Brevet FR2708031A1 — publié le 19950127

PANNEAU TRANSPARENT PARE-FLAMME L'invention concerne un panneau transparent pareflamme destiné, lorsqu'il est installé dans la façade d'un bâtiment, à retarder la propagation d'un incendie d'un étage à l'autre ou, lorsqu'il est installé dans une cloison, à éviter la propagation des flammes entre pièces voisines. Les vitrages anti-feu, appelés pare-flamme (PF) selon l'arrêté ministériel français du 21/04/83 et correspondant aux classes G 30 ou G 60 de la norme allemande DIN 4102 ont la propriété, lors d'un incendie (standard), de rester en place et d'empêcher le passage des fumées et des gaz chauds. Les tests normalisés de ce type de produits sont décrits entre autres dans les normes ISO 834 et ISO 3009. Il est connu d'utiliser des vitrages feuilletés constitués par l'assemblage de plusieurs feuilles de verre si- lico-sodo-calcique trempées thermiquement, l'association étant réalisée avec des films de polyvinylbutyral (PVB), pour constituer des systèmes vitrés pare-flamme. Ainsi le brevet européen EP 219 801 B1 propose d'associer dans ce but, au moins trois feuilles de verre flotté d'une épaisseur d'au moins 3 mm à l'aide de PVB pour réaliser un vitrage G 30. On connaît également des techniques de montage particulières qui permettent à une feuille de verre trempé à base d'une composition silico-sodo-calcique classique d'avoir un comportement pare-flamme de plus d'une demi-heure. Ainsi le montage des brevets français FR 2 282 033, FR 2 314 993 et FR 2 366 434 permet d'exposer les bords au rayonnement calorifique tandis que celui du brevet européen EP 0 079 257 B permet un échauffement indirect des mêmes bords du vitrage. Cependant, les techniques de l'art antérieur sont limitées à des dimensions relativement réduites. En particulier, lorsqu'on a besoin d'un échauffement des bords régulier, il est indispensable que les flammes qui chauffent le verre soient homogènes sur toute sa surface ce qui est d'autant plus difficile à réaliser lors des essais normalisés, ou d'autant plus aléatoire en cas d'incendie réel, que les surfaces des vitrages sont plus grandes. De même dans le cas du vitrage triple feuilleté de EP 0 219 801, si les dimensions s'accroissent, les déformations du cadre dues aux sollicitations thermiques qu'il subit deviennent très importantes et risquent de briser le vitrage ou, au moins, d'entraîner la perte d'étanchéité à sa périphérie. Il est connu notamment grâce à la demande de brevet européen 93-401 162.8 d'équiper un vitrage isolant anti-feu d'un dispositif qui assure normalement l'étanchéité mais qui -lors d'un incendie- limite la surpression à l'intérieur du vitrage et permet ainsi d'éviter son explosion. L'invention se donne pour tâche de réaliser un vitrage de très grande dimension qui soit pare-flamme pour des durées sensiblement supérieures à la demi-heure et qui puisse être utilisé soit dans une cloison séparative, soit dans une façade. La technique décrite dans le brevet EP 0 219 801-B1 permet dans le cas de dimensions 160 x 120 cm, d'atteindre une durée pare-flamme de 36 minutes et cela grâce à la combinaison d'un verre feuilleté triple dont au moins les feuilles extérieures sont trempées de manière classique et grâce à un montage particulier qui serre la périphérie du vitrage grâce à des pare-closes vissées sur un cadre support métallique de manière à empêcher tout mouvement du vitrage par rapport au mur qui le supporte. Lorsqu'on essaye un tel vitrage dans les conditions de la norme, c'est-à-dire en soumettant l'une de ses faces à une élévation de température L T en fonction du temps t du type = T = 345 Log1O (8t + 1) (LT en kelvins et t en minutes) les conditions de montage conduisent systématiquement à ce que tout gradient thermique se transforme en contraintes dans la plaque de verre. Celles-ci peuvent atteindre des valeurs importantes, et s'il s'agit de contraintes d'extension, elles compensent la précontrainte de compression du verre trempé, tout dépassement entraînant un risque de casse. En revanche, le montage conforme à l'invention permet une relaxation des contraintes d'origine thermique puisque lue verre peut se déformer librement : la limite de rupture du verre trempé, bien supérieure grâce à des conditions particulières, n'est atteinte que pour des gradients thermiques nettement supérieurs. Cependant, les déformations du vitrage pare-flamme selon l'invention, grâce à la technique d'étanchéité et à la possibilité de dilatations, restent compatibles avec un comportement de barrière aux gaz chauds, aux fumées et aux flammes. En comparaison avec le système de vitrage pare-flamme qui utilise un feuilleté-trempé monté de manière plus traditionnelle et dont l'effet est de limiter le gradient thermique sur le verre arrière, le vitrage de l'invention permet également une amélioration sensible, puisqu'en autorisant la déformation du verre correspondant à un gradient thermique donné, il limite les contraintes qui en découlent pour le vitrage et retarde ici aussi la casse de ce verre arrière. L'étanchéité, elle aussi, est mieux assurée par les techniques de l'invention. Les techniques utilisées habituellement pour réaliser des panneaux transparents pare-flamme font appel soit à des verres borosilicates éventuellement trempés soit comme on l'a vu plus haut, à des verres silico-sodo-calciques dont un ou plusieurs ont subi une trempe thermique traditionnelle. L'inconvénient des panneaux en borosilicate est leur prix élevé et, souvent, la très mauvaise qualité optique de la plaque. Par ailleurs, ces produits ne sont disponibles que dans des dimensions réduites. On a vu que les verres trempés traditionnels, même associés dans des ensembles feuilletés comme dans le document EP-A-O 219 801 sont également de dimensions limitées. L'invention traite aussi bien le problème du montage de l'élément vitré que celui de sa nature. Pour le montage, l'invention propose un panneau transparent pare-flamme pour une durée t qui comporte un élément vitré à base de verre sodo-calcique trempé équipé d'un cadre lié à la structure d'un bâtiment dans lequel, lors de son échauffement normalisé jusqu'à la température correspondant à la durée t, l'élément vitré peut se déformer librement et dans lequel également, l'ensemble des jeux périphériques mesurés à froid entre l'élément vitré et le cadre et entre le cadre et la structure sont suffisamment grands pour permettre la dilatation libre de l'élément vitré à ladite température. En ce qui concerne l'élément vitré à base de verre traditionnel, l'invention propose qu'il il comporte une ou plusieurs plaques de verre silico-sodo-calcique dont une au moins a subi un traitement de trempe thermique. La ou les plaques trempées ont de préférence une épaisseur supérieure à 5 mm, de plus, leurs chants sont polis avec une rugosité du poli inférieure à 5 um et leur contrainte de trempe est supérieure à 120 mégapascals et de préférence de l'ordre de 140 mégapascals, et avantageusement, le cadre et/ou la pareclose qui équipent l'élément vitré ne recouvrent la périphérie de la plaque de verre ayant subi une trempe thermique que jusqu'à une distance de son chant égale au maximum à 15 irirti et de préférence à 10 mm. L'élément vitré de l'invention existe en plusieurs variantes, soit c'est un monovitrage d'une épaisseur de l'ordre de 6 mm ou c'est un verre feuilleté comportant au moins deux plaques de verre trempé chacune d' une épaisseur supérieure ou égale à 6 mm, les plaques sont de préférence au nombre de deux. Avantageusement, le vitrage feuilleté comporte un seul film intercalaire de polyvinylbtyral d'une épaisseur inférieure à 1 mm. Mais l'élément vitré selon l'invention peut également être un vitrage isolant dont au moins la plaque de verre du côté opposé au feu est en un verre trempé conforme aux critères définis ci-dessus, quant aux plaques exposées au feu, elles peuvent être en verre trempé normal ou en verre feuilleté. De préférence, le vitrage isolant comporte un élément d'équilibrage qui limite la surpression lorsque le vitrage est exposé au feu et les plaques de verre sont assemblées à leur périphérie avec une colle à base de silicones. La combinaison d'un traitement de trempe particulier et du montage spécial prévu dans la revendication principale permet d'éviter que les contraintes mécaniques introduites tant par les gradients thermiques que par les déformations mécaniques ne dépassent la limite de rupture du verre trempé. Celui-ci reste donc intact dans tout le domaine de température où sa déformation est élastique. Lorsqu'il atteint le domaine de déformation plastique, il n' est plus susceptible alors de subir la casse fragile typique des matériaux verriers. Les figures et les explications qui suivent permettront de comprendre le fonctionnement de l'invention. La figure 1 représente une coupe d'un cadre d'un vitrage monolithique conforme à l'invention et, la figure 2 montre un vitrage double. Sur la figure 1 on a représenté en 1 un vitrage monolithique trempé conforme à l'invention. Il s'agit d'un verre flotté silico-sodo-calcique qui a subi un traitement particulier qui sera présenté en détail plus loin. Le profilé en tôle d'acier pliée 2 d'une épaisseur de l'ordre de 2 mm constitue le cadre du vitrage, il est lié à la structure du bâtiment dans des conditions décrites plus bas. Ce profilé 2 comporte une feuillure à section en équerre qui porte le verre par l'intermédiaire de cales d'appui 5 inférieures faites d'un matériau à base d'amiante. La dénomination PROMABEST Y de la Société PROMAT à 78540 Vernouillet (France) désigne un matériau adapté. Dans le cas d'un verre 1 de 10 mm d'épaisseur et de hauteur 170 cm, les dimensions des cales d'appui 5 sont : largeur 13 mm, épaisseur 8 mm, elles s'étendent sans interruption sous toute dimension horizontale du vitrage. Sur les deux côtés verticaux et au-dessus du vitrage un espace d'épaisseur équivalente est laissé libre. De part et d'autre du verre, des joints 6 en fibre céramique le maintiennent latéralement. Pour l'étanchéité des couvre-joints 7, par exemple en silicone terminent l'ensemble. La tenue latérale est assurée par une pareclose 3 en tôle pliée également. Elle possède un ergot longitudinal 10 qui s' insère dans le logement 9 du profilé principal. De place en place, une vis autotaraudeuse 11 empêche lors de l'incendie la sortie de la pareclose, l'espace entre les vis 11 est de l'ordre de 70 cm ou moins. La hauteur des profilés 2 est, pour un vitrage d'une dimension de 1,70 m au carré, de l'ordre de 80 mm. La largeur doit être plus faible, de l'ordre de la moitié. Le profilé 2 n'est pas en contact direct avec la structure du bâtiment mais il existe tout autour du cadre, à froid, un jeu périphérique important (au moins 0,6 % c' est-à-dire par exemple, 20 mm de jeu cumulé par rapport à la structure pour des dimensions globales de l'ensemble vitré de l'ordre de 3 m). Sur la figure ce jeu représenté en 17 est rempli de laine de roche. La fixation latérale du cadre perpendiculairement au verre, en revanche, est rigide. Un moyen de réaliser ces deux conditions : fixation latérale et possibilité de dilatation longitudinale est réalisée par le système représenté au bas de la figure 1. Des profilés en L, sur les quatre côtés du cadre sont fixés rigidement à la structure par des moyens (tire-fonds par exemple) non représentés. Dans le plan parallèle au vitrage, la fixation se fait par des vis 13 équipées de rondelles 18, elles traversent des trous oblongs 12 (les vis sont à l'extrémité de ces trous dirigée vers l'intérieur du cadre). Ces trous ont une longueur au moins égale au jeu prévu en 17. Sur la figure, le montage est prévu pour que le feu provienne de la droite, dans ce cas, il est avantageux que les rondelles 18 (du côté du feu) soient constituées d'un matériau qui flue à la chaleur mais dont le module à froid reste élevé et le fluage faible. Un alliage d'aluminium convient comme matériau pour ces rondelles. Mais même avec des rondelles en acier, en général, les efforts de dilatation et le jeu procuré par l'échauffement de la vis sont tels que la dilatation du cadre n'est pas empêchée De l'autre côté une fixation du même type permet à une plaque 14 d'obturer le passage sans gêner la dilatation du cadre grâce à des vis 15 traversant des trous oblongs 16. L'espace 17 est, on l'a vu, avantageusement rempli de laine de roche. Les jeux qui sont prévus, d'une part à la périphérie du verre en 5 et d'autre part à la périphérie du cadre en 17 permettent de limiter fortement les contraintes qui s'exercent sur le verre lors d' un incendie. Si le jeu autour du verre peut rester le même, indépendamment des dimensions de celui-ci, il n'en est pas de même du jeu 17, à la périphérie du cadre. Lui doit être d'autant plus important que les dimensions du cadre sont elles-mêmes plus importantes. En général, un jeu de 8 mm à la périphérie du verre suffit. En revanche, on l'a vu le jeu 17 doit être de l'ordre de 0,6 % de la dimension correspondante de la baie. Un paramètre également important, est la hauteur de recouvrement de la feuillure d'un côté et de la pareclose de l'autre sur le verre 1. Cette hauteur qui correspond à "l'ombre portée" par l'acier du cadre sur le vitrage lors de 1 incendie doit rester inférieure à 15 mm, la valeur de 12 mm convient parfaitement. Le verre silico-sodo-calcique 1 sur la figure 1 a une épaisseur de 6 mm. Il a subi un traitement spécial. D'une manière générale, l'élément vitré est constitué d'un vitrage conçu pour rester en place au cours d'un incendie. La combinaison triple décrite dans le brevet européen EP 219 801 B1, avec des dimensions hauteur 160 cm, largeur 120 cm et des combinaisons d'épaisseur 4 mm trempé, 4 mm recuit, 4 mm trempé, répond par exemple à cette exigence pendant une durée de 36 minutes lorsqu' il est soumis à la courbe d'élévation de température normalisée. Mais les éléments vitrés de l'invention de conception à la fois plus simple et plus rigoureuse permettent d'obtenir des tenues au feu de plus longue durée. Ils comportent une ou plusieurs plaques de verre silico-sodocalcique dont une au moins a subi un traitement particulier. Celui-ci consiste d'une part en un polissage des chants avec une rugosité de poli inférieure à 5 um et d'autre part en un traitement de tempe thermique fournissant une contrainte de compression superficielle d'au moins 120 mégapascals et de préférence de 140 mégapascals. te montage présenté figure 1 est compatible comme on l'a vu avec un élément monolithique de 6 mm d'épaisseur mais, à condition d'accroître la largeur du profilé 2 il est également compatible avec des épaisseurs de 8 ou de 10 mm (éléments monolithique ayant subi les mêmes étapes de traitement). Une autre combinaison a également été essayée et a donné satisfaction, il s'agit de l'association de deux monolithes du type précédent associés en un vitrage feuilleté grâce à un film de polyvinylbutyral (PVB). Des épaisseurs de verre de deux fois 8 mm et deux fois 10 millimètres ont donné satisfaction, les verres étaient associés par une feuille unique de PVB d'une épaisseur de 0,76 mm. La figure 2 montre l'association d'un cadre peu différent de celui de la figure 1 avec un élément vitré constitué par un vitrage isolant. Le vitrage isolant 20 est constitué de deux verres 21, 22 dont au moins un 22 a subi le traitement de l'invention, c'est lui qui est situé du côté opposé au feu. I1 est nécessaire que les deux verres 21, 22 aient subi le même traitement dans le cas où la paroi pare-flamme doit pouvoir fonctionner dans les deux sens. Le profilé 23 qui sépare les deux verres est en acier, l'assemblage est réalisé avec un mastic 24 à base de silicones. De plus, le vitrage isolant est équipé d'un dispositif non représenté qui permet un équilibrage des pressions entre l'intérieur et l'extérieur du vitrage lorsqu'un incendie provoque son échauffement. Le dispositif décrit dans la demande de brevet EP-93 401 162.8 qui consiste en un coin spécial avec un opercule fusible qui sert à l'assemblage des profilés 23 convient parfaitement. Le montage du vitrage isolant 20 dans le profilé 25 est identique à celui de la figure 1, la méthode de liaison entre le cadre et la structure du bâtiment est également la même. Dans le cas où les deux verres 21, 22 ne sont pas identiques, on peut associer au vitrage 21 qui a subi la préparation spéciale conforme à l'invention, un vitrage 22 qui est soit un verre trempé normal, soit un verre feuilleté associant deux verres silico-sodo-calciques recuits. Deux essais au feu selon la norme ISO 834 et ISO 3009 ont été réalisés. Dans les deux cas, le cadre était du type de ceux des figures 1 et 2. Les éléments vitrés étaient d'une part en verre monolithique de 6 mm d'épaisseur et d'autre part un vitrage feuilleté constitué de deux verres de 10 mm assemblés avec du PVB. ESSAI nO 1 La baie du four de 3 m x 3 m était équipée de 4 éléments vitrés dont les dimensions étaient respectivement hauteur 109 cm, largeur 105 cm et hauteur 109 cm, largeur 172 cm pour les verres du bas et hauteur 168 cm, largeur 105 cm et hauteur 168 cm, largeur 172 cm pour ceux du haut. Tous avaient subi le façonnage et la trempe spéciaux. Leur épaisseur commune était 6 mm. L'élévation de température en "C suivait la loi T - To = 345 Log1O (8 t + 1) où le temps t est exprimé en minutes. - à la 12ème minute, le montant vertical central se cintrait vers le four avec une flèche de 10 cm, - à la 24ème minute, montant et traverse centraux avaient une flèche de 15 cm et à 38 minutes, de 20 cm, - à la minute 43, la flèche atteint 25 cm, la déformation du vitrage le plus grand est visible, - à la 59ème minute, le plus grand des verres du haut commence à fluer et libère pour la première fois le passage aux flammes et aux gaz : fin de l'essai. ESSAI nO 2 L'élément vitré est un vitrage feuilleté 2 x 10 mm dont chaque élément constitutif en verre silico-sodo-calcique a subi les deux traitements particuliers décrits plus haut. Ils sont associés avec une unique feuille de PVB d'épaisseur 0,76 mm. Le vitrage est vertical, d'une hauteur de 2,78 m sur une largeur de 1,68 m. L'essai se déroule dans les conditions habituelles - dès la 3ème minute le vitrage se déforme (convexité du côté du four), - à la minute 7 le verre côté chaud se fragmente en tout petits morceaux qui restent collés à l'autre verre, - minute 14, inflammation du PVB. Quelques fragments du verre côté chaud tombent, - 18ème minute, le PVB noircit, - minute 21 : la déformation (cintrage) du vitrage atteint 5 cm, - minute 36 début de fluage du vitrage mais il reste maintenu en partie haute, - 42ème minute, la partie haute du vitrage sort de la pareclose, - minute 43 : fin de l'essai, le vitrage s'effondre et libère le passage pour les flammes et les gaz. Les vitrages qu'on vient de décrire et leur technique de montage permettent ainsi, à partir de verres bon marché et d'excellente qualité optique, d'obtenir des produits pare-flamme performants. Avant le développement des produits verriers et des techniques de montage de l'invention, seuls des produits de petite dimension ou des verres spéciaux (verres armés, borosilicates) permettaient de disposer de vitrages pareflamme. En particulier, les techniques de montage permettent d'atteindre les limites intrinsèques du produit verrier lui-même alors qu'auparavant sa casse se produisait bien avant que les limites intrinsèques de l'élément vitré ne soient atteintes. REVENDICATIONS 1. Panneau transparent pare-flamme pour une durée t et comportant un élément vitré à base de verre silico-sodocalcique trempé équipé d'un cadre lié à la structure d'un bâtiment, caractérisé en ce que lors de son échauffement normalisé jusqu'à la température correspondant à la durée t, l'élément vitré peut se déformer librement, et en ce que l'ensemble des jeux périphériques mesurés à froid entre l'élément vitré et le cadre et entre le cadre et la structure sont suffisamment grands pour permettre la dilatation libre de l'élément vitré à ladite température. 2. Panneau selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément vitré comporte une ou plusieurs plaques de verre silico-sodo-calcique dont une au moins a subi un traitement de trempe thermique. 3. Panneau selon la revendication 2, caractérisé en ce que la ou les plaques de verre de l'élément vitré ayant subi une trempe thermique ont une épaisseur supérieure à 5 mm, en ce que leurs chants sont polis avec une rugosité du poli inférieure à 5 um et en ce que leur contrainte de trempe est supérieure à 120 mégapascals et de préférence de l'ordre de 140 mégapascals. 4. Panneau selon la revendication 3, caractérisé en ce que le cadre et/ou la pareclose qui équipent l'élément vitré ne recouvrent la périphérie de la plaque de verre ayant subi une trempe thermique que Jusqu'à une distance de son chant égale au maximum à 15 mm et de préférence égale à 10 mm. 5. Panneau selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que l'élément vitré comporte une seule plaque de verre d'une épaisseur de l'ordre de 6 mm. 6. Panneau selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que l'élément vitré est un verre feuilleté comportant au moins deux plaques de verre trempé chacune d'une épaisseur supérieure ou égale à 6 mm. 7. Panneau selon la revendication 6, caractérisé en ce que le vitrage feuilleté comporte un seul film intercalaire de polyvinylbutyral d'une épaisseur inférieure à 1 mm. 8. Panneau selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que l'élément vitré est un vitrage isolant dont au moins la plaque de verre du côté opposé au feu est en un verre trempé conforme à la revendication 3. 9. Panneau selon la revendication 8, caractérisé en ce que la ou les plaques exposées au feu sont en verre trempé normal ou en verre feuilleté. 10. Panneau selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le vitrage isolant comporte un élément d'équilibrage qui limite la surpression lorsque le vitrage est exposé au feu. 11. Panneau selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que les plaques de verre sont assemblées à leur périphérie avec une colle à base de silicone.