Brevet FR2833980A1 — publié le 20030627

La présente invention concerne un matériau isolant capable de réduire les transfert d'énergies qui se font d'un volume à un autre volume au travers d'une paroi ; ces énergies pouvant être de tous types, mais surtout les énergies thermiques. Pour réduire les transferts thermiques d'un volume à un autre, on utilise traditionnellement des matériaux isolants dont l'efficacité est proportionnelle à l'épaisseur, telles que des épaisseurs de fibres en toutes matières : minérales, végétales, animales et autres, naturelles ou synthétiques et autres ; la laine de verre étant le matériau le plus utilisé dans le bâtiment et on utilise également d'autres matières fibreuses pour fabriquer des isolants telles que des fibres de polyester entre autres. On utilise également des mousses de matières naturelles et artificielles et autres, mousses de matières plastiques expansées telles que mousses de polyéthylène, mousses de polystyrène, mousses de polyuréthanne et autres matériaux pouvant être expansés par l'incorporation importante de bulles d'air. Depuis un certain temps, on utilise également des complexes isolants constitués d'une succession de strates chacune composée de deux films réflecteurs séparés par un espaceur constitué de fibres en toutes matières : minérales, végétales, animales et autres, naturelles, synthétiques et autres, de polyester ou tout autre matériau, ou de mousses de matières plastiques expansées naturelles, artificielles et autres. Les utilisateur ont constaté depuis longtemps que les valeurs du pouvoir isolant qui leur est indiqué ne correspondait pas à la réalité du pouvoir isolant des différents matériaux tels qu'elle était constatée lorsque ces matériaux isolants étaient mis en oeuvre. Les Organismes chargés de la normalisation ont établi des méthodes de mesures du pouvoir isolant de ces matériaux en mettant en oeuvre des méthodes de mesures permettant d'obtenir des résultats homogènes dans les mêmes conditions pour tous les matériaux. Ces méthodes ont éliminé toutes les sources de perturbation des résultats et ne mesurent actuellement que la résistance thermique en fonction de l'épaisseur. Pour obtenir des résultats, on a adapté les méthodes de mesures, ce qui élimine un certain nombre de facteurs perturbant les résultats obtenus. Ainsi, aujourd'hui, pour mesurer l'efficacité des matériaux isolants, on commence par déterminer la mesure du coefficient de transmission thermique appelé coefficient lambda puis on multiplie ce coefficient lambda par l'épaisseur pour obtenir le coefficient de résistance thermique R. Or, il s'avère que sur chantiers ce coefficient de résistance thermique R n'est pas significatif des résultats réels obtenus dans les conditions d'utilisations du matériau. Ainsi, tout praticien de l'isolation sait parfaitement qu'une épaisseur de 200 mm de laine de verre d'un coefficient R 5 a un pouvoir isolant notoirement inférieur à celui d'une épaisseur de 200 mm de laine de roche ou de laine d'amiante, un pouvoir isolant notoirement inférieur à celui de 200 mm de polystyrène, lesquels 200 mm de polystyrène ont un pouvoir isolant notoirement inférieur à celui de 200 mm de polyuréthanne. Pour obtenir les résultats souhaités, les normes ont tout simplement éliminé un certain nombre de facteurs qui perturbaient les résultats que l'on souhaitait obtenir. C'est ainsi que les normes ont inventé le mur horizontal, la chaleur à flux descendant (NF X10022) et que par différents artifices plus ou moins contestables, on a supprimé tous les facteurs considérés comme parasitant les résultats que l'on voulait obtenir. Pour obtenir ce résultat homogène en fonction de ce que l'on souhaite, on a décidé de ne mesurer que la conduction du matériau en considérant que les échanges se faisaient exclusivement par conduction comme au travers d'une masse solide et continue. Or, dans un bâtiment, les échanges ne se font pas au travers d'un solide à un autre solide mais se font d'un volume à un autre volume, lequel volume est plongé dans les conditions climatiques et atmosphériques et soumis aux divers éléments, résultats de l'habitation du bâtiment par les utilisateurs. Ainsi, jusqu'à ce jour, il a été oublié ou écarté que les échanges dans un bâtiment se faisaient non pas d'un solide vers un autre solide, mais d'un volume vers un autre volume. S'il est exact que les échanges se font par conduction d'un solide vers un autre solide, on ne peut admettre que les échanges d'un volume vers un autre volume se fassent uniquement par conduction. S'il est non contestable d'utiliser les méthodes de transmission de l'énergie par conduction au travers d'un solide massif, il est pour le moins contestable d'utiliser ces mêmes méthodes pour des matériaux non massifs. En effet, dans un matériau massif, les échanges d'énergies se font par contact direct d'une particule à une autre particule de ce solide. Par contre, dans un matériau fibreux ou dans un matériau léger expansé, les échanges d'énergies se font en partie par un rayonnement d'une paroi à une autre paroi. Ainsi, dans un matériau fibreux telle que la laine de verre, les échanges se font au travers de l'épaisseur de la laine de verre par échange de rayonnement d'une fibre à l'autre fibre. Dans un matériau expansé tel qu'une mousse de matières naturelles ou artificielles et autres, les échanges d'énergies se font également par rayonnement de la paroi d'une cellule vers la paroi opposée de la même cellule. Toute personne disposant de quelques notions de base de physique sait parfaitement que les échanges par rayonnement se font d'une paroi à une autre paroi, même au travers d'un espace de quelques dixièmes de millimètres. Ainsi, dans une laine de verre, les échanges se font au coeur du matériau, principalement par rayonnement d'une paroi d'une fibre vers la paroi opposée de l'autre fibre située parallèlement à la première. Dans une laine de verre, l'espace réel entre les fibres est de l'ordre de quelques dixièmes de millimètres. Il en est de même dans un matelas de ouates de polyester ou d'autres matières plastiques. Il en est de même dans une matière plastique expansée telle qu'une mousse de polystyrène ou une mousse de polyuréthanne dans laquelle les diamètres des bulles sont de l'ordre du millimètre. On a également constaté qu'il suffisait de séparer les épaisseurs de fibres ou des épaisseurs de mousses de matières naturelles, artificielles expansées et autres par des films réflecteurs pour pouvoir diminuer par 5 ou par 10 l'épaisseur totale du matériau capable d'obtenir le même pouvoir isolant d'un volume à un autre volume. Ces observations permettaient de constater qu'il existait un problème technique : a) l'efficacité d'un matériau isolant n'est pas proportionnelle à son épaisseur, b) l'efficacité d'un matelas de fibres en toutes matières : minérales, végétales animales et autres, naturelles ou synthétiques et autres, de même épaisseur varie considérablement, même si les caractéristiques de conduction des différents matériaux minéraux massifs sont les mêmes. De même, le pouvoir isolant de différentes épaisseurs de mousses de matières plastiques utilisées, même si les caractéristiques de conduction thermique des matières plastiques massives sont les mêmes. Le complexe isolant selon l'invention permet de remédier à. ces inconvénients et disparités et de trouver une solution aux différents problèmes techniques et commerciaux présentés par les différences de résultats de pouvoir isolant entre ceux annoncés par les normes et ceux constatés sur le chantier. Le matériau isolant selon l'invention part de l'idée fondamentale que dans un bâtiment, les échanges d'énergies se font principalement par rayonnement d'un volume à un autre volume et que d'un volume à un autre volume, les échanges se font par énergie radiative. Le but d'un matériau isolant est d'arrêter l'énergie transmise d'un volume à un autre volume : a) en renvoyant l'énergie. Dans une habitation, lorsque la chaleur rencontre un obstacle, elle peut être absorbée, transmise ou renvoyée. Ainsi, au travers d'un matelas de laine de verre, la chaleur peut être absorbée par cette laine de verre ; la matière massive du verre est alors réchauffée, la chaleur pourrait être transmise au travers de la laine de verre, le but de la laine de verre étant de réduire la transmission de cette chaleur. L'énergie radiative n'est pas renvoyée par la laine de verre, puisque la laine de verre n'est pas réflecteur. Il en est de même d'une fibre de laine de verre à la fibre suivante. Lorsqu'une première fibre reçoit une chaleur, cette fibre est d'abord réchauffée dans sa masse de verre en fonction de la quantité de matière verre massif. Cette chaleur est alors transmise aux autres fibres par le contact qu'il y a entre ces fibres entre elles, ce contact étant quasiment nul. La chaleur est alors transmise d'une fibre à l'autre fibre par les énergies radiatives, c'est à dire par rayonnement, plus particulièrement au rayonnement infrarouge. Or, il s'avère que le verre est totalement transparent au rayonnement. Ainsi, l'énergie radiative qui arrive sur une face de la laine de verre n'est pas absorbée, mais elle est transmise puisque le verre est transparent au rayonnement. Par contre, il n'en n'est pas de même dans un matelas de fibres de roche ou de fibres d'amiante. En effet, les différentes basaltes sont beaucoup moins transparentes que ne l'est le verre, l'amiante est beaucoup moins transparente que ne l'est le basalte. C'est la raison pour laquelle les anciens avaient choisi l'amiante comme isolant plutôt que le verre. De plus, il s'avère que les fibres de verre sont totalement lisses et parfaitement parallèles les unes aux autres, alors que les fibres d'amiante sont rugueuses, couvertes de micro-aspérités et ne sont jamais parallèles les unes aux autres en raison de leur structure mécaniquement désorganisée. On comprend maintenant que l'amiante, totalement opaque, absorbe beaucoup plus l'énergie radiative que le verre qui est transparent et qu'ainsi, à épaisseur équivalente, l'amiante soit un bien meilleur isolant que le verre. De la même manière, on comprend maintenant qu'à épaisseur équivalente, densité équivalente, la mousse de polyuréthane qui est marron soit plus isolante que la mousse de polyéthylène qui est transparente. La solution technique que revendique la présente invention est donc de rendre opaque la matière servant à fabriquer les fibres ou à fabriquer les mousses. Le matériau isolant revendiqué par la présente invention comporte au moins un composant totalement opaque et donc absorbant totalement les énergies transmises par rayonnement. Ainsi, il suffira de colorer en noir les silicates vitreux servant à fabriquer la laine de verre ou la laine de roche pour que chaque fibre de verre soit opaque et absorbe l'énergie qui lui sera transmise par rayonnement pour pouvoir ainsi la freiner et ne pas la laisser passer comme le faisait préalablement le verre transparent. L'ingénieur technicien connaît parfaitement les charges que l'on peut incorporer dans la laine de verre et qui rendront le verre opaque aux fréquences et longueurs d'ondes caractérisant l'énergie dont on veut réduire les transferts. Il est très facile d'ajouter dans les matières plastiques destinées à fabriquer des fibres ou de la mousse un noir de carbone ou tout autre matériau opaque et s'opposant à la transmission des énergies radiatives selon les fréquences et les longueurs d'ondes de cette énergie. Pour la réduction des transferts d'énergies phoniques, le technicien sait parfaitement ajouter de la poudre de plomb ou d'autres matériaux denses ; il suffira que les particules des matériaux opaques ajoutées puissent difficilement être agitées par les longueurs d'ondes et fréquences de l'énergie que l'on veut arrêter ; il suffit également que l'hétérogénéité des particules ajoutées dans le matériau fasse que ces particules se frottent les unes contre les autres de manière désordonnée pour ne pas transmettre l'énergie directe par conduction, comme c'est le cas dans un matériau massif bon conducteur tel que l'or, le cuivre ou l'argent. Pour réaliser un matériau isolant selon la présente invention, matériau capable de réduire les transferts thermiques d'un volume à un autre volume, (que ce volume soit constitué par une pièce d'habitation vers l'atmosphère extérieur ou que ce volume soit constitué par une fibre de laine de verre ou par une portion de mousse de matières plastiques), le mode de réalisation est simple : rendre opaque aux rayonnements la matière et incorporer dans la matière des particules hétérogènes qui perturberont, au coeur de la matière, la transmission des ondes, des rayonnements et des énergies radiatives transmettant les différences de potentiel énergétique, thermique, d'un volume à l'autre. Le matériau isolant selon l'invention permet donc de réduire les transmissions de potentiel énergétique d'un volume à un autre volume, non pas au travers d'un solide massif, mais au travers d'une succession de microvolumes opaques (fibres ou particules de mousse) entre lesquels cette transmission de potentiel énergétique se fait par rayonnement. La réduction des transferts par rayonnement étant obtenue en rendant les matériaux opaques aux longueurs d'ondes et fréquences que l'on veut arrêter. Dans une réalisation particulière, on peut ajouter des films réflecteurs qui viendront en plus compléter la réduction des transferts par rayonnement. Dans une autre réalisation particulière, il paraît intéressant d'ajouter un séparateur transparent au rayonnement entre le matériau noir et le matériau réflecteur de façon à supprimer le contact entre le matériau noir et le réflecteur et surtout à obliger l'énergie à se transmettre par rayonnement entre le matériau noir et le matériau réflecteur. Ainsi, devant chaque strate de matériau opaque, on ajoutera un séparateur transparent qui obligera l'énergie absorbée ou émise par le corps opaque noir à se transmettre par rayonnement, ce qui renforcera l'efficacité du réflecteur. Dans une autre réalisation intéressante, la présente invention revendique l'idée d'augmenter encore la perturbation de la transmission radiative en utilisant des strates hétérogènes de façon à ce qu'il n'y ait aucune résonance radiative entre les différents matériaux mis entre les différentes strates ; Les composants opaques étant donc ainsi différents d'une strate à l'autre et même différents à l'intérieur de la strate elle-même. On aura ainsi des mélanges de fibres opaques de matériaux différents en densité, en diamètre, en matières et autres caractéristiques. Selon un mode particulier de réalisation intéressant, le matériau isolant comportera au moins une strate de matières plastiques expansées, souples et non glissantes à cellules ouvertes, telle que la mousse de polyuréthane. En effet, pour des raisons non encore parfaitement expliquées, on constate que l'introduction d'une épaisseur de mousse de matières naturelles ou artificielles et autres, élastiques non glissantes comme l'est la mousse de polyuréthane souple apporte une amélioration importante des caractéristiques de l'ensemble du matériau. Pour réaliser l'isolant thermique selon la présente invention, on fabrique comme précédemment des épaisseurs de laines minérales de matériaux opaques tel que du verre rendu opaque ou des épaisseurs de mousses de matières naturelles ou artificielles et autres, rendues opaques. On réalise également des complexes de matériaux isolants constitués de deux films réflecteurs séparés par un matériau opaque ; ces différentes strates étant fixées entre elles par tout moyen telles que soudure, couture, fixation mécanique. Selon un mode de réalisation particulier, les différentes strates sont attachées entre elles, non par des points de couture traditionnels, comme précédemment sur des machines dites pik-pik, mais au contraire par des points de chaînette non tendus. Ainsi, les différents composants ne sont pas écrasés comme c'est le cas actuellement lorsqu'ils sont fabriqués sur des machines à ouatiner genre machines pik-pik, mais au contraire les matériaux sont maintenus bien séparés les uns des autres, ce qui réduit les transferts par conduction en imposant les transferts par rayonne ment. Pour cela, la présente invention revendique également l'idée d'utiliser un fil texturé non lisse, de sorte que ce fil ne puisse pas glisser parce que retenu par la mousse de matière naturelle ou artificielle et autre, élastique expansée souple et non glissante, alors que dans toute les réalisations similaires faites jusqu'à ce jour, on utilisait un fil normal, lequel fil avait tendance à se découdre, puisqu'il n'était pas retenu ni par les ouates de polyester ou d'autres matériaux textiles, ni par les mousses de polystyrène ou autres matériaux glissants utilisés jusqu'alors. Le matériau isolant selon la présente invention présente d'innombrables possibilités d'applications industrielles en raison de ses avantages. En effet, avec moins d'épaisseurs, donc de volume habitable perdu, avec moins de matières, donc avec moins de prix de revient en achat de produits et en coût de transformation de la matière, en coût de transport, on obtient un matériau isolant capable de réduire les transferts de chaleur d'un volume à un autre volume, aussi bien dans l'habitation que dans les bâtiments industriels, que dans les réalisations scientifiques et techniques, partout où l'on souhaite réduire les transferts de potentiel énergétique d'un volume à un autre volume. Ce matériau selon la présente invention pouvant être fabriqué soit en rouleaux, soit en plaques, soit sous toute autre forme adaptée spécifiquement à l'application industrielle souhaitée. REVENDICATIONS 1/Matériau isolant réduisant les transferts d'énergies particulièrement thermiques caractérisé en ce qu'il comporte au moins un composant opaque aux fréquences et aux longueur d'ondes caractérisant l'énergie dont on veut réduire les transferts. Ainsi la présence d'un matériau noir opaque impose à chaque élément, à chaque fibre, à chaque paroi d'alvéole l'obligation de retransmettre par rayonnements l'énergie reçue, avec, à chaque fibre, à chaque paroi changements hétérogènes de modes de transmissions. 2/Matériau réduisant les transferts d'énergies particulièrement thermiques selon la revendication 1/caractérisé en ce qu'il est constitué de fibres minérales, ou autres, opaques naturellement ou artificiellement aux longueurs d'ondes et/ou aux fréquences caractérisant l'énergie que l'on veut arrêter. 3/Matériau réduisant les transferts d'énergies particulièrement thermiques selon la revendication 1/caractérisé en ce qu'il est constitué de matières cellulaires, expansées telles que des mousses, ou autres, rendues opaques aux longueurs d'ondes et/ou aux fréquences caractérisant l'énergie que l'on veut arrêter par l'incorporation de corps noirs. 4/Matériau réduisant les transferts d'énergies particulièrement thermiques selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte une succession de strates constituées de matières fibreuses, cellulaires, expansées telles que des mousses, ou autres, opaques ou rendues opaques par l'incorporation de corps noirs aux longueurs d'ondes et/ou aux fréquences caractérisant l'énergie que l'on veut arrêter, ces strates étant séparées les unes des autres, commencées et suivies par des surfaces réflecteur. 5/Matériau réduisant les transferts d'énergies particulièrement thermiques selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte derrière et devant chaque strate opaque un séparateur transparent obligeant l'énergie absorbée ou émise par ce corps opaque noir à se transmettre par rayonnement de façon à renforcer l'efficacité du réflecteur. 6/Matériau réduisant les transferts d'énergies particulièrement thermiques selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les composants opaques sont différents d'une strate à l'autre. 7/Matériau réduisant les transferts d'énergies particulièrement thermiques selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte au moins une strate en matière élastique expansée souple et non glissante à cellules ouvertes telle que la mousse de polyuréthane. 8/Matériau réduisant les transferts d'énergies particulièrement thermiques selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les composants sont fixés entre eux par couture grâce à du fil texturé non lisse, fil qui ne puisse pas glisser parce que retenu par la mousse élastique expansée souple et non glissante.