Brevet FR2869917A1 — publié le 20051111

Matériaux de construction constitué d'une base de béton, de céramique terre cuite ou de bois sur laquelle est juxtaposée une pellicule de métal polie DOMAINE DE L'INVENTION, L'invention consiste en un produit matériau de construction constitué d'une base de béton. de céramique terre cuite ou de bois sur laquelle est juxtaposée une pellicule de métal polie. Son procédé d'obtention consiste à partir d'un matériau de construction neuf ou usagé (cas de la réhabilitation d'immeubles) comme ceux trouvés dans le commerce par exemple. en o petites ou grandes dimensions (béton. céramique terre cuite ou bois) d'une part dans une première étape à appliquer par la méthode de projection thermique (projection à la flamme de poudres ou de fils. projection HVOF de poudres ou de fils. projection plasma de poudres ou de fils ou projection à l'arc fil de fils) un revêtement à base métallique sur la surface du matériau à traiter et d'autre part dans un second temps à le polir pour avoir un effet esthétique plaisant et ainsi un nouveau produit destiné au domaine de la construction des ouvrages de génie civil (panneaux de façades...) et des structures (immeubles et maisons) d'habitation ou alors des mobiliers urbains ou domestiques_ De plus cette pellicule métallique offre en plus de l'esthétique recherchée l'avantage de protéger son substrat support contre divers types d'agressions (pollution. tenue dans le temps.... ETAT DE L'ART Les matériaux utilisés dans les constructions d'ouvrages d'art. de génie civil. d'immeubles ou de maisons publics ou d'habitation peuvent être suivant les cas des éléments à base de bois. de béton ou de produits de terre cuite ou composites. Dans le cas de constructions. d'ouvrages ou d'articles mobiliers à base de bois. en plus de leur vulnérabilité par destruction par le feux. les z micro-organismes et diverses variétés d'insectes (mites) leur caractéristique et aptitude à pourrir à cause de leur absorption de l'humidité durant les saisons de pluies est plus que connue_ Dans le cas d'ouvrages à base d'éléments de béton ou de terres cuites d'autres types de détériorations peuvent intervenir: il s'agit par exemple du phénomène de.c pourriture des bétons. Pour améliorer les tenues de ces matériaux dans le temps des traitements existent De nombreuses peintures ou résines. diverses compositions à base d'adjuvants précisément contrôlés ayant d'excellentes v propriétés mécaniques sont connues et couramment utilisées pour protéger les surfaces de ces matériaux contre les intempéries (LN. érosion du vent. .. ). la pollution (pluies acides) et tout autres types d'agressions comme les attaques organiques (moisissures. micro-organismes. ...Y Ces protections permettent un haut degré de durabilité mais avec le temps elles finissent néanmoins par ternir. se peler et craqueler Parmi les nombreux types de vernis et peintures ou résines disponibles dans le commerce, il faut noter que leur durabilité. aux intempéries par exemple. est plus ou moins élevée suivant les caractéristiques des produits: mais à la longue les phénomènes de pelage de surface finissent toujours par arriver comme par exemple à la suite d'une exposition accentuée aux UV. Dans le cas d'éléments en bois. pour améliorer les propriétés de résistance aux flammes des solutions à base de sulfates (comme les sulfates d'ammonium ou de sodium) ou d'acide borique ont été utilisées en plus des peintures ou vernis. Bien que ces agents aient de très bonnes propriétés d'agent retardateur de flamme. ils causent au bout d'un certains temps relativement faible la chlorose à la surface du bois et ainsi le fragilise et réduisent sa durée de vie. D'autres types de traitement par imprégnation du bois en diverses étapes avec des agents chimiques dans des conditions ?0 pressions/températures précisément contrôlées permettent d'accrotre ses propriétés de tenue dans le temps. Aussi ces traitements en plus d'être 2869917 3 compliqués. se font souvent avec des produits plus ou moins nocifs pour l'environnement et finissent par être interdit par la législation. Le brevet WO 03101911 propose la réalisation d'une couche de résine sur la surface en béton ou mortier à traiter contre la corrosion pour assurer la perméabilité et apporter une décoration_ Pour avoir une bonne pénétration et une bonne adhérence de la résine de traitement il est proposé de remplacer le nettoyage et la préparation de la surface à traiter par sablage. grenaillage ou attaque avec des acides inorganiques par une méthode plus propre et moins contraignante d'un point de vue hygiène et i0 sécurité. basée sur la projection sur la surface à traiter de solutions aqueuses contenant des acides organiques. La résine ne permet pas d'appréhender un aspect métallique. Des produits écologiques sont proposés dans le brevet WO 03080754 où il est décrit une procédure pour réaliser à la surface d'élément en bois. béton ou autre matériaux un revêtement de composition contrôlée à base de résine et de cire ayant de bonnes propriétés d'imperméabilité à l'eau. de retardateur de flamme. de résistance aux attaques organiques et aux mites avec en plus un aspect fini esthétiques par l'incorporation de pigments organique ou non lui même recouvert avec un film de polymère. Les très nombreuses compositions données dans le brevet montrent la complexité des mélanges à mettre en oeuvre. de plus il est clair que l'utilisation de pigments organiques ou non ne permettra pas d'obtenir des effets métalliques_ Le brevet JP 1234376 décrit un revêtement à base de résine avec traitement en autoclave pour obtenir un produit en béton ayant de bonnes propriétés d'imperméabilité_ Même si le traitement est efficace le traitement en autoclave est relativement complexe et onéreux et pas adapté pour un traitement sur site_ Dans le brevet US 4680203 c'est encore un revêtement à base de.o polyuréthane qui est proposé pour protéger des structures à base de béton In comme les ponts d'autoroutes ou d'autres édifices architecturaux qui se dégradent suite au développement de fissures. de fentes ou autres dislocations. En effet cette couche de polyuréthane proposée permet de faire obstacle au passage des divers agents corrosifs dans le béton provoquant ainsi des variations de pression dans le matériau dues à la dilatation du fer rouillé. Le brevet 66765207 décrit le traitement des surfaces de matériaux structuraux de béton. bois ou terre cuite avec une première couche d'adhérence à base de thermoplastique. puis une seconde couche à base de i o résine phénolique et enfin une couche de polyéthylène résistante aux agents chimiques pouvant être chargée de pigments est proposée pour finir de protéger le matériau de base et aussi lui apporter une esthétique. Dans tous les cas ces couches sont déposé soit au pinceau. soit avec une spatule ou une brosse. par vaporisation ou alors par projection flamme dans le cas de polyéthylène_ Le brevet RU 2159221 propose aussi un traitement de protection du béton avec une résine à la résistance chimique accrue. II est proposé de protéger et décorer les surfaces d'immeubles avec des résines à la composition contrôlée offrant en plus d'une bonne imperméabilité une très bonne accroche du revêtement avec une résistance chimique accrue et une bonne résistance à l'usure. Tous ces brevets énoncés même s'ils permettent d'accroître notablement la tenue dans le temps des matériaux qu'ils protègent tout en leur apportant une esthétique certaine. ne permettent pas d'obtenir un aspect de surface similaire à un métal de préférence poli. Dans le cas du brevet JP 200022122 il est proposé de coller des carreaux de zinc sur une structure en béton qui est soumis à la corrosion marine (eau de mer) et de relier les carreaux avec une pâte à base de zinc pour assurer la continuité électrique des carreaux et éviter la corrosion galvanique du béton et donc accroître sa tenue dans le temps_ 2869917 5 Enfin le brevet EP0669299 propose de réaliser par projection thermique un revêtement métallique de titane pour protéger les structures en béton en particulier celles renforcées avec des armatures d'acier et ainsi assurer une protection cathodique_ II est précisé qu'en plus de la protection cathodique le revêtement résultant peut être décoratif puisqu'il donne un fini bleuté : mais en aucun cas il est parlé de polir ce revêtement pour obtenir une esthétique différente. Il est dit que les épaisseurs de métal projetés sont comprises entre 20 microns, une épaisseur moindre conduisant à une non-uniformité du revêtement ce qui conduit à une augmentation de la résistance i o électrique du revêtement ce qui n'est pas favorable pour la protection cathodique. et 200 microns. Aussi le brevet WO03085154 propose de réaliser des revêtements par projection thermique sur du bois pour lui apporter des propriété électriques. en aucun cas il est abordé de réaliser un polissage ou brossage i des revêtements pour apporter au bois une esthétique nouvelle métallique DESCRIPTION DE L'INVENTION Il s'agit de la méthode mise en oeuvre pour la fabrication de matériaux de construction avec une esthétique nouvelle et une durabilité accrue_ Dans un premier temps la surface à traiter est activée mécaniquement avec un sablage, grenaillage ou micro-billage ou alors avec des brosses raides (à fils d'acier par exemple). ou alors chimiquement par attaque acide (puis lavage): ce pré-traitement est destiné d'une part à nettoyer la surface à traiter et d'autre part à accroître sa surface spécifique en y créant des aspérités et rugosités pour favoriser l'accroche du revêtement. Dans un second temps le ou les revêtements métalliques est ou sont réalisés par projection thermique (projection à la flamme de poudres ou de fils. projection HVOF de poudres ou de fils, projection plasma de poudres ou de fils ou projection à l'arc fil de fils)_ Dans un troisième temps l'opération E 2869917 de polissage de la couche métallique déposée est réalisé_ Diverses techniques peuvent être retenues: dans le cas de la recherche de revêtement seulement métallique brillant satiné un brossage avec une brosse à fils d'acier ou des disques ou roues à lamelles abrasives ou encore des disques ou bandes scotch-brite suffit_ Eventuellement un produit de lustrage peut être passé en final pour avoir un très bon fini. Dans le cas où l'on recherche un poli miroir un polissage avec divers papiers abrasifs est nécessaire. La réalisation du polissage des revêtements se fait en phases successives allant de la préparation servant à aplanir et à réduire la surface i o du revêtement aux étapes de préparation plus fines qui finissent par donner une surface brillante et dépourvus de déformation. La première opération. le surfaçage. consiste à écrêter ou aplanir le revêtement qui est rugueux: cette phase est très importante car elle conditionne le résultat final (la rugosité (ou les déformations de surface) doit i; être parfaitement coupée en évitant les arrachements) _ Les paramètres à prendre en compte sont particulièrement les propriétés mécaniques du revêtement et son adhérence qui sont liés à la nature des matériaux. L'abrasif devra être sélectionné en terme de compatibilité. taille des grains d'abrasifs. support et liant_ La seconde opération le pré-polissage consiste en plusieurs étapes séparées utilisant successivement des papiers abrasifs de plus en plus fins et permet d'éliminer les déformations qui restent après le surfaçage sans causer de dommages supplémentaires_ La dernière étape le polissage final se fera avec des pâtes à polir et/ou des produits de lustrage_ Dans le cas de cette opération de polissage où le poli miroir est recherché. il est nécessaire de réaliser un revêtement le plus épais possible dans la plupart des cas avec une épaisseur supérieure à 500 microns. Le revêtement réalisé est multi-fonctionnel à savoir qu'il peut apporter une bonne résistance à l'eau (imperméabilité). au feu (retardateur de propagation de flamme dans le cas du bois). des propriétés d'antimicrobien et antiseptique. une résistance aux moisissures et salissures. 2869917 I Son épaisseur doit être contrôlée précisément pour avoir suffisamment de matière pour pouvoir effectuer un polissage ou un brossage correcte. le procédé est propre d'un point de vue environnement. la nature du métal ou alliage projeté permet l'obtention de nombreuses couleurs métal allant du jaune (laiton) au gris (aluminium. zinc) en passant par l'orange (cuivre). ou d'autres teintes nuancée et plaisantes à la vue. Les caractéristiques et performances des produits fabriqués suivant la méthodologie du présent brevet dépendent de la nature des matériaux de iw départ (les constituants. les dosages et les modes d'élaborations des bétons ou des terres cuites et la nature des bois). des caractéristiques des matériaux projetés. des paramètres de projection et de la préparation des supports substrats traités. A titre d'exemple. en ce qui concerne l'adhérence des revêtements. i des mesures ont montré que l'adhérence de revêtements de 120 pm d'alliage cuivre aluminium sur du béton durci en moule est moindre que celle obtenue dans le cas des même revêtements réalisés sur du béton pressé vibré (64% de la résistance à la traction du béton durci en moule et 92% dans le cas du béton pressé vibré). L'adhérence du revêtement sur son support dépend du mode de préparation du support L'adhérence du revêtement sur son support décroît lorsque son épaisseur augmente. Généralement les métaux dits. mous ou tendres . aluminium. zinc. étain s'accrochent mieux que des métaux à haut point de fusion et dits durs comme les bases nickel. Dans le cas de béton durci en moule la préparation par acidage conduit à une meilleure adhérence. Par exemple dans le cas de revêtements d'alliage de bronze étain Cu-10Sn et bronze alu Cu10AI l'adhérence est 4 fois meilleure dans le cas de la préparation par acidage par rapport à la préparation par sablage. 2869917 S La perméabilité du support traité dépend d'une part de l'épaisseur du revêtement. de la porosité du revêtement (liée aux paramètres de projection et à la nature du métal projeté) : les essais ont montré que dans le cas de revêtements de zinc aluminium (Zn15Al) projeté à l'arc fil sur un béton durci en moule pour des épaisseurs respectives de 100 et 200 purs la perméabilité du béton a respectivement diminué d'un rapport 6 et 10 par rapport au témoin non revêtu. En ce qui concerne la clarté de la teinte des revêtements projetés: cette clarté dépend bien sûr de la nature du métal projeté. et de sa finition i o (brossage ou polissage poli miroir). mais aussi des caractéristiques de surface des bétons (rugosités différentes du béton durci en moule et du béton pressé vibré) et de leur préparation de surface Les revêtements métalliques projetés sur le béton vieillissent bien: leur exposition aux UV et aux pluies acides. même si on peut constater une 1; légère diminution de l'indice de clarté (l'utilisation d'un vernis (du type acrylique par exemple) permet de palier à ce problème tout en permettant aussi une meilleure tenue au gel et à la carbonatation) est très bonne. l'adhérence augmente légèrement avec le temps (phénomène de migration). Ces résultats ont été obtenus aussi bien avec des bétons classiques ?o qu'avec des bétons à hautes performances à base de fines ou renforcés de fibres (BUHP.... ). Dans le cas des bétons comportant des armatures en acier un revêtement métallique peut être une alternative pour diminuer les épaisseurs de béton d'enrobage puisque du fait du revêtement métallique la résistance à la carbonatation des bétons augmente et le risque de corrosion des armatures diminue. Le type de traitement proposé peut être tout aussi bien réalisé sur des matériaux neufs que sur des matériaux usagés de réhabilitation_ ceci dans la mesure où la première étape de préparation de surface est correctement accomplie. Dans le cas de constructions à base de bois (comme le pin Seattle Douglas du Limousin qui est un matériaux facile à travailler et d'un coût réduit mais avec les désavantages de très mal résister au feux. aux craquelures lorsqu'il sèche ou aux attaques d'insectes) dans le sud de la France où l'aspect marron briques doit être respecter dans le cadre des plans d'urbanisme. l'application d'un revêtement métallique à base de cuivre est une bonne alternative pour permettre de construire en bois. De plus il est constaté que le bois revêtu de sa couche métallique se coupe parfaitement bien avec des outils de coupe conventionnel_ i o Préalablement si une application retardateur de flamme plus performant est recherchée dans le cas de portes coupe feux par exemple. un revêtement avec un matériau ayant des propriétés de conductivité thermique faible comme la zircone ou les quasi-cristaux comme AIFeCrCu peut être appliquer comme couche intermédiaire_ 1; Dans le cas de l'application de ce type de revêtement protecteur sur les briques. plaques ou gazettes supports pour cheminées et fours. en particulier lors de l'utilisation d'oxydes (alumine. zircone. mullite. ... ). on obtient aussi la propriété de rendre moins fragile et friables (surtout dans les parties anguleuses) les supports protégées. Le revêtement peut servir à donner à un bois commun un aspect bois précieux si le métal projeté est correctement sélectionné. Un autre exemple d'application est dans le cas des chevrons de faîtage ou de pignon des maisons les charpentiers sont obligés de réaliser une protection avec une feuille de zinc La réalisation en atelier d'un revêtement de zinc directement sur le chevron permet de réduire les coûts et faciliter la pose avec un fini irréprochable. Un revêtement d'environ 400 microns permet de protéger et accroître très largement la durée de vie des poteaux que l'on enfonce dans la terre ou que l'on scelle dans le béton. Enfin nous avons obtenu des effets esthétiques très intéressant en réalisant des motifs avec des pochoirs sur des meubles. Pour ce qui concerne les terres cuites les revêtements à base de laiton projeté par arc électrique ou à la flamme puis polis. réalisés sur des briquettes de parement (pour cheminées par exemple). sont du plus bel effet_ io 1 REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de matériaux de construction constitués d'un matériau de base soit de béton, soit de terre cuite, soit de bois, caractérisé en ce qu'il comprend: - une étape d'activation de la surface de matériau de base à traiter, - une étape de revêtement métallique ou d'alliage par projection thermique et formation d'une couche de matériau métallique ou d'alliage sur la surface des matériaux de base à protéger, une étape de finition par polissage ou brossage. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'activation est obtenue de façon mécanique. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'activation mécanique est soit un sablage, soit un grenaillage, soit un microbillage. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'activation est obtenue de façon chimique. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'activation chimique est obtenue par attaque acide puis lavage. 6. Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de finition par polissage aboutissant à un poli miroir nécessite le dépôt d'un revêtement supérieur à 500 microns. 7. Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend éventuellement une étape d'application d'un retardateur de flamme en couche intermédiaire. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le revêtement retardateur est à base de zircone ou de quasi cristaux. 9. Utilisation du procédé selon une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le matériau de base est au moins un chevron en bois et le revêtement métallique par projection est constitué de zinc pour produire des chevrons de faîtage. 10. Utilisation du procédé selon une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le matériau de base est une plaque de bois et le revêtement métallique par projection est constitué de cuivre et la plaque est ensuite découpée. 11. Utilisation du procédé selon une des revendications 1 à 8, io caractérisée en ce que le matériau de base est constitué de poteaux en bois et qu'un revêtement métallique d'environ 40 microns est réalisé sur au moins la longueur de l'extrémité du poteau destinée à être enfoncée dans la terre ou dans le béton. 12. Utilisation du procédé selon une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le matériau de base est constitué de béton comportant des armatures métalliques, le revêtement métallique réalisé sur le béton permettant de diminuer l'épaisseur d'enrobage du béton nécessaire pour résister à la carbonatation du béton et à la corrosion des armatures. 13. Utilisation du procédé selon une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le matériau de base est constitué de béton durci en moule, le revêtement étant un alliage zinc-aluminium pour diminuer la perméabilité d'un rapport d'environ 5 par 100 m de revêtement métallique.