Brevet FR2914682A1 — publié le 20081010

Elément vitré isolantt L'invention concerne un élément vitré isolant, utilisé dans le domaine des portes ou fenêtres pour la construction de bâtiments. Dans la construction de bâtiments, privés ou industriels, les problèmes d'isolation, tant thermique que phonique, se posent de plus en plus. D'autre part la pénétration d'un maximum de lumière naturelle dans les bâtiments est également fortement souhaitée. Il en résulte un besoin croissant d'éléments vitrés possédant de bonnes propriétés d'isolation, durables et bon marché. A cette fin, il est fait appel depuis longtemps à la technique du double vitrage, dans laquelle une couche d'air isolante est emprisonnée entre deux couches de verre. On utilise même parfois des triples vitrages dans lesquels les épaisseurs des différentes vitres sont calculées pour réduire au maximum la transmission du son au travers de l'élément vitré. Les différentes couches de verre sont rendues solidaires les unes des autres par collage via des intercalaires d'espacement et l'ensemble est en général assemblé au bâtiment par un cadre, appelé communément châssis. Le châssis est parfois fixe mais souvent il permet une ouverture de l'élément vitré. Il en est ainsi en particulier des portes vitrées et des fenêtres. Dans ce cas, une partie mobile appelée ouvrant , à laquelle le vitrage est fixé, est associée à une partie immobile fixée au bâtiment et appelée dormant . Ces parties de châssis, tant ouvrant que dormant sont d'habitude réalisées en bois, en métal (aluminium, acier) ou matière plastique, principalement du PVC. Le PVC s'est fortement développé ces dernières années, grâce à ses facilités d'entretien associées à un coût très compétitif. Les châssis en PVC ont toutefois une rigidité insuffisante, qui oblige soit à les sur- dimensionner, au détriment de la surface vitrée, ce qui réduit la luminosité de l'ensemble, soit à y incorporer des renforts métalliques, ce qui réduit l'isolation thermique, car les renforts métalliques constituent des ponts thermiques. Ce problème est particulièrement sensible pour les ouvrants, qui nécessitent une rigidité plus importante. Il est connu de résoudre ce problème en collant le vitrage au châssis, de manière à ce que la vitre participe à la rigidité de l'ensemble. Cette solution n'a toutefois jusqu'à présent pas pu être mise en oeuvre de manière satisfaisante. -2- Dans FR 2793515, les vitres sont collées au châssis au moyen d'une colle rigide. On a observé que cette solution ne permet pas au châssis de résister à des modifications de température importantes. D' autre part, dans FR 2847297, l'utilisation de colles souples, permettant de résister à de tels écarts de température, réduit significativement l'apport de rigidité du vitrage à l'ensemble. En particulier dans le cas d'ouvrants en matière plastique de grandes dimensions, l'utilisation de renforts métalliques s'avère toujours nécessaire. L'invention vise à fournir des éléments vitrés comportant un cadre en matière plastique, qui présentent une rigidité importante et une résistance mécanique suffisante lors de grandes variations de température. En conséquence, l'invention concerne un élément vitré isolant comprenant un cadre en matière plastique et au moins deux vitres parallèles séparées par une couche d'air isolante, la périphérie d'au moins une des vitres étant collée au cadre au moyen d'une couche de colle rigide, et au moins une autre vitre étant rendue solidaire de l'élément vitré isolant par collage au moyen d'une couche de colle souple sur un intercalaire autonome ou intégré au cadre, la colle rigide possédant un module sécant hybride valant au moins deux fois celui de la colle souple. Les inventeurs ont observé que, de manière surprenante, l'utilisation au sein d'un même élément vitré de colles de natures et rigidités différentes pour différentes vitres qu'il comprend ne provoque pas de tensions et déformations dommageables de l'élément, même sous des charges mécaniques et thermiques importantes. Bien au contraire, la résistance de l'élément à de telles charges est meilleure que si les colles utilisées pour le collage des différentes vitres étaient identiques. Par définition, la colle rigide possède un module hybride sécant supérieur à celui de la colle souple. On entend par module hybride sécant la grandeur obtenue en divisant la résistance à la rupture en cisaillement, mesurée selon la norme ISO 4587, par l'allongement à la rupture en traction, mesuré selon la norme ISO 527. On recommande que le module hybride sécant de la colle rigide vaille au moins 2 fois, avantageusement 3 fois, de préférence 4 fois, encore plus préférentiellement 5 fois celui de la colle souple. Dans un premier mode de réalisation préféré de l'invention, la colle rigide possède une résistance à la rupture en cisaillement, mesurée selon la norme ISO 4587, supérieure à 5, 5 MPa, de préférence 6,5 MPa, plus préférentiellement 7,5 MPa. -3 Dans un second mode de réalisation préféré, la colle souple possède une résistance à la rupture en cisaillement inférieure à 4,5 MPa, de préférence inférieure à 3,5 MPa, plus préférentiellement inférieure à 2,5 MPa. D'autre part, on recommande que la colle souple possède un allongement à la rupture , mesuré selon la norme ISO 527, valant au moins 150 %, avantageusement 200 %, de préférence 250 %, plus préférentiellement 300 %, de manière particulièrement préférée 350 %. On recommande également que l'allongement à la rupture de la colle rigide, mesuré toujours selon la norme ISO 527 vaille au moins 50 %, avantageusement 75 %, de préférence 100 %, de manière particulièrement préférée 125 %. Il est toutefois souhaitable que l'allongement à la rupture de la colle rigide ne dépasse pas 150 %. Toutes les mesures mécaniques sont effectuées à 23 C et 50 % d'humidité relative. On a observé que les colles souples et rigides sont avantageusement mises en oeuvre de manière à obtenir des couches d'épaisseurs différentes. Plus précisément, il est avantageux que les couches de colles rigides soient plus minces que les couches de colle souple. Cela permet d'améliorer encore les performances thermomécaniques de l'élément vitré. En particulier, on recommande que la colle rigide soit mise en oeuvre sous une épaisseur inférieure à 3 mm, avantageusement inférieure à 2 mm, de préférence inférieure à 1 mm. On recommande également que la colle souple soit mise en oeuvre sous une épaisseur supérieure à 3 mm, avantageusement supérieure à 4 mm, de préférence supérieure à 5 mm. L'élément vitré isolant selon l'invention comprend au moins deux vitres parallèles séparées par une couche d'air isolante. Dans ce mémoire, les mots élément vitré, vitrage, vitre auront les significations suivantes : une vitre est une couche monolithique mince de verre ; un vitrage est un assemblage de vitres parallèles; un élément vitré est un ensemble de vitres et/ou vitrages comprenant en outre, à sa périphérie, un cadre. Par cadre on entend une structure rectangulaire rigide, communément appelée châssis , solidaire de l'ensemble de vitres et/ou vitrages et muni de moyens permettant sa fixation à un bâtiment. Le cadre peut être fixé directement au bâtiment, comme dans le cas de murs rideaux ou de châssis fixes. En général -4- toutefois et en particulier lorsqu'il est ouvrant, le cadre est fixé à une seconde structure, appelée dormant , qui elle est fixée au bâtiment. Dans une première variante d' exécution de l'élément vitré isolant selon l'invention, l'intercalaire est autonome et les vitres parallèles constituent un vitrage multiple indépendant. On entend par vitrage multiple indépendant un vitrage multiple usuel (tel que du double, triple vitrage) qui ne nécessite pas de cadre pour que les vitres qui le constituent soient fixées entre elles. De tels vitrages sont en effet constitués de différentes vitres parallèles collées entre elles à leur périphérie au moyen de colles souples via un intercalaire, en général métallique, qui maintient les vitres espacées pour ménager entre elles la couche d'air isolante. L'intercalaire est autonome en ce sens qu'il fait partie du double vitrage et ne fait pas partie du cadre. Le vitrage multiple indépendant est alors collé tel quel au cadre par une colle rigide. Dans cette variante, seule une vitre est donc collée directement au cadre. Dans une seconde variante d'exécution de l'élément vitré isolant selon l'invention, qui est préférée, l'intercalaire est intégré au cadre et est constitué par un prolongement intérieur du cadre destiné à maintenir séparées au moins deux vitres parallèles et sur lequel ces vitres sont directement collées, au moins une des vitres étant collée au prolongement au moyen d'une couche de colle souple et au moins une autre des vitres étant collée au prolongement au moyen d'une couche de colle rigide. Dans cette variante au moins deux vitres sont collées directement au cadre. Le vitrage multiple est donc alors intégré au cadre. Cette variante ne nécessite pas d'intercalaire métallique autonome et ne requiert pas de fabrication préalable et séparée du vitrage multiple. Dans l'élément vitré isolant selon l'invention, le cadre est en matière plastique, de préférence en matière thermoplastique. Il est en général réalisé par assemblage de profilés en matière plastique extrudés. L'utilisation conjointe de colles souples et rigides, permet une bonne rigidification et donc l'utilisation pour le cadre de matières plastiques communes sans requérir l'utilisation de renforts métalliques. On recommande toutefois que la matière plastique possède un module de rigidité supérieur à 1000 MPa, de préférence supérieur à 2000 MPa. De nombreuses matières plastiques communes telles que des polyamides, des polyoléfines (polyéthylène, polypropylène), le polychlorure de vinyle (PVC), l'ABS, etc... possèdent une rigidité suffisante. Il est cependant souvent avantageux d'utiliser une matière plastique composite, c'est-à-dire une matière plastique chargée de particules qui ne sont pas en matière plastique. Les -5 particules ont alors de préférence une forme de fibres. Les particules peuvent être en métal, en bois, en verre, voire en toute autre matière. Les matières plastiques composites possèdent des propriétés améliorées, telles qu'une rigidité supérieure et une dilatation thermique inférieure. Lorsque l'élément vitré selon l'invention est soumis à des changements importants de température, de telles propriétés constituent un avantage appréciable. Dans un mode d'exécution préféré de l'invention, la matière plastique est un composite ayant un coefficient de dilatation thermique inférieur à 50 m/m K. Le coefficient de dilatation est mesuré selon les normes ISO 11359-2, ASTM E 2113 et ASTM E 1383. Dans une variante spécialement avantageuse de l'invention, la matière plastique est du polychlorure de vinyle chargé de fibres de bois. On préfère qu'elle comprenne au moins 20 %, avantageusement 30 %, de préférence 40 % de fibres de bois. Il est toutefois préférable qu'elle n'en comprenne pas plus de 60 %. Dans cette variante, il est souvent recommandé que le cadre soit recouvert sur au moins une partie de sa surface, de préférence sa surface extérieure, d'une couche de polychlorure de vinyle dénué de fibres. En effet, d'une part, l'état de surface du polychlorure de vinyle chargé de fibres de bois est parfois jugé inesthétique. Un recouvrement par une couche de polychlorure de vinyle dénué de fibres permet d'obtenir un état de surface parfait. La couche peut être appliquée par exemple par application d'un film, projection ou coextrusion. Lorsque le cadre est réalisé par assemblage de profilés, on recommande d'utiliser la coextrusion. Il est en effet alors possible d'extruder les profilés directement couverts de la couche dénuée de fibres, en une seule étape. D'autre part, le polychlorure de vinyle chargé de fibres de bois peut avoir une imperméabilité à la vapeur d'eau insuffisante, par exemple pour des taux de charge importants. Cette situation est surtout problématique dans la variante d'exécution de l'invention dans laquelle le cadre possède un prolongement intérieur destiné à maintenir séparées au moins deux vitres parallèles et sur lequel ces vitres sont directement collées. En effet, pour éviter la condensation de vapeur d'eau entre les différentes vitres du vitrage, il est impérieux d'obtenir une excellente imperméabilité à la vapeur d'eau du cadre, pour éviter que de la vapeur d'eau ne pénètre entre les vitres. Un recouvrement d'au moins une partie de la surface du cadre par une couche de matière plastique dénuée de fibres permet également d'améliorer ce problème. De plus, lorsque la matière plastique est chargée de fibres constituées d'un matériau hygroscopique, le recouvrement -6- par une couche de matière plastique dénuée de fibres permet de retarder voire supprimer la reprise en eau des fibres. Dans la variante d'exécution qui vient d'être rappelée, dans laquelle le cadre possède un prolongement intérieur, il est également avantageux que le prolongement intérieur soit recouvert d'un film pare vapeur sur au moins une partie de sa surface située entre les vitres. On entend par film pare vapeur un film dont la perméabilité à la vapeur d'eau est inférieure à celle de la matière plastique utilisée pour réaliser le cadre. On préfère que la perméabilité à la vapeur d'eau du pare vapeur soit inférieure à 750g. mIm2.jour, en particulier inférieure à 250g. mIm2.jour (valeurs mesurées à 38 C et 90 % HR). Des valeurs inférieures à 100g. m/m2.jour, voire même à 50g. m/m2.jour sont particulièrement préférées. Toujours dans la variante d'exécution dans laquelle le cadre possède un prolongement intérieur et afin de diminuer les risques de condensation de vapeur d'eau entre les vitres du vitrage, on recommande aussi que le prolongement intérieur possède un logement contenant une matière hygroscopique. Le gel de silice ou silicagel est particulièrement efficace. Comme exposé ci-dessus, l'élément vitré selon l'invention est spécialement utile dans le domaine du bâtiment. Il peut être utilisé tel quel, c'est- à-dire directement fixé au bâtiment. Grâce à sa rigidité excellente, il est toutefois particulièrement adapté à la réalisation d'ouvrants. En effet, les ouvrants, n'étant fixés au bâtiment que sur un des côtés de leur périmètre (le côté muni de moyens d'ouverture tels que des charnières), doivent avoir une haute rigidité, difficile à obtenir lorsque leur cadre est en matière plastique. En conséquence, l'invention concerne aussi un ouvrant comprenant un élément vitré selon l'invention. L'élément vitré selon l'invention possède également une résistance exceptionnelle aux charges thermomécaniques. Il est donc très bien adapté aux utilisations extérieures, soumises au rayonnement solaire et aux grandes variations de température. Dans ce cas il est souhaitable que la vitre destinée à se situer à l'intérieur soit collée au moyen d'une colle rigide et la vitre destinée à se situer à l'extérieur soit rendue solidaire de l'élément vitré au moyen d'une colle souple. L'invention concerne donc enfin l'utilisation d'un élément vitré ou d'un ouvrant conformes à l'invention en façade extérieure d'un bâtiment, selon laquelle la vitre destinée à se situer à l'intérieur est collée au moyen d'une colle -7- rigide et la vitre destinée à se situer à l'extérieur est rendue solidaire de l'élément vitré au moyen d'une colle souple. Des particularités et détails de l'invention vont ressortir de la description suivante des figures annexées. Dans les figures, des éléments semblables possèdent une même numérotation. La figure 1 représente une section d'un élément vitré selon une première variante d'exécution de l'invention. L'élément vitré comprend un cadre 3 réalisé en mélange 50/50 en poids de PVC et de fibres de bois dans lequel un évidement 10 a été ménagé. Le cadre 3 est recouvert d'une couche 3a de PVC dénué de fibres. Le cadre possède un prolongement intérieur 13 muni de nervures 12, destiné à maintenir séparées deux vitres 1 et la. Ces vitres sont collées de part et d'autre du prolongement intérieur via une couche 5 de colle souple et une couche 5a de colle rigide. Deux joints d'étanchéité en butyle 4 et 4a ont été placés au dessus des épaisseurs de colle. On a aussi prévu des joints en néoprène 7 et 7a. Ces joints améliorent le placement des vitres pendant le durcissement des colles. Des cales de maintien et de centrage 8 et 8a facilitent également l'assemblage. Un logement 6 a été ménagé dans le prolongement 13, afin de contenir du gel de silice. La paroi intérieure de ce logement est couverte d'un film pare vapeur en PVDF. Le film est prolongé jusqu' aux joints d'étanchéité 4 et 4a. Le logement est surmonté d'un opercule 9 muni d'un orifice permettant la circulation des gaz contenus entre les deux vitres et permettant donc l'action du gel de silice. L'élément vitré est enfin muni d'un système 8 d'évacuation des eaux d'infiltration éventuelles. La figure 2 représente une section d'un élément vitré selon une seconde variante d'exécution de l'invention. Un double vitrage 1, comprenant deux vitres parallèles rendues solidaires par collage au moyen de deux couches de colle souple 5 sur l'intercalaire autonome 13, maintenu par une cale de maintien 8. Il est directement collé au cadre au moyen d'une couche de colle rigide 5a. La nervure 12 est formée sur le cadre 3. Les autres éléments sont analogues à ceux de la figure 1. L'exemple suivant sert à illustrer l'invention. On a réalisé un élément vitré analogue à celui représenté à la figure, de dimensions 1,5m X lm. Le cadre a été réalisé au départ de PVC possédant une valeur K de 58, comprenant 50 % en poids de fibres de bois. Deux vitres d'épaisseur 4 mm ont été collées de part et d'autre du prolongement intérieur de manière à les maintenir espacées de 20 mm. On a utilisé comme colle souple de -8 la colle Sikaflex 552, et comme colle rigide, de la colle Sikafast 5211, toutes deux fabriquées par la société Sika. On a soumis l'élément vitré au rayonnement de 120 lampes de 250w réparties sur une surface plane disposée parallèlement à l'élément vitré et à une distance d'environ 2 mètres de celui-ci, pendant de 6 heures environ. A la fin de l'essai, la température du verre et du cadre en PVC atteignait 100 C environ, tandis que la température de l'air valait 37 C. A l'issue de cet essai aucune déformation de l'élément vitré ni aucune rupture des colles n'a pu être observée. REVENDICATIONS 1. Elément vitré isolant comprenant un cadre (3) en matière plastique et au moins deux vitres parallèles séparées par une couche d'air isolante, la périphérie d'au moins une des vitres étant collée au cadre au moyen d'une couche de colle rigide (5a), et au moins une autre vitre étant rendue solidaire de l'élément vitré isolant par collage au moyen d'une couche de colle souple (5) sur un intercalaire (13) autonome ou intégré au cadre, la colle rigide possédant un module sécant hybride valant au moins deux fois celui de la colle souple. 2. Elément vitré selon la revendication précédente dans lequel l'intercalaire (13) est autonome et les vitres parallèles constituent un vitrage multiple indépendant. 3. Elément vitré selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'intercalaire (13) est intégré au cadre et est constitué par un prolongement intérieur du cadre destiné à maintenir séparées au moins deux vitres parallèles et sur lequel ces vitres sont directement collées, au moins une des vitres étant collée au prolongement au moyen d'une couche de colle souple (5) et au moins une autre des vitres étant collée au prolongement au moyen d'une couche de colle rigide (5a). 4. Elément vitré selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la colle rigide possède une résistance à la rupture en cisaillement supérieure à 5,5 MPa et la colle souple une résistance à la rupture en cisaillement inférieure à 4,5 MPa. 5. Elément vitré selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la colle souple possède un allongement à la rupture supérieur à 200 %. 6. Elément vitré selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la colle rigide est mise en oeuvre avec une épaisseur inférieure à 2 mm. 7. Elément vitré selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la colle souple est mise en oeuvre avec une épaisseur supérieure à 3 mm. -10- 8. Elément vitré selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la matière plastique est un composite ayant un coefficient de dilatation thermique inférieur à 50 m/m K. 9. Elément vitré selon la revendication précédente caractérisé en ce que la matière plastique est du polychlorure de vinyle chargé de fibres de bois. 10. Elément vitré selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que le cadre (3) est recouvert sur au moins une partie de sa surface d'une couche (3a) de polychlorure de vinyle dénué de fibres. 11. Elément vitré selon la revendication 3 et les revendications qui en dépendent, caractérisé en ce que le prolongement intérieur (13) est recouvert d'un film pare-vapeur (2) sur au moins une partie de sa surface située entre les vitres. 12. Elément vitré selon la revendication 3 et les revendications qui en dépendent, caractérisé en ce que le prolongement (13) possède un logement (6) contenant une substance hygroscopique. 13. Ouvrant comprenant un élément vitré selon l'une des revendications précédentes. 14. Utilisation d'un élément vitré selon l'une des revendications 1 à 12 ou d'un ouvrant selon la revendication précédente en façade extérieure d'un bâtiment, selon laquelle la vitre destinée à se situer à l'intérieur est collée au moyen d'une colle rigide et la vitre destinée à se situer à l'extérieur est rendue solidaire de l'élément vitré au moyen d'une colle souple.