Brevet FR2723135A1 — publié le 19960202

VITRAGE ISOLANT La présente invention se rapporte à un vitrage isolant, en particulier pour des fenêtres ou ouvertures de véhicule ferroviaire, ce vitrage comprenant au moins deux vitres de fenêtres placées à distance l'une de l'autre et entourant un élément absorbant acoustique en matériau à cellules ouvertes (spongiforme). Afin d'améliorer l'isolation acoustique ou phonique des vitrages isolants, on connaît de nombreux moyens, comme par exemple l'utilisation de verres spéciaux: à densité élevée, de grande épaisseur ou stratifiés, pour améliorer les coefficients de transmission thermique et acoustique, comme cela est décrit par exemple dans EP-A- 0 100 701. Une structure de fenêtre isolante préférée pour le bâtiment ou les véhi- cules est constituée par une combinaison de deux ou plus de deux vitres en verre ou autres matériaux transparents, qui, à l'aide de cales d'espacement qui suivent généra- lement les bords des vitres, délimitent au moins un intervalle d'air bien isolant, en particulier sur le plan thermique. De nombreuses solutions pour de tels vitrages doubles ou multicouche, sont connues de l'état de la technique, par exemple à partir de CH-A-640 302, 681 102, 553 907 et 517 242. Dans de tels vitrages, on trouve en permanence à l'intérieur un espace plus ou moins fermé et qui est délimité par les vitres et la cale d'espacement. Cet espace pré- sente des résonances dans le domaine des fréquences audibles et ces résonances conduisent à une diminution de l'isolation phonique dans la zone de fréquence de cette résonance. Cette diminution est connue comme constituant un effondrement de résonance de la courbe caractéristique d'absorption ou d'isolation acoustique. On a décrit des dispositions appropriées pour l'amortissement de l'effondrement de résonance, telles que par exemple le choix du matériau, une géométrie particulière ou une subdivision de l'espace intérieur, dans EP-A-0 296 690, EP-A-0 014 235 et EP-A-0 034 613 et ces dispositions conduisent à un décalage de l'effondrement de résonance vers des fréquences plus basses. Une autre possibilité connue consiste à améliorer l'absorption acoustique dans la lame d'air, de préférence en la mettant sous vide, ce qui n'est cependant souvent pas réalisable pour des raisons économiques. On peut également placer dans la zone de bordure de la lame d'air un matériau absorbant acoustique, en fait un matériau souple et élastique à cellules ouvertes (spongiforme), ce matériau étant relié à la cale ou corps d'écartement. Il est en outre connu de CH-A-615 244 ou 630 993, de placer entre la cale d'écartement et les vitres un matériau élastique en élastomère et qui présente égale- ment la plupart du temps un effet d'isolation phonique; ceci est particulièrement im- R \13000\13008 DOC - 20 juilet 1995 - I/8 portant lorsque l'on utilise des profilés creux métalliques comme cale d'écartement, car ces profilés ne sont pas absorbants sur le plan acoustique. La mauvaise résistance à la lumière et/ou à l'humidité des matériaux utilisés à cet effet, se révèle constituer un inconvénient important des vitrages isolants connus. L'un des buts de l'invention consiste précisément à surmonter ou tout au moins à réduire les inconvénients de l'état de la technique décrits ci-dessus. On a trouvé de façon surprenante que la fonction de la cale d'écartement pou- vait être associée à celle d'un absorbant acoustique. Le vitrage isolant selon l'invention est caractérisé en ce que l'élément absorbant acoustique est réalisé en un matériau mécaniquement rigide et qui sert de corps d'espacement. Pour les vitres, il s'agit en particulier des vitres en verre minéral, mais on peut également utiliser des vitres réalisées partiellement ou totalement en un matériau organique vitreux et transparent, tel que par exemple du polycarbonate, du polyacrylate et similaires. Pour le matériau élastique en élastomère, il s'agit d'élastomère naturel ou syn- thétique présentant la stabilité et la résistance nécessaires. Sous le terme "absorbant acoustique ou phonique", on entend des pièces qui, du fait de leur structure physique ou de leur constitution mécanique, présentent une conductibilité phonique mesurable plus faible que celle du matériau de base pur. Des structures alvéolaires ou d'autres structures poreuses, telles que par exemple de la mousse en matière synthétique, tombent sous cette dénomination. Sous le terme "à cellules ouvertes" ou "spongiforme", on désigne selon l'invention un matériau dont les cellules macroscopiques se trouvent reliées les unes aux autres, au moins pour la plus grande part, de telle façon qu'un fluide puisse traverser le matériau plus rapidement que si la traversée n'était déterminée que par la seule diffusion. Les tailles de cellules typiques sont comprises entre 1 et 1000 micro- mètres. Comme "matériau mécaniquement rigide", on entend ici des matériaux qui, aux températures d'utilisation envisagées, présentent une dureté Brinell qui ne des- cend pas en-dessous de 150 N/mm2. D'une manière générale, un matériau approprié doit présenter une stabilité de forme ou dimensionnelle suffisante, afin de maintenir les vitres dans la position sou- haitée; en outre, il doit absorber aussi bien le bruit aérien que le bruit transmis par des structures, ce qui est réalisé à l'aide d'une structure à cellules ouvertes (spongiforme) selon l'invention. Les matériaux qui permettent ces résultats sont par exemple de l'aluminium fritté ou expansé, du verre expansé à cellules ouvertes, de la matière céramique expansée, de l'aérogel et d'autres matériaux mécaniquement rigides connus de l'homme de l'art et présentant une structure à cellules ouvertes. R \13000\13008 DOC - 20 juillet 1995 - 2IS L'invention offre différents avantages, en particulier une structure considéra- blement simplifiée de la zone de liaison et d'étanchéité pour les vitrages isolants se composant d'au moins deux vitres de fenêtre placées à distance l'une de l'autre, ce qui conduit de son côté à des économies en cours de fabrication. On peut prévoir par exemple des étapes de procédé, telles que le collage des matériaux isolants supplémentaires au-dessus ou sur la cale d'écartement. Du fait que la cale ou le support d'écartement est lui- même isolant acoustique, cette exigence pour le matériau d'étanchéité et/ou de collage peut être supprimée, d'autres matériaux pour l'étanchéité et/ou le collage étant par ailleurs utilisables. Selon encore d'autres modes de réalisation de l'invention, le corps d'espacement est muni du côté de l'espace intérieur d'une couche empêchant la diffusion. La surface du corps d'espacement peut être recouverte du côté de l'espace intérieur d'une couche imperméable aux gaz et et présentant une épaisseur inférieure à 50 micromètres. Selon encore d'autres modes de réalisation de l'invention, le corps d'espacement contient un matériau hygroscopique et les vitres peuvent présenter des comportements vibratoires différents et au moins l'une des vitres peut être en verre de sécurité feuilleté ou stratifié. Selon encore un autre mode de réalisation de l'invention, le corps d'espacement et les vitres sont maintenues dans un matériau antivibratoire (amortissant les vibrations) et entre les vitres individuelles, est encastrée et tendue une feuille ou une vitre poreuse, en particulier microporeuse. L'espace interne entre les vitres peut être soumis à un vide partiel. D'autres buts, caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la des- cription d'un mode de réalisation de l'invention, faite à titre non limitatif et en regard des dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente la structure schématique d'une zone de liaison de deux vitres d'un double vitrage isolant acoustique, selon l'état de la technique; - la figure 2 représente la structure selon l'invention d'une zone de liaison cor- respondant à celle de la figure 1; et - la figure 3 est un diagramme avec des courbes qui indiquent le niveau d'isolation phonique ou acoustique en fonction de la fréquence. La zone de liaison d'un double vitrage isolant acoustique selon l'état de la technique, tel qu'il est représenté schématiquement à la figure 1, se compose d'une vitre extérieure 10 et d'une vitre intérieure 11 avec une cale d'écartement 12 in- terposée entre elles et un entourage périphérique 13. Cet entourage 13 peut être supprimé lorsque les vitres sont reliées à l'aide d'un adhésif à la cale d'écartement 12. Des joints d'étanchéité 14 simples ou multicouche, en matière plastique, en R \13000\13008 DOC - 20 jl let 1995 - 3/S élastomère ou autres, ainsi que des masses adhésives élastiques, interposés entre les éléments précités, assurent l'isolation de l'espace intermédiaire et permettent également des déplacements réciproques, d'origine mécanique et thermique, des vitres 10, 11, de la cale d'écartement 12 et de l'entourage 13. Une vitre ou les deux vitres 10, 11 peuvent être réalisées en verre feuilleté et la cale d'écartement 12 est constituée par un profilé de forme rigide, entourant le cadre de la fenêtre et le plus souvent réalisé en aluminium filé. Pour éviter la condensation de l'humidité de l'air dans l'espace intermédiaire entre les vitres 10, 11, on dispose de façon connue de petites quantités de matières 15 absorbant l'humidité, dans la lame d'air ou bien dans le profilé d'écartement 12, qui présente de façon correspondante des trous de passage d'air. Afin d'améliorer l'absorption acoustique dans l'espace ou la lame d'air 3, un matériau en mousse 16, souple et élastique et absorbant acoustique, est collé sur le profilé d'écartement 12. Comme protection pour les rayons ultra-violets nocifs, ou bien pour des raisons optiques, on peut recouvrir le matériau mousse 16 d'une couche de peinture, de laque ou de feuil transparente au bruit et perméable à l'humidité. Le diagramme de la figure 3 montre l'amortissement phonique du vitrage isolant, mesuré en décibel en ordonnées, en fonction du logarithme à base 10 de la fréquence mesurée en hertz (Hz), en abscisses. La courbe 30 établit l'isolation pour un verre isolant de type connu et présentant la chute caractéristique de l'effet d'isolation par suite de l'effondrement de résonance 32. Les valeurs sont appliquées à des vitrages doubles de grande taille de 1,4 m x 0,9 m pour des véhicules ferroviaires, la vitre intérieure 10 étant constituée d'un verre feuilleté formé à partir de deux vitres en verre minéral de 3 mm d'épaisseur et d'une feuille intercalaire de 0,1 mm d'épaisseur, en matériau polymère organique, et l'autre vitre se composant d'un verre à vitre minéral massif de 8 mm d'épaisseur, placé à une distance d'environ 22 mm de la première vitre. De façon surprenante, afin d'améliorer l'isolation acoustique dans la zone de fréquences de l'effondrement de résonance 30, 32, on peut, selon l'invention, égale- ment intercaler une cale d'espacement mais en utilisant, à la place de la cale d'écartement susceptible de transmettre le bruit et constituée par exemple par un profilé creux en aluminium 12, un corps profilé plein absorbant phonique 28. Le corps d'écartement 28 selon l'invention, tel qu'il est représenté schémati- quement à la figure 2, absorbe et amortit aussi bien le bruit transmis par les structures entre la vitre extérieure et la vitre intérieure, qu'également l'énergie sonore dans l'espace libre 3 entre les vitres (lame d'air) et remplit également et simultanément la fonction du support d'écartement 12. R \13000\13008 DOC - 20 juillet 1995 - 4/8 L'exemple de mode de réalisation représenté à la figure 2, d'un vitrage isolant selon l'invention, comporte deux vitres 20 et 21, dont la vitre extérieure est réalisée avantageusement en verre feuilleté. Il s'avère ainsi essentiel pour l'amélioration de l'effet d'isolation que les comportements vibratoires des vitres diffèrent l'un de l'autre. Ceci peut être obtenu par exemple en utilisant des vitres conçues de façon différente et/ou présentant des densités différentes. Le corps d'écartement 28 absor- bant le bruit se compose d'aluminium fritté poreux de 50 mm de large et maintient les deux vitres à distance l'une de l'autre selon un écartement d'environ 22 mm. Un cadre de serrage 23 en aluminium maintient les vitres 20, 21 et le corps d'écartement 28 absorbant phonique. Une masse d'étanchéité élastique 24 permet aux différents constituants de subir sans dégradation la dilatation thermique. L'exemple de mode de réalisation représenté à la figure 2 comporte entre les deux vitres 20, 21 les plus extérieures par rapport à l'ensemble un feuil microporeux 29. Ce feuil agit de façon analogue au corps d'écartement 28 selon l'invention, en ce sens que ce feuil augmente la résistance à l'écoulement dans l'espace intérieur 3 du vitrage. L'idée principale de la présente invention consiste à augmenter l'effet d'isolation acoustique du vitrage isolant en augmentant la résistance à l'écoulement du gaz oscillant dans l'espace intérieur 3, et simultanément, à simplifier la structure de la totalité du vitrage isolant. On comprend que lorsque l'on utilise d'autres gaz que l'air, ou bien dans le cas des vitrages partiellement mis en dépression, la taille des pores du corps d'espacement 28 ou du feuil intercalaire 29 est choisie de façon ap- propriée. De façon avantageuse, la surface du côté intérieur du corps d'espacement 28 peut également être munie d'une couche imperméable aux gaz ou bien transparente acoustique. La courbe 31 de la figure 3 indique l'isolation phonique d'une fenêtre de véhi- cule ferroviaire construite selon l'invention et qui présente, grâce aux dispositions se- lon l'invention, un facteur de perte d'environ 30% pour l'énergie vibratoire du gaz enfermé dans la lame d'air 3, ce qui conduit à une diminution nette de l'effondrement de résonance 32. Des matériaux caractéristiques pour le corps d'espacement 28 selon l'invention sont constitués par des matériaux à pores ouverts, homogènes ou non, et conservant pratiquement leur rigidité de forme, des matériaux tels que par exemple de l'aluminium fritté ou expansé. Ce matériau préféré atteint, sous la forme d'un profilé plein, également la résistance exigée, qui correspond à celle d'un profilé creux en aluminium, dimensionné de façon correspondante. Dans un mode de réalisation préféré, pour l'utilisation prévue dans les fenêtres de véhicule ferroviaire, le corps d'espacement 28 absorbant acoustique et comportant R \13000\13008 DOC - 20juiet 1995 - 5/8 des pores, est réalisé en aluminium fritté ou expansé et est disposé à la place du pro- filé creux courant en aluminium. Comme ces fenêtres subissent des variations de température allant d'environ -20 C à +50 C, et des oscillations de pression d'air d'environ 50 000 Pa par seconde, on doit permettre un équilibrage de pression entre l'espace intérieur 3 et l'environnement extérieur. La structure à pores ouverts sert ainsi non seulement pour assurer une meilleure absorption acoustique, mais elle permet également cet équilibrage de pression. D'autres développements du corps d'espacement 28 selon l'invention consistent en la combinaison de ces développements avec diverses dispositions supplémentaires connues. On peut par exemple utiliser avec le corps d'espacement selon l'invention des adhésifs élastiques, des joints d'étanchéité, ou des barrières de diffusion en élastomère souple et constituant des amortissseurs de vibrations. L'utilisation d'autres matériaux absorbants acoustiques et présentant une stabilité de forme, tels que par exemple le verre ou la céramique minéral(e) fritté(e) ou expansé(e), les aérogels, les thermodurcissables expansés, tels que l'époxy ou le polyester, ou d'autres matériaux stratifiés poreux, par exemple à base de matériau en fibres renforcées, se trouve dans le domaine de la connaissance et de l'application normales par l'homme de l'art. Dans un mode de réalisation particulier et représenté en partie sur la figure 2, du vitrage isolant selon l'invention, une feuille ou une vitre poreuse, en particulier microporeuse 29 est encastrée et tendue entre les deux vitres les plus extérieures 20, 21, de façon sensiblement parallèle à ces vitres extérieures. La mise en place d'un moyen déshydratant 15 dans une rainure intérieure sépa- rée et prévue à cet effet ou dans les pores du corps d'espacement 28 selon l'invention, se trouve également à la portée de l'homme de l'art, de même que l'agencement géo- métrique, en particulier pour l'intégration de l'entourage 23 dans la totalité du corps d'espacement. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. Ainsi, on doit comprendre que le vitrage isolant selon l'invention n'est pas seulement applicable aux véhicules ferroviaires mais peut être utilisé pour des agencements à haut niveau de protection contre le bruit, en particulier dans le domaine des bâtiments et de la construction immobilière. R\13000\1300S DOC -20 juillet 1995 -6/8 REVENDICATIONS 1.- Vitrage isolant, en particulier pour des fenêtres ou ouvertures de véhi- cules ferroviaires, ce vitrage comprenant au moins deux vitres de fenêtre (20, 21) placées à distance l'une de l'autre et entourant un élément absorbant acoustique en matériau à cellules ouvertes (spongiforme), caractérisé en ce que l'élément absorbant acoustique est réalisé sous la forme d'un corps d'espacement mécaniquement rigide (28). 2.- Vitrage isolant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps d'espacement (28) servant d'élément absorbant acoustique se compose d'aluminium fritté ou expansé, de verre expansé à cellules ouvertes, d'aérogel ou de céramique expansée à cellules ouvertes. 3.- Vitrage isolant selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le corps d'espacement (28) est muni, du côté du cadre, d'une couche (24) empê- chant la diffusion. 4.- Vitrage isolant selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caracté- risé en ce que la surface du corps d'espacement (28) est recouverte, du côté de l'espace intérieur, d'une couche imperméable aux gaz (27), d'épaisseur inférieure à micromètres. 5.- Vitrage isolant selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caracté- risé en ce que le corps d'espacement (28) contient un matériau hygroscopique. 6.- Vitrage isolant selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caracté- risé en ce que les vitres (20, 21) présentent des comportements vibratoires différents. 7.- Vitrage isolant selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caracté- risé en ce qu'au moins l'une des vitres (20, 21) est en verre feuilleté ou stratifié. 8.- Vitrage isolant selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caracté- risé en ce que le corps d'espacement (28) et les vitres (20, 21) sont maintenues dans un matériau amortissant les vibrations (anti-vibratoire). 9.- Vitrage isolant selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caracté- risé en ce que, entre les vitres individuelles (20, 21), est encastrée et tendue une feuille ou une vitre poreuse, en particulier microporeuse (29). 10.- Vitrage isolant selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caracté- risé en ce que l'espace intérieur (3) est soumis à un vide partiel. 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