matériau fibreux 6 selon20 l'invention. En conclusion, la fixation d'un élément vitré anti-feu dans la feuillure d'un cadre selon l'invention est parti- culièrement simple Néanmoins, elle augmente sensiblement la tenue au feu du vitrage à la fois en aidant à réduire25 les gradients thermiques dans le vitrage créés par le feu, en autorisant un certain débattement entre vitrage et feuillure tout en maintenant solidement le vitrage, et finalement et surtout en retenant le vitrage lorsqu'il tend à s'effondrer par ramollissement.30 REVENDICATIONS 1 Elément vitré anti-feu comportant au moins un vi- trage pare-flamme dont la périphérie repose dans la f euil- lure d'un cadre, caractérisé en ce que ladite périphérie 5 est maintenue dans sa feuillure, au moins le long de son bord supérieur notamment horizontal, par interposition d'un matériau ( 6) fibreux à porosité et module d'élasticité élevés, dont les propriétés et/ou la structure sont main- tenues inchangées à haute température, ce dernier pénétrant dans le vitrage lorsque celui-ci approche ou atteint sa température de ramollissement. 2 Elément vitré selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau fibreux ( 6) présente une porosité d'au moins 50 %, notamment d'environ 76 %.15 3 Elément vitré selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le matériau fibreux ( 6) présente un module d'élasticité d'au moins 150 000 M Pa. 4 Elément vitré selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le matériau fibreux ( 6) est un maté- riau conducteur de la chaleur, présentant notamment une conductivité thermique supérieure à 15 watts m- OC-l, no- tamment d'environ 20 watts m-n OC-3. 5 Elément vitré selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le matériau fibreux ( 6) est essen- tiellement de nature métallique, notamment à base d'acier inoxydable. 6 Elément vitré selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le matériau fibreux ( 6) est constitué de fibres assemblées en forme de tresse puis guipées à30 l'aide d'un fil de nature similaire, ou de fils assemblés en forme de tricot tubulaire. 7 Elément vitré selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le matériau fibreux ( 6) est interposé également dans la feuillure sur les bords latéraux, notam- ment verticaux de l'élément vitré ( 1; 12-15). 8 Elément vitré selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le matériau fibreux est interposé sur le(s) bord(s) de l'élément vitré ( 1; 12-15) dans la feuillure sur chacune de ses faces. il 9 Elément vitré selon l'une de revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les espaces définis par la feuillure de part et d'autre dudit élément vitré sont munis, par-dessus le matériau fibreux conducteur ( 6), d'un joint 5 étanche ( 7) notamment à l'eau, par exemple du type sili- cone, résistant au feu. Elément vitré selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le matériau fibreux est retenu dans la feuillure du cadre à l'aide de moyens mécaniques tel qu'un becquet ( 8) dépassant d'au moins un des bords de la feuillure et/ou une suite de picots notamment soudés dans un f euillard présent sur au moins un des bords de la feuillure. 11 Elément vitré selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le matériau fibreux ( 6) est re- tenu dans la feuillure à l'aide de moyens adhésifs résis- tant à haute température, comme une colle minérale par exemple silicatée. 12 Elément vitré selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le matériau fibreux ( 6) est re- tenu dans la feuillure à l'aide de rugosités présentes à la surface de contact de la feuillure avec ledit matériau fi- breux. 13 Elément vitré selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le cadre comporte un profilé mé- tallique ( 2) qui, associé par des moyens mécaniques à une pareclose ( 3), définit les parois de la feuillure. 14 Elément vitré selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le vitrage pare-flamme est un substrat monolithique silico-sodo-calcique trempé pré- sentant un niveau de contrainte approprié, notamment d'au moins 120 M Pa pour une épaisseur de l'ordre de 6 mm. 15 Elément vitré selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que le vitrage pare-flamme comprend au moins un substrat de verre à faible coefficient de di- latation thermique et/ou à base de verre boro-silicaté. 16 Elément vitré selon l'une des revendications 1 à , caractérisé en ce que le vitrage pare-flamme comprend une pluralité de substrats de verre monolithiques associés 12 notamment, à l'aide de matériau(x) intercalaire(s) et/ou par l'intermédiaire de lame(s) de gaz. 17 Utilisation de l'élément vitré selon l'une des revendications précédentes en tant que vitrage pare-flamme présentant une tenue au feu selon les normes ISO 3009 et 834 d'au moins 30 minutes. l O