Brevet FR3033789A1 — publié le 20160923

PLAQUE ACOUSTIQUE A BASE DE PLATRE L'invention se rapporte à une plaque à base de plâtre dotée de propriétés acoustiques contenant un matériau particulaire présentant une porosité supérieure à 5 ')/0 et des pores ayant un diamètre qui varie de 0,001 à 100 nanomètres. L'invention concerne également l'utilisation de ladite plaque pour améliorer le confort acoustique et l'isolation d'une pièce ou d'un bâtiment. La notion de « confort acoustique » est une notion subjective. Cependant, il est généralement admis qu'un confort acoustique satisfaisant se traduit par une bonne intelligibilité des sons tels que les voix humaines et la musique, un temps de réverbération suffisamment long pour éviter la sensation de sons étouffés et suffisamment court pour prévenir un écho résiduel trop marqué, et l'absence de sons à puissance sonore importante. Le confort acoustique doit être distingué de l'isolation acoustique. Lorsqu'un son rencontre un obstacle, par exemple une paroi d'un bâtiment, une partie de l'énergie sonore incidente est réfléchie, une autre est absorbée et une autre est transmise par l'obstacle. L'isolation acoustique vise à réduire la transmission du son alors que l'amélioration du confort acoustique a pour but d'augmenter l'absorption du son par l'obstacle pour diminuer la composante réfléchie. Les paramètres les plus utilisés pour évaluer la qualité du confort acoustique sont le temps de réverbération et le coefficient d'absorption acoustique sous incidence normale, noté an. Ce dernier est défini comme étant le rapport de l'énergie acoustique absorbée par un matériau donné à l'énergie acoustique incidente. Le coefficient an est déterminé par la méthode utilisant un tube d'impédance, ou Tube de Kundt, décrite dans la norme ISO 10534. Les plaques à base de plâtre sont généralement utilisées pour la réalisation de parements muraux, de plafonds et de plancher, ainsi que de cloisons de séparation. Il s'agit de plaques composites comprenant une âme en plâtre disposée entre deux couches de papier ou de non-tissé constitué de fibres de verre ou d'un polymère. Ces plaques possèdent des propriétés 3033789 mécaniques qui répondent aux normes en vigueur, en particulier une bonne résistance à la flexion sous charge. Les plaques à base de plâtre en tant que telles ne présentent pas de performances acoustiques particulières. Lorsqu'on souhaite améliorer ces performances, il est connu d'associer à ladite plaque un matériau isolant phonique tel qu'une laine de verre ou de roche ou un polymère, pour former un produit composite qui peut être maintenu en place au moyen de profilés, d'une colle, de vis ou de chevilles selon l'usage visé. Les plaques à base de plâtre les plus usuelles ont une épaisseur 10 moyenne de 12,5 mm et sont commercialisées généralement sous la dénomination « BA 13 ». Ces plaques présentent une masse surfacique de l'ordre de 9 kg/m2. Il est certes bien connu que l'on peut améliorer- les performances acoustiques d'une plaque en augmentant sa masse surfacique, par exemple jusqu'à 12 kg/m2, voire 15 kg/m2, sans modifier son épaisseur, 15 mais cela se traduit nécessairement par une augmentation de la quantité de plâtre dans la plaque. L'augmentation du poids de la plaque présente des inconvénients : la pose est plus difficile, notamment quand celle-ci doit être fixée en hauteur, en particulier au plafond, la fixation par vis est plus ardue du fait que la plaque est plus dense, et le coût de la plaque est aussi plus élevé. 20 La présente invention a pour but de fournir une plaque à base de plâtre qui présente des propriétés acoustiques améliorées, tout en conservant de bonnes propriétés mécaniques. Notamment, on cherche à obtenir une plaque à base de plâtre dont les propriétés acoustiques sont au moins équivalentes à celles d'une plaque 25 classique de même épaisseur mais de masse surfacique plus élevée, de l'ordre de 12 kg/m2. La masse surfacique plus particulièrement visée par l'invention est de l'ordre de 9 kg/m2. Ce but est atteint selon l'invention grâce à la plaque à base de plâtre, notamment du type comprenant une âme à base de plâtre disposée entre deux 30 feuilles de papier ou de non-tissé, caractérisée en ce qu'elle renferme un matériau particulaire présentant une porosité au moins égale à 5 % et des pores ayant un diamètre qui varie de 0,001 à 100 nanomètres. Plus précisément, la plaque comprend du plâtre et un matériau particulaire inorganique et/ou organique ayant les caractéristiques de porosité 3033789 et de diamètre de pore précitées, de préférence inorganique, et mieux encore choisi parmi les charbons actifs et les carbonates, notamment les carbonates de calcium. A titre d'exemple de matériau particulaire organique, on peut citer les polymères obtenus à partir d'au moins un monomère choisi parmi les (nnéth)acrylates, notamment le butyl (méth)acrylate, l'hexyl acrylate, l'hydroxyméthyl méthacrylate, l'éthylène diméthacrylate, le 1,3-butanediol diacrylate, le 1,4-butanediol diacrylate, le triméthylolpropane triméthacrylate et le glycidyl méthacrylate; le styrène et les divinylbenzènes. On préfère les copolymères contenant au moins un monomère acrylate. De manière bien connue, les polymères précités sont obtenus par polymérisation thermique en présence d'un amorceur, par exemple le 2,2'-azobis-isobutyronitrile, ou sous rayonnement ultraviolet. Comme mentionné précédemment, la porosité du matériau particulaire 15 est au moins égale à 5 % mesurée selon la méthode ISO 15901-1:2005, de préférence inférieure ou égale à 60 %, et avantageusement varie de 8 à 40 %. Le diamètre des pores du matériau particulaire conforme à l'invention est de préférence compris entre 0,001 et 100 nanomètres, de préférence entre 1 et 90 nanomètres et avantageusement entre 5 et 80 nanomètres. 20 Le matériau particulaire préféré se présente sous la forme d'une poudre constituée de particules ayant une taille comprise entre 1 micromètre et 1 millimètre et avantageusement entre 10 et 600 micromètres. Le matériau particulaire représente en général 0,001 à 50 % en poids du mélange constitué par le plâtre et le matériau particulaire, de préférence 0,1 25 à 40 %, avantageusement 1 à 30 % et mieux encore 2 à 20 %. L'âme de la plaque selon l'invention peut contenir en outre des additifs qui améliorent les propriétés physico-chimiques du produit final et permettent d'obtenir de bonnes conditions d'application. L'âme peut ainsi comprendre les additifs suivants dans les proportions pondérales suivantes, exprimées en parts 30 pour 100 parts en poids de plâtre : - 0,1 à 50 parts d'un agent d'adhésion dont la fonction est d'augmenter l'adhésion du revêtement en papier avec le plâtre, par exemple un amidon natif ou modifié par un traitement chimique au moyen d'un acide ou d'une base, une 3033789 4 dextrine ou une farine végétale, notamment de blé ou de maïs, de préférence 0,1 à 15 parts, 0,001 à 10 parts d'un accélérateur de prise, par exemple le sulfate de calcium hydraté ou le sulfate de potassium, - 0,001 à 10 parts d'un retardateur de prise, - 0 à 50 parts d'un agent améliorant les propriétés mécaniques, par exemple une résine polyester, polyuréthane ou epoxy, un polymère d'acétate de vinyle sous forme d'homopolymère ou de copolymère, une polyvinylpyrrolidone, par exemple réticulée avec un polystyrène sulfonate, un 10 poly(alcool polyvinylique), un copolymère styrène-butadiène, un polymère d'acide (méth)acrylique ou de (méth)acrylate, et une cellulose modifiée, notamment une rnéthyl cellulose ou une hydroxyéthyl méthyl cellulose, - 0 à 10 parts d'un biocide, par exemple le sodium omadine, - 0 à 10 parts d'au moins un agent hydrofugeant, par exemple un siloxane ou un polysiloxane, - 0 à 20 parts d'au moins un agent anti-feu, par exemple la vermiculite, la silice, notamment de dimension micrométrique, une argile ou des fibres métalliques, - 0 à 20 parts d'au moins un agent de renforcement, par exemple des 20 fibres de polymère, des fibres minérales, notamment en verre, et des fibres animales ou végétales, et - 0 à 40 parts d'un agent améliorant les propriétés acoustiques, par exemple un acétate de vinyle ou un polyvinyle butyral (PVB). La plaque de plâtre selon l'invention présente un coefficient 25 d'absorption acoustique an au moins égal à 0,15 à une fréquence égale à 1050 Hz, de préférence au moins égal à 0,17. Un autre objet de l'invention concerne un procédé de fabrication de la plaque à base de plâtre, notamment du type comportant une âme disposée entre deux couches de papier ou de non-tissé qui vient d'être décrite. 30 Le procédé est caractérisé en ce que, pour réaliser l'âme de la plaque, un matériau particulaire présentant une porosité supérieure à 5 % et des pores ayant un diamètre qui varie de 0,001 à 100 nanomètres est ajouté à du gypse calciné. 3033789 La fabrication des plaques à base de plâtre est connue en soi. La plaque de plâtre est formée selon un procédé en continu qui consiste à mélanger du gypse calciné en poudre (hémihydrate de sulfate de calcium) avec de l'eau pour former une pâte qui est déposée en continu entre deux feuilles de papier ou de non-tissé contenant des fibres minérales, notamment de verre, ou des fibres de polymère. Le produit formé est pressé pour obtenir l'épaisseur désirée, puis il est transporté en continu sur un convoyeur sur une distance permettant à la pâte d'atteindre un niveau de durcissement suffisant pour pouvoir être découpé en 10 plaques de longueur déterminée. Les plaques sont ensuite séchées dans une étuve afin d'éliminer l'excès d'eau. Classiquement, l'hémihydrate de sulfate de calcium (CaSO4.0,5 H20; gypse calciné), qu'il soit naturel ou synthétique c'est-à-dire issu notamment de la désulfuration des gaz de centrales thermiques, subit une réaction 15 d'hydratation en présence d'eau et se transforme en dihydrate de sulfate de calcium (CaSO4.2 H20 : gypse). La quantité de gypse calciné mis en oeuvre pour former la pâte varie généralement de 50 à 150 parts en poids pour 100 parts en poids d'eau et de préférence de 60 à 120 parts. Le matériau particulaire est généralement utilisé sous la forme d'une poudre qui peut être présente dans l'âme en plâtre ou dans le papier ou le non-tissé. Lorsque le matériau particulaire est présent dans l'âme en plâtre, celui-ci est soit incorporé à la pâte en mélange avec l'hémihydrate de sulfate de calcium de manière à obtenir une distribution dans toute l'épaisseur de la plaque de plâtre, soit déposé sur au moins une face de la plaque avant le dépôt de la feuille de papier ou de non-tissé, par exemple au moyen d'un rouleau, de sorte que le matériau particulaire n'est présent qu'en surface de la plaque. L'épaisseur de la plaque à base de plâtre est de préférence au plus 30 égale à 12,5 mm, avantageusement de l'ordre de 6 mm, mais on ne saurait exclure une épaisseur supérieure pouvant aller notamment jusqu'à 25 millimètres. La plaque à base de plâtre conforme à l'invention peut être utilisée telle quelle ou en association avec un autre matériau, par exemple une laine 3033789 minérale ou de bois, ou un polymère pour former un panneau acoustique et/ou thermique, ou encore un film polymère intercalaire assurant la liaison entre deux plaques à base de plâtre pour former panneau composite. Cette plaque peut être utilisée pour former des parements muraux, des faux-plafonds, des planchers et des cloisons de séparation. Un autre objet de l'invention concerne l'utilisation d'un matériau particulaire présentant une porosité supérieure à 5 % et des pores ayant un diamètre qui varie de 0,001 à 100 nanomètres dans une composition à base de gypse calcihé destinée à la fabrication d'une plaque à base de plâtre pour 10 améliorer le confort acoustique. Comme indiqué précédemment, le matériau particulaire précité permet de conférer à la plaque de plâtre un coefficient d'absorption acoustique an au moins égal à 15 à une fréquence égale à 1050 Hz, de préférence au moins égal à 0,17. La composition adaptée à la fabrication de la plaque à base de plâtre 15 décrite précédemment constitue aussi un objet de la présente invention. Cette composition à base de plâtre comprend du gypse calciné et un matériau particulaire présentant une porosité au moins égale à 5 % et des pores ayant un diamètre qui varie de 0,001 à 100 nanomètres. La composition peut être utilisée en outre en tant que composition de 20 plâtre, notamment pour la réalisation de joints ou d'enduits. Les exemples qui suivent permettent d'illustrer l'invention sans toutefois la limiter. EXEMPLES 1 ET 2 Dans un mélangeur, on introduit 1000 g d'hémihydrate de sulfate de 25 calcium, 111 g de matériau particulaire et 800 g d'eau. Le matériau particulaire est un charbon actif ayant une porosité égale à 10,1 % qui contient des pores ayant un diamètre supérieur à 20 nm (Exemple 1; référence Carbo Tech 4011 commercialisé par la société Carbo Tech AC GmbH) et un carbonate de calcium ayant une porosité égale à 9 % qui contient des pores ayant un diamètre supérieur à 8 nm (Exemple 2; référence Omyabrite 1300X OM commercialisé par la société Omnya). A titre de comparaison, on utilise u-n,Gbarbon actif ayant une porosité égale à 4,5 % qui contient des pores ayant un diamètre supérieur à 20 nm (Exemple comparatif 1; référence 207C granules commercialisé par la société 3033789 7 Chemviron), un graphite ayant une porosité égale à 44,6 % qui contient des pores ayant un diamètre supérieur à 1 pm (Exemple comparatif 2; référence Ecophit M3000 commercialisé par la société SGL Carbon Group) et un silicagel ayant une porosité égale à 27,7 % qui contient des pores ayant un diamètre supérieur à 10 pm (Exemple comparatif 3; référence Upasil 40 0.2 commercialisé par la société Upag AG). La porosité du matériau particulaire et le diamètre de pore sont mesurés selon la norme ISO 15901-1:2005. Le mélange est agité pendant 15 secondes à 600 tours/minute et 45 10 secondes à 1850 tours/minute afin d'obtenir une pâte. On dépose la pâte dans moule en laiton comportant 4 cavités parallélépipédiques (longueur : 300 mm; largeur : 30 mm; profondeur : 13 mm) dont les parois internes ont été préalablement revêtues d'une couche d'huile. Les échantillons sont démoulés après 20 minutes, puis laissés à l'air libre 15 pendant 40 minutes et enfin séchés dans une étuve à 40°C jusqu'à ce que leur poids reste constant. Sur les échantillons, on mesure l'impédance mécanique MIM (« Measurement of Mechanical Impeclance ») dans les conditions de la norme ISO 16940 :2008(E) et à partir de la courbe de la fréquence d'accélération (dB) 20 en fonction de la fréquence (Hz), on calcule le module d'Young dynamique (en GN/m2). Dans le tableau 1 figurent les valeurs du module d'Young et du gain acoustique calculé par rapport à un échantillon (Référence) ne contenant aucun matériau particulaire, préparé dans les conditions décrites précédemment. 25 On mesure ensuite le coefficient d'absorption sous incidence n-orrnale selon la méthode du Tube de Kundt décrite dans la norme IS0-10534 pour différentes fréquences sur les échantillons réduits en poudre. Les résultats sont donnés dans le tableau 1. 30 Tableau 1 Ex. 1 Ex. 2 Ex. Ex. Ex. Référence Comp. 1 Camp. 2 Camp. 3 Module Young dynamique (GN/m2) 341 3,40 3,74 2,92 3,10 3,88 Gain acoustique (%) 12,1 12,4 3,5 24,0 20,6 - Coefficient d'absorption an 0,10 0,10 0,07 0,03 0,03 n.d. - à 250 Hz - à 650 Hz 0,15 0,14 0,11 0,05 0,06 n.d. - à 1050 Hz 0,19 0,17 0,14 0,08 0,09 n.d. n.d. : non déterminé REVENDICATIONS1. Plaque à base de plâtre, notamment du type comprenant une âme à base de plâtre disposée entre deux feuilles de papier ou de non-tissé, caractérisée en ce qu'elle renferme un matériau particulaire présentant une porosité au moins égale à 5 % et des pores ayant un diamètre qui varie de 0,001 à 100 nanomètres. 2. Plaque selon la revendication 1, caractérisée en ce que le matériau particulaire est inorganique. 3. Plaque selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit matériau est choisi parmi les charbons actifs et les carbonates, de préférence les carbonates de calcium. 4. Plaque selon la revendication 1, caractérisée en ce que le matériau particulaire est organique. 5. Plaque selon la revendication 4, caractérisée en ce que ledit matériau est un polymère obtenu à partir d'au moins un monomère choisi parmi les (méth)acrylates, notamment le butyl (méth)acrylate, l'hexyl acrylate, l'hydroxyméthyl méthacrylate, l'éthylène diméthacrylate, le 1,3-butanediol diacrylate, le 1,4-butanediol diacrylate, le triméthylolpropane triméthacrylate et le glycidyl méthacrylate; le styrène et les divinylbenzènes. 6. Plaque selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la porosité du matériau particulaire est inférieure ou égale à 60 %, et de préférence varie de 8 à 40 %. 7. Plaque selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le diamètre des pores du matériau particulaire est compris entre 1 et 90 nanomètres, et de préférence entre 5 et 80 nanomètres. 8. Plaque selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le matériau particulaire se présente sous la forme d'une poudre constituée de particules ayant une taille comprise entre 1 micromètre et 1 millimètre et 30 avantageusement entre 10 et 600 micromètres. 9. Plaque selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le matériau particulaire représente 0,001 à 50 % en poids du mélange constitué par le plâtre et le matériau particulaire, de préférence 0,1 à 40 %, avantageusement 1 à 30 % et mieux encore 2 à 20 %. 3033789 10 10. Plaque selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que l'âme comprend les additifs suivants dans les proportions pondérales suivantes, exprimées en parts pour 100 parts en poids de plâtre : - 0,1 à 50 parts d'un agent d'adhésion dont la fonction est d'augmenter 5 l'adhésion du revêtement en papier avec le plâtre, par exemple un amidon, notamment préalablement traité avec un acide, une dextrine ou une farine végétale, notamment de blé ou de maïs, de préférence 0,1 à 15 parts, - 0,001 à 10 parts d'un accélérateur de prise, par exemple le sulfate de calcium hydraté ou le sulfate de potassium, 10 - 0,001 à 10 parts d'un retardateur de prise, - 0 à 50 parts d'un agent améliorant les propriétés mécaniques, par exemple une résine polyester, polyuréthane ou epoxy, un polymère d'acétate de vinyle sous forme d'homopolymère ou de copolymère, une polyvinylpyrrolidone, un poly(alcool polyvinylique), un copolymère styrène- 15 butadiène, un polymère d'acide (méth)acrylique ou de (méth)acrylate, et une cellulose modifiée, - 0 à 10 parts d'un biocide, par exemple le sodium omadine, - 0 à 10 parts d'au moins un agent hydrofugeant, par exemple un siloxane ou un polysiloxane, 20 - 0 à 20 parts d'au moins un agent anti-feu, par exemple la vermiculite, la silice, notamment de dimension micrométrique, une argile ou des fibres métalliques, - 0 à 20 parts d'au moins un agent de renforcement, par exemple des fibres de polymère, des fibres minérales, notamment en verre, et des fibres 25 animales ou végétales, et - 0 à 40 parts d'un agent améliorant les propriétés acoustiques, par exemple un acétate de vinyle ou un polyvinyle butyral (PVB). 11. Plaque selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce qu'elle présente un coefficient d'absorption acoustique a, au moins égal à 0,15 30 à une fréquence égale à 1050 Hz, de préférence au moins égal à 0,17. 12. Procédé de fabrication d'une plaque, notamment du type comportant une âme disposée entre deux feuilles de papier ou de non-tissé, dans lequel on mélange du gypse calciné en poudre avec de l'eau pour former une pâte, on dépose la pâte en continu entre lesdites feuilles, on presse le 3033789 11 produit formé pour obtenir l'épaisseur désirée, on découpe les plaques à la longueur désirée, caractérisé en ce que pour réaliser l'âme de la plaque on ajoute au gypse calciné un matériau particulaire présentant une porosité supérieure à 5 % et des pores ayant un diamètre qui varie de 0,001 à 100 5 nanomètres est ajouté à du gypse calciné. 13. Utilisation d'un matériau particulaire présentant une porosité supérieure à 5 % et des pores ayant un diamètre qui varie de 0,001 à 100 nanomètres dans une composition à base de gypse calciné destinée à la fabrication d'une plaque à base de plâtre pour améliorer le confort acoustique. 10 14. Composition à base de plâtre caractérisée en ce qu'elle comprend du gypse calciné et un matériau particulaire présentant une porosité au moins égale à 5 % et des pores ayant un diamètre qui varie de 0,001 à 100 nanomètres.