Brevet FR2906832A1 — publié le 20080411

VITRAGE MULTIPLE A SELECTIVITE AUGMENTEE La présente invention se rapporte à un vitrage multiple comportant au moins une vitre extérieure et une vitre intérieure, les vitres étant séparées par au moins une lame isolante et ladite vitre extérieure présentant une face intérieure en contact avec la lame isolante. La présente invention se rapporte ainsi au domaine des vitrages tels que les vitrages de bâtiments, destinés à fermer une baie et à assurer ainsi une séparation entre un espace extérieur et un espace intérieur, tout en permettant le passage d'au moins une partie de la lumière et en particulier de la lumière solaire. L'expression vitrage multiple au sens de la présente invention, désigne ainsi un vitrage comportant au moins deux vitres, une vitre extérieure et une vitre intérieure, une lame isolante, constituée par exemple d'une lame d'air, d'un espace vide d'air, ou mieux encore d'une lame de gaz inerte, étant disposée entre ces deux vitres, en contact au moins avec la face intérieure de la vitre extérieure. La lame est dite isolante dans la mesure où elle ne peut conduire que très faiblement la chaleur par conduction. Il ne s'agit donc pas d'un matériau solide ou liquide. Si cette lame isolante est également en contact avec la face intérieure de la vitre intérieure, le vitrage multiple constitue ainsi un double vitrage. Toutefois, il est également possible que la lame isolante soit elle-même divisée en deux parties indépendantes par une vitre. Le vitrage est alors un triple vitrage. Les vitres au sens de la présente invention sont en général des vitres monolithiques constituées chacune d'une feuille de matière solide en particulier en verre, voire en matière plastique. Elles peuvent aussi être des vitres composites constitués de plusieurs feuilles de verre Pour la réalisation du vitrage selon l'invention un cadre périphérique est en outre prévu sur le pourtour du vitrage, au moins pour maintenir la lame isolante entre les vitres. Ce cadre peut en outre participer à la rigidité générale du vitrage. Il est connu dans l'art antérieur de réaliser des vitrages multiples sans isolation thermique renforcée. Dans ce cas, la lame isolante a pour effet d'empêcher le transfert énergétique entre les deux vitres extrêmes grâce à sa propriété de conduction thermique extrêmement réduite. En outre, la convection dans cette lame isolante est également extrêmement réduite. 2906832 2 Toutefois, pour réduire la pénétration des radiations thermiques solaires et en particulier le proche infrarouge vers l'intérieur, l'homme du métier sait réaliser des vitrages multiples dits de contrôle solaire dont la vitre extérieure est pourvue sur sa face tournée vers la lame isolante d'un empilement de couches minces qui laisse passer 5 la lumière visible pour l'essentiel et bloque pour partie les infrarouges proche en face 2 du vitrage (la face 1 étant la face de la vitre extérieure en contact avec l'extérieur). L'homme du métier connaît deux types de vitres de contrôle solaire (CS) : les vitres CS par absorption et les vitres CS par réflexion. Un problème majeur posé par les vitres CS par absorption réside dans le fait 10 que la vitre réémet une partie de l'énergie qu'elle absorbe en face 2, vers la lame isolante, d'une manière isotrope, dans l'infrarouge thermique (longueur d'onde de l'ordre de 10 m). Ces vitres ont un facteur de réémission thermique qi plus élevé que les vitres CS par réflexion et de ce fait les vitres CS par absorption présentent en général un 15 facteur solaire plus élevé que les vitres CS par réflexion, même si leur transmission énergétique est aussi bonne que celle de ces dernières. Le but de l'invention est de pallier les inconvénients de l'art antérieur en proposant un vitrage multiple intégrant une vitre extérieure CS par absorption mais présentant un facteur de réémission thermique qi moins élevé, donc un facteur solaire 20 moins élevé et par conséquent une sélectivité plus grande. Un autre but essentiel de l'invention est de parvenir à ce résultat d'une manière simple et peu onéreuse. La présente invention se rapporte ainsi dans son acception la plus large à un vitrage comportant au moins une vitre extérieure et une vitre intérieure, les vitres étant 25 séparées par au moins une lame isolante et ladite vitre extérieure présentant une face intérieure en contact avec la lame isolante, caractérisé en ce que ladite vitre extérieure comporte un substrat de contrôle solaire par absorption, ladite face intérieure de la vitre extérieure en contact avec la lame isolante étant revêtu d'un empilement de couches minces bas-émissif. 30 Ainsi, l'empilement de couches minces bas-émissif situé à la surface de la vitre extérieure en contact avec la lame isolante, dans une position de fait plus à l'intérieur que les moyens absorbants, limite la réémission thermique des moyens absorbants vers la lame isolante et par conséquent vers l'intérieur. 2906832 3 Cette diminution de la réémission provoque une diminution du facteur de réémission thermique qi et ainsi une diminution du facteur de solaire du vitrage et par voie de conséquence une augmentation de la sélectivité du vitrage. La sélectivité obtenue est même meilleure que celle habituellement obtenue 5 par les vitrages CS par réflexion, sans que la transmission lumineuse ne diminue pour autant. Selon l'invention, la vitre extérieure peut présenter plusieurs configurations alternatives ou cumulatives : - Dans une première variante, ladite vitre extérieure est monolithique et ledit 10 substrat de contrôle solaire est un substrat coloré dans la masse ; - Dans une seconde variante, ladite vitre extérieure comporte un revêtement de contrôle solaire absorbant comportant un empilement de couches minces absorbant ; -Dans une troisième variante, ladite vitre extérieure comporte un revêtement 15 absorbant comportant une matrice diélectrique, ladite matrice incorporant des nano-cermets métalliques ou semi-conducteurs ; -Dans une quatrième variante, ladite vitre extérieure est une vitre composite. Dans la seconde variante, ledit empilement de couches minces absorbant comporte, de préférence, au moins une couche fonctionnelle absorbante à base de 20 nitrure métallique tel que le nitrure de niobium. Dans la troisième variante, ladite matrice diélectrique est, de préférence, encadrée par un revêtement sous-jacent à base de matériaux diélectriques et un revêtement sus-jacent à base de matériaux diélectriques. Dans la quatrième variante, la vitre extérieure composite peut comporter un 25 substrat intercalaire coloré dans la masse et/ou être électrochrome. Par ailleurs, l'empilement de couches minces bas-émissif est, de préférence, un empilement comportant au moins une couche fonctionnelle métallique réfléchissante à base d'argent, chaque couche fonctionnelle étant encadrée par un revêtement sous- jacent à base de matériaux diélectriques et un revêtement sus-jacent à base de matériaux 30 diélectriques. Cet empilement peut comporter en particulier deux couches fonctionnelles métalliques réfléchissantes à base d'argent, afin de permettre d'ajuster la réflexion dans des plages de fréquences plus élevées. 2906832 4 En outre, ladite vitre intérieure du vitrage multiple est, de préférence, constituée d'un substrat clair, afin de ne pas pénaliser inutilement la transmission lumineuse du vitrage. 5 La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée ci-après d'exemples de réalisation non limitatifs et des figures ci-jointes : • La figure 1 illustre le spectre solaire en intensité normalisée ; • La figure 2 illustre un exemple de l'absorption d'un substrat CS par absorption ; 10 • La figure 3 illustre un exemple de la réflexion d'un substrat CS par réflexion ; • La figure 4 illustre un exemple de l'absorption d'un substrat CS par absorption coloré dans la masse et de l'absorption d'un substrat clair ; • La figure 5 illustre un exemple de la réflexion d'un substrat bas-émissif par 15 réflexion ; • La figure 6 illustre un exemple de transmission d'un substrat CS par absorption coloré dans la masse revêtu d'un empilement bas-émissif ; • La figure 7 illustre un premier exemple de réalisation de l'invention à substrat CS monolithique coloré revêtu d'un empilement de couches minces bas- 20 émissif ; • La figure 8 illustre un seconde exemple de réalisation de l'invention à substrat CS monolithique coloré revêtu d'un empilement CS par absorption sous l'empilement de couches minces bas-émissif ; • La figure 9 illustre un troisième exemple de réalisation de l'invention à 25 substrat CS monolithique coloré revêtu d'un revêtement absorbant à matrice diélectrique sous l'empilement de couches minces bas-émissif ; et • La figure 10 illustre un troisième exemple de réalisation de l'invention à vitre extérieure multiple intégrant un substrat CS coloré, la face intérieure de la vitre extérieure étant revêtu d'un empilement de couches minces bas-émissif. 30 Il est précisé que les proportions entre les divers éléments représentés ne sont pas respectées et le cadre périphérique du vitrage n'a pas été représenté dans les figures 7 à 10 afin d'en faciliter la lecture. 2906832 5 La figure 1 illustre l'intensité du spectre solaire exprimé en intensité normalisée (I) en fonction de la longueur d'onde (X en nm). La longueur d'onde correspondant au spectre de la lumière visible apparaît sous la ligne des abscisses sous la forme d'un rectangle dont l'intérieur est ondulé. 5 Sur cette figure 1 apparaît aussi sous la forme d'un trait pointillé l'effet procuré par un vitrage de contrôle solaire idéal tel que l'homme du métier pourrait souhaiter avoir. Ce vitrage de contrôle solaire laisse passer toute l'intensité des ondes dans le domaine du visible mais empêche tous les infrarouges, tant proches du visible que lointains, de pénétrer à l'intérieur. 10 Ce trait pointillé illustre ainsi la sélectivité idéale d'un vitrage. Toutefois l'homme du métier sait que pour le moment aucun vitrage de contrôle solaire ne présente cette sélectivité. Il sait que la sélectivité s = TL / FS, avec : - la transmission lumineuse : 15 [S(X) T(X) V(X) â~ - le facteur solaire, FS = TE + qi avec - la transmission énergétique : TE= '' fS(X) - le facteur de réémission thermique qi étant fonction de l'absorption et de l'émissivité - S étant le spectre solaire - T la transmittance du vitrage et - V la sensibilité de l'oeil humain. 20 25 30 TL= : S(X) V(X) [s(x) T(X) 2906832 6 L'homme du métier connaît actuellement deux types de vitres de contrôle solaire (CS) : les vitres CS par absorption et les vitres CS par réflexion. Ces vitres sont en général les vitres extérieures des vitrages de contrôle solaire. 5 La figure 2 illustre un diagramme de mesure du coefficient d'absorption, en % en fonction de la longueur d'onde (X en nm), d'un substrat CS par absorption connu, en l'occurrence celui du substrat commercialisé sous la dénomination Cool Lite ST par la société SAINT-GOBAIN GLASS, d'une épaisseur de 6 mm, monté en double vitrage par association avec une vitre intérieure claire de 6 mm, ces vitres étant séparées par 10 une lame isolante à 90 % d'argon/l0 d'air d'une épaisseur de 15 mm. Ce substrat de la vitre extérieure est revêtu d'un revêtement absorbant comportant un empilement de couches minces absorbant comporte une couche fonctionnelle absorbante à base de nitrure de niobium encadré par des revêtements nitrurés. 15 Le double vitrage présente une TE d'environ 37 %, et une qi d'environ 8,5 % et par conséquent un FS d'environ 45,5 %. L'idéal serait que ce substrat présente l'absorption la plus basse possible dans le domaine de la lumière visible et la plus haute possible dans l'infrarouge, mais ce n'est pas le cas. 20 La figure 3 illustre un diagramme de mesure du coefficient de réflexion, en % en fonction de la longueur d'onde (X en nm), d'un substrat CS par réflexion connu, en l'occurrence celui du substrat commercialisé sous la dénomination SKN 172 par la société SAINT-GOBAIN GLASS, d'une épaisseur de 6 mm, monté en double vitrage 25 par association avec une vitre intérieure claire de 6 mm, ces vitres étant séparées par une lame isolante à 90 % d'argon/l0 d'air d'une épaisseur de 15 mm. Ce substrat de la vitre extérieure est revêtu d'un revêtement réfléchissant comportant un empilement de couches minces réfléchissant comportant deux couches fonctionnelles métalliques réfléchissantes à base d'argent, chaque couche fonctionnelle 30 étant encadrée par un revêtement sous-jacent à base de matériaux diélectriques, en l'occurrence d'oxyde, et un revêtement sus-jacent à base de matériaux diélectriques, en l'occurrence d'oxyde. Le double vitrage présente une TE d'environ 36 %, et une qi d'environ 4,5 % et par conséquent un FS d'environ 40,5 %, finalement meilleur que celui du substrat 35 absorbant ci-dessous, du point de vue de la sélectivité. 2906832 7 L'idéal serait que ce substrat présente la réflexion la plus basse possible dans le domaine de la lumière visible et la plus haute possible dans l'infrarouge, mais ce n'est pas le cas. 5 La figure 4 illustre un diagramme de mesure du coefficient de réflexion, en % en fonction de la longueur d'onde (X en nm), d'une part en trait pointillé d'un substrat CS par absorption connu, en l'occurrence celui du substrat commercialisé sous la dénomination Parsol Green par la société SAINT-GOBAIN GLASS (ci-après PG ) et d'autre part, pour comparaison, en trait plein, d'un substrat clair commercialisé sous la 10 dénomination Planilux par la société SAINT-GOBAIN GLASS (ci-après PLX ). Pour éviter que dans un vitrage une vitre extérieure CS réémette une partie de l'énergie qu'elle absorbe vers la lame isolante, la présente invention propose ainsi que la vitre extérieure de contrôle solaire par absorption soit revêtue, sur sa face en contact 15 avec la lame isolante, d'un empilement de couches minces bas-émissif en contact avec la lame isolante. Ce faisant, la réémission vers la lame isolante est réduite, le facteur de réémission thermique est ainsi réduit et le facteur solaire est alors diminué, ce qui tend à augmenter la sélectivité à transmission lumineuse identique. 20 La figure 5 illustre un diagramme de mesure du coefficient de réflexion, en % en fonction de la longueur d'onde (X en nm), d'un substrat bas-émissif par réflexion connu, en l'occurrence celui du substrat commercialisé sous la dénomination Planitherm Futur Neutre par la société SAINT-GOBAIN GLASS (ci-après PLT ), d'une épaisseur de 6 mm, monté en double vitrage par association avec une vitre intérieure 25 claire de 6 mm, ces vitres étant séparées par une lame isolante à 90 % d'argon/l0 d'air d'une épaisseur de 15 mm.. Le substrat de la vitre extérieure est revêtu d'un revêtement réfléchissant comportant un empilement de couches minces réfléchissant comportant une couche fonctionnelle métallique réfléchissante à base d'argent. Il présente la configuration 30 similaire à celle de l'exemple 4 de la demande de brevet européen EP 718 250, avec en plus un revêtement supérieur de protection mécanique. Le tableau ci-après récapitule les valeurs mesurées pour des doubles vitrages dont la vitre extérieure présente une épaisseur de 6 mm, la vitre intérieure présente une 2906832 8 épaisseur de 6 mm, ces vitres étant séparées par une lame isolante de 15 mm constituée à 90 % d'argon et 10 % d'air. PG / PLX SKN-172/PLX PLT / PLX TL 65, 00% 64, 7 77 63, 4 TE 36, 50% 35, 8 49 31 qi 8 4,8 6,3 5 FS 44,5 40,6 55,4 36 s 1,45 1,6 1,4 1,75 La dernière colonne du tableau ci-dessus correspond à une configuration où la 5 vitre extérieure est constituée d'un substrat PG sur lequel l'empilement bas-émissif PLT a été déposé. La figure 6 illustre un diagramme de mesure du coefficient de transmission, en % en fonction de la longueur d'onde (X en nm), de cette configuration. Cette configuration est, par ailleurs, illustrée en figure 7. 10 Sur cette figure, un vitrage multiple (10) comporte une vitre extérieure (20) et une vitre intérieure (40) séparées par une lame isolante (30). Le rayonnement solaire incident est représenté par la double flèche à gauche du vitrage. Le vitrage présente ainsi quatre faces, numérotées de 1 à 4 en partant de l'extérieur vers l'intérieur et la lame isolante est en contact avec les faces 2 et 3. 15 La vitre extérieure (20) est constituée d'un substrat (22) de contrôle solaire par absorption coloré dans la masse PG, ce substrat étant revêtu sur sa face intérieure 2 d'un empilement de couches minces bas-émissif (29) PLT. La sélectivité de 1,75 obtenue avec cette solution est bien meilleure que celle du double-vitrage à base de PG (2e colonne). 20 L'empilement PLT à une seule couche fonctionnelle à base d'argent permet d'obtenir un caractère bas-émissif suffisant pour diminuer fortement la réémission énergétique du substrat CS par absorption. La transmission lumineuse de la solution de la 4e colonne est élevée et n'est pas très altérée par le dépôt de l'empilement bas-émissif car ce dernier est très neutre 25 dans la partie du spectre visible. La transmission énergétique est principalement limitée par le substrat CS par absorption. Le facteur solaire et la sélectivité sont ainsi aussi 2906832 9 bons, voir même légèrement améliorés, par rapport à ceux d'un vitrage intégrant un empilement CS par réflexion à base de SKN-172 (3e colonne). La solution selon la 5e colonne coûte par ailleurs moins cher à fabriquer que celle selon la 3e colonne. 5 Une autre solution consiste, comme illustré en figure 8, à utiliser un substrat (22) de contrôle solaire revêtu d'un revêtement absorbant comportant un empilement de couches minces absorbant (24), notamment un empilement de couches minces absorbant (24) comportant au moins une couche fonctionnelle absorbante à base 10 de nitrure métallique tel que le nitrure de niobium, comme par exemple un empilement du type Cool Lite ST. Dans la configuration illustrée, l'empilement de couches minces absorbant (24) est déposé sur un substrat coloré du type PG, mais il pourrait tout à fait être déposé sur un substrat clair du type PLX. Une autre solution consiste, comme illustré en figure 9, à utiliser un 15 substrat (22) de contrôle solaire revêtu d'un revêtement absorbant comportant une matrice diélectrique (26), ladite matrice incorporant des nano-cermets métalliques ou semi-conducteurs, afin de permettre de réaliser une absorption très sélective dans le proche-IR par effet de résonance plasmon, avec un pic ajustable en longueur d'onde en fonction du matériau. 20 Il est ainsi possible d'utiliser par exemple des nanocermets d'ITO déposées dans une matrice diélectrique, cette matrice étant par ailleurs, de préférence, encadrée par un revêtement sous-jacent à base de matériaux diélectriques et un revêtement sus-jacent à base de matériaux diélectriques. Dans la configuration illustrée en figure 9, le revêtement absorbant comportant 25 une matrice diélectrique (26) est déposé sur un substrat coloré du type PG, mais il pourrait tout à fait être déposé sur un substrat clair du type PLX. Une autre solution consiste, comme illustré en figure 10, à utiliser une vitre extérieure (20) composite, constituée ici d'une vitre feuilletée comportant deux feuilles 30 de verre séparées par un substrat (28) intercalaire. Ici, le substrat (28) intercalaire est en PVB et est coloré dans la masse. Le vitrage présente ainsi six faces, numérotées de 1 à 6 en partant de l'extérieur vers l'intérieur, le substrat intercalaire (28) coloré dans la masse est en contact avec les faces 2 et 3 et la lame isolante (30) est en contact avec les faces 4 et 5. 35 2906832 10 Une autre solution, non illustrée, consiste à utiliser une vitre extérieure composite électrochrome, constituée d'une vitre feuilletée comportant deux feuilles de verre séparées par un substrat (28) intercalaire, un système électrochrome étant intercalé entre le substrat et la seconde vitre en partant de l'extérieur. 5 Dans ce cas, lorsque le système électrochrome est en mode coloré, il absorbe une partie du rayonnement incident et l'empilement bas-émissif empêche la réémission vers la lame isolante d'une partie de l'énergie absorbée par le revêtement et donc empêche la réémission de cette énergie vers l'intérieur. 10 La présente invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple. Il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de l'invention sans pour autant sortir du cadre du brevet tel que défini par les revendications. REVENDICATIONS 1. Vitrage multiple (10) comportant au moins une vitre extérieure (20) et une vitre intérieure (40), les vitres étant séparées par au moins une lame isolante (30) et ladite vitre extérieure (20) présentant une face intérieure en contact avec la lame isolante (30), caractérisé en ce que ladite vitre extérieure (20) comporte un substrat de contrôle solaire par absorption, ladite face intérieure de la vitre extérieure (20) en contact avec la lame isolante (30) étant revêtu d'un empilement de couches minces bas-émissif (29). 2. Vitrage multiple (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite vitre extérieure (20) est monolithique et ledit substrat de contrôle solaire est un substrat (22) coloré dans la masse. 3. Vitrage multiple (10) selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que ladite vitre extérieure (20) comporte un revêtement de contrôle solaire absorbant comportant un empilement de couches minces absorbant (24). 4. Vitrage multiple (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit empilement de couches minces absorbant (24) comporte au moins une couche fonctionnelle absorbante à base de nitrure métallique tel que le nitrure de niobium. 5. Vitrage multiple (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite vitre extérieure (20) comporte un revêtement absorbant comportant une matrice diélectrique (26), ladite matrice incorporant des nano-cermets métalliques ou semi-conducteurs. 6. Vitrage multiple (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite matrice diélectrique (26) est encadrée par un revêtement sous-jacent à base de matériaux diélectriques et un revêtement sus-jacent à base de matériaux diélectriques. 7. Vitrage multiple (10) selon l'une quelconque des revendications 1, 3 à 6, caractérisé en ce que ladite vitre extérieure (20) est une vitre composite comportant un substrat (28) intercalaire coloré dans la masse. 8. Vitrage multiple (10) selon l'une quelconque des revendications 1, 3 à 7, caractérisé en ce que ladite vitre extérieure (20) est une vitre composite électrochrome. 9. Vitrage multiple (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit empilement de couches minces bas-2906832 12 émissif (29) est un empilement comportant au moins une couche fonctionnelle métallique réfléchissante à base d'argent, chaque couche fonctionnelle étant encadrée par un revêtement sous-jacent à base de matériaux diélectriques et un revêtement sus-jacent à base de matériaux diélectriques. 5 10. Vitrage multiple (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit empilement comporte deux couches fonctionnelles métalliques réfléchissantes à base d'argent. 11. Vitrage multiple (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite vitre intérieure (40) est constituée d'un 10 substrat clair.