Brevet FR2857393A1 — publié le 20050114

La présente invention a pour objet un dispositif coupe-feu pour la protection de parois ou de structures. Ce dispositif coupe-feu est particulièrement bien adapté à la protection de cloisons, par exemple de murs de bâtiments nécessitant une protection thermique particulière, ou encore à la protection de la voûte de tunnels routier ou ferroviaire. Ce dispositif peut, également, être utilisé pour la protection de poutrelles métalliques utilisées, notamment, dans le domaine de la construction. Les matériaux utilisés dans le domaine du bâtiment possèdent des propriétés d'isolation thermique différentes, qui sont généralement mesurées à l'aide du coefficient de conductibilité À. C'est ainsi que le béton possède un coefficient À de 1,4 watt.m-'. C-1. Le mortier de ciment possède un coefficient À de 1,2, le plâtre un coefficient À de 0,40 et le bois un coefficient À de 0,35. Le polystyrène possède un coefficient À de 0,05. Toutefois, de même que d'autres isolants traditionnels, le polystyrène n'est pas stable au-delà de 200 C et dégage des vapeurs toxiques lorsqu'il se consume. Le plâtre possède un coefficient d'isolation intéressant. En outre, il possède une mauvaise résistance à l'humidité et lorsqu'il est soumis au feu, il relargue l'eau qu'il contient, ce qui assure un retard au feu par vaporisation. Toutefois, lorsque l'eau s'est évaporée, une cloison réalisée en plâtre ou le revêtement de plâtre d'une cloison ne possède plus de tenue. Il existe, également, des dispositifs coupe-feu comprenant un enduit isolant, recouvrant la structure à protéger, lui-même recouvert par un revêtement de surface formant sous l'action d'une élévation de température, une matière intumescente, améliorant l'isolation thermique. Un tel dispositif coupe-feu limite la conduction de la chaleur entre la face de la structure soumise à une élévation de température, par exemple due par un incendie, et l'autre face de la structure. Toutefois, il ne s'agit, dans un tel cas, que de retarder la transmission de chaleur, cette transmission, quoique limitée par le dispositif coupe-feu étant néanmoins réalisée assez rapidement. Le document FR 2 813 882 concerne un dispositif coupe-feu pour la protection de parois ou de structures comprenant un enduit à base de ciment, de craie, de silice, de matières isolantes creuses et d'au moins un élément améliorant la résistance à l'humidité, et d'autre part un durcisseur de surface constitué par une solution aqueuse transparente de sels minéraux en milieu basique. La protection procurée par ce dispositif n'est efficace que vis-à-vis de la conduction thermique, en retardant l'élévation de la structure qu'il équipe. Toutefois, la température augmente progressivement, ce qui se traduit à terme par une destruction du dispositif de protection, et une absence de protection de la structure. Le problème technique à la base de l'invention est la réalisation d'un dispositif coupe-feu pour la protection de parois et de structures qui, en l'absence d'incendie ou d'élévation de température, résiste à l'humidité et à la corrosion due à divers agents chimiques, qui résiste à une montée rapide en température et qui stabilise la température de surface de la paroi ou structure à protéger, lors d'une élévation de température du côté du dispositif. II faut, par exemple, que le dispositif puisse résister à une montée rapide en température, par exemple à une montée en température comprise entre 1 200 et 1 400 C, en trois minutes, comme cela peut se produire dans le cas d'un feu d'hydrocarbures. A cet effet, le dispositif coupe-feu, qu'elle concerne, comprend un enduit isolant destiné à recouvrir la structure à protéger recouvert par un revêtement de surface comprenant un mélange de silicate de potassium et de fines particules d'aluminium. Lors d'une élévation de température jursqu'à environ 1 000 C, le revêtement de surface ne se transforme pas. Compte tenu des particules d'aluminium qu'il contient, il se comporte comme un miroir et réfléchit environ 50 % de la chaleur reçue par rayonnement. Il doit être noté que dans cette plage de température, le rayonnement est majoritairement dans la plage de l'infra-rouge. Il est ainsi obtenu un amortissement du choc thermique évitant les risques d'éclatement de l'enduit sur lequel est déposé le revêtement de surface. Lorsque la température augmente au-dessus de 1 000 C, il se produit une transformation chimique du revêtement avec formation d'alumine et de silicate d'aluminium, le revêtement possèdent un état de surface assimilable à une vitrification et conservant les propriétés réfléchissantes qu'il avait à l'origine, réfléchissant environ 60% du flux thermique dans une plage de température de 1 200 à 1 300 C, avec un rayonnement qui se rapproche du visible. L'association de l'effet réfléchissant du revêtement de surface, sans destruction de celui-ci lors d'une élévation de température, et d'une couche d'enduit d'épaisseur adaptée permet d'atteindre une température d'équilibre du côté de la structure. La protection de la structure est donc assurée sans limite de durée. L'épaisseur de l'enduit doit donc être réglée en fonction de la température d'équilibre souhaitée, qui varie suivant la nature de la structure: béton, acier... Le dispositif suivant l'invention assure une protection d'une structure vis-à-vis d'une élévation de température en limitant la transmission de chaleur par rayonnement, par convexion et par conduction. Suivant une caractéristique de l'invention, les particules d'aluminium ont la forme de lamelles. Il est avantageux que les particules d'aluminium se présentent sous forme de lamelles, pour assurer une continuité du recouvrement de l'enduit, à la façon d'écailles. Les lamelles d'aluminium ont une épaisseur de l'ordre de 0,2 pm et une dimension moyenne (longueur et largeur) comprise entre 10 et 15 pm, de 15 préférence 13 pm. L'aluminium constitutif des particules est de l'aluminium stabilisé, pour résister aux pH basiques. Avantageusement, le revêtement de surface comprend environ de 15 à 20 % en poids de particules d'aluminium, rapporté au poids de silicate de 20 potassium. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le revêtement de surface comprend un agent de suspension, assurant la stabilité de la solution pendant la projection sur la structure. Cet agent de suspension vise à assurer une stabilité de la solution car, en son absence, il se produirait une décantation rapide des particules d'aluminium. Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'épaisseur de la couche de revêtement est inférieure ou égale à 1 mm. Il doit être noté qu'il n'est pas nécessaire que la couche de revêtement soit épaisse, l'important étant qu'elle adhère parfaitement sur l'enduit isolant, reste stable à des températures élevées comprises entre 1 000 et 1 500 C, et joue un rôle de miroir pour réfléchir une partie importante du flux thermique. Avantageusement, la couche de revêtement est déposée sur un enduit isolant qui comprend les éléments suivants: ciment gris, craie, silice, 35 matières isolantes creuses, et agent améliorant la résistance à l'humidité. Cet enduit contient au moins un élément de rhéologie et d'adhésivité, qui peut être constitué par de l'éther de cellulose. Le ciment gris joue un rôle de liant hydraulique et possède une bonne tenue à l'humidité. La craie constitue un agent de décarboxylation, permettant la formation de CO2 lors d'une élévation de température. La silice assure la dureté de l'enduit ainsi que sa tenue à haute température. Avantageusement, l'enduit contient des matières isolantes creuses constituées par un mélange de micro-sphères de verre (noblite), d'un diamètre de l'ordre de 50 à 60 p, et de sphères de silice cuite expansée (perlite) d'un diamètre de l'ordre de 500 à 600 p. Ces matières isolantes creuses allègent le produit tout en permettant de retenir de l'air. Ces matières permettent de charger le produit sans utiliser de fibres, ce qui favorise les conditions de lissage de l'enduit. Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'enduit contient un élément améliorant sa résistance intrinsèque et sa résistance à l'humidité, constitué par un siliconate fixé sur une charge poreuse, telle que de la silice. Conformément à une forme de réalisation, l'enduit possède pour 988 parties la composition pondérale suivante: L'enduit se présente sous forme d'une poudre possédant une densité apparente de 0,7 kg.l-1. Cette poudre est gâchée avec de l'eau pour obtenir une densité de 1,1 kg.l"'. Le Ph de la pâte est de l'ordre de 13. La résistance intrinsèque à l'arrachement de l'enduit sec est d'environ 5 bars. Après avoir été gâché, l'enduit est appliqué sur le support dont la protection doit être réalisée. Suivant le type de support ou de structure à protéger, l'épaisseur de la couche d'enduit isolant varie et peut être de l'ordre de 1,5 cm pour une structure en acier, et aller jusqu'à 5 cm pour une structure - ciment gris 450 - craie 50 - silice 350 - matières creuses 80 - silice cuite expansée 30 - siliconate 25 - éther de cellulose 3 en béton telle qu'une voûte de tunnel. Après séchage de l'enduit, la couche de revêtement comprenant un mélange de silicate de potassium et de fines particules d'aluminium est projetée sur l'enduit. La figure unique du dessin schématique annexé représente cinq courbes indiquant l'évolution de la température en fonction du temps du côté de la structure à protéger, dans le cas de cinq dispositifs de protection dont les épaisseurs d'enduit varient de 1 à 5 cm, les courbes étant considérées de haut en bas. L'enduit qui a été mis en oeuvre est celui décrit précédemment. La température de chauffe est comprise entre 1 000 et 1 100 C avec une montée conforme à la règle "feu hydrocarbure majorée", sauf dans le cas de la courbe inférieure (en pointillés), pour laquelle la température de chauffe monte jusqu'à 1 380 C. Il est intéressant de noter que dans tous les cas, on obtient une stablisation de la température. La ligne indiquée en traits mixtes à 250 C sur le graphique correspond à la température à ne pas dépasser au niveau d'une structure en béton. II ressort clairement de ces courbes que la température d'équilibre souhaitée peut être réglée en adaptant l'épaisseur de la couche d'enduit. Comme il ressort de ce qui précède, l'invention apporte une grande amélioration à la technique existante, en fournissant un dispositif coupefeu, de structure simple, assurant une protection très efficace de structure, non seulement en limitant la conduction thermique à travers le dispositif, mais encore et surtout en réfléchissant la lumière et la chaleur, cette réflexion pouvant concerner environ 80 % du flux thermique développé par une source de chaleur telle qu'un feu. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule composition du dispositif coupe-feu, décrite ci-dessus à titre d'exemple, elle en embrasse au contraire toutes les variantes. C'est ainsi notamment que le revêtement de surface pourrait être déposé sur un autre enduit isolant, sans que l'on sorte pour autant du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif coupe-feu pour la protection de parois ou de structures, caractérisé en ce qu'il comprend un enduit isolant destiné à recouvrir la structure à protéger, recouvert par un revêtement de surface comprenant un mélange de silicate de potassium et de fines particules d'aluminium. 2. Dispositif coupe-feu selon la revendication 1, caractérisé en ce que les particules d'aluminium ont la forme de lamelles. 3. Dispositif coupe-feu selon la revendication 2, caractérisé en ce que les lamelles d'aluminium ont une épaisseur de l'ordre de 0,2 pm et une dimension moyenne (longueur et largeur) comprise entre 10 et 15 pm, de préférence 13 pm. 4. Dispositif coupe-feu selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le revêtement de surface comprend environ de 15 à 20 % en poids de particules d'aluminium, rapporté au poids de silicate de potassium. 5. Dispositif coupe-feu selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le revêtement de surface comprend un agent de suspension, assurant la stabilité de la solution pendant la projection sur la structure. 6. Dispositif coupe-feu selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche de revêtement est inférieure ou égale à 1 mm. 7. Dispositif coupe-feu selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'enduit isolant comprend les éléments suivants: ciment gris, craie, silice, matières isolantes creuses, et agent améliorant la résistance à l'humidité. 8. Dispositif coupe-feu selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'enduit contient au moins un élément de rhéologie et d'adhésivité. 9. Dispositif coupe-feu selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que l'enduit contient des matières isolantes creuses constituées par un mélange de micro-sphères de verre (noblite) d'un diamètre de l'ordre de 50 à 60 p et de sphères de silice cuite expansée (perlite) d'un diamètre de l'ordre de 500 à 600 p. 10. Dispositif coupe-feu selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que l'enduit contient un élément améliorant sa résistance intrinsèque et sa résistance à l'humidité, constitué par un siliconate fixé sur une charge poreuse. 11. Dispositif coupe-feu selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'élément de rhéologie et d'adhésivité est constitué par de l'éther de cellulose. 12. Dispositif coupe-feu selon l'ensemble des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que l'enduit possède pour 988 parties la composition 10 pondérale suivante: - ciment gris 450 - craie 50 - silice 350 - matières creuses 80 - silice cuite expansée 30 - siliconate 25 - éther de cellulose 3 13. Dispositif coupe-feu selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche d'enduit isolant est comprise entre environ 1,5 cm pour une structure en acier et 5 cm pour une structure en béton.