Brevet FR3038963A1 — publié le 20170120

L'invention concerne un profilé stabilisé notamment pour la constitution d'un profilé à rupture pont thermique et un procédé pour la fabrication d'un tel profilé. L'invention est plus particulièrement dédiée au domaine de la menuiserie. La figure 1, relative à l'art antérieur représente schématiquement, selon une vue en section un profilé à rupture de pont thermique. Un tel profilé est un assemblage composite comportant deux profilés métalliques (101, 102) séparés par des barrettes (103) constituées d'un matériau rigide isolant thermiquement comme un polymère. Les profilés (101, 102) métalliques sont, par exemple, constitués d'acier ou d'un alliage d'aluminium. Les barrettes (103) sont, par exemple, constituées de polychlorure de vinyle (PVC) extrudé. Selon des exemples de réalisation de l'art antérieur, lesdites barrettes se présentent sous la forme de lames, serties entre les faces des profilés métalliques ou encore sous la forme d'un profilé de section fermée et cloisonnée, ces exemples de réalisation étant combinés selon certains modes de réalisation. Un tel profilé à rupture de pont thermique est utilisé notamment pour la constitution d'huisseries métalliques, par exemple pour la constitution du dormant ou de l'ouvrant d'une fenêtre sur la façade d'un bâtiment, l'un des profilés métalliques étant dirigé vers l'extérieur et l'autre profilé vers l'intérieur du bâtiment. Le document EP 2 186 985 montre un exemple de réalisation d'un tel profilé à rupture de pont thermique adapté à la constitution d'un dormant. Aussi, les deux profilés métalliques ne sont pas soumis à la même température et cette température ne peut pas s'équilibrer entre lesdits profilés du fait de la barrière thermique procurée, à dessein, par les barrettes. Cet écart de température conduit à des sollicitations mécaniques de l'ensemble, notamment du fait des différences de température de chacun des composants de l'assemblage en liaison complète les uns par rapport aux autres, en proportion de la température atteinte par chacun des composants. Ces sollicitations mécaniques d'origine thermique conduisent à un cintrage du profilé à rupture de pont thermique, phénomène communément désigné comme « effet blâme ». Cet effet se produit tant au cours de l'utilisation d'un produit construit à partir d'un tel profilé à rupture de pont thermique, par exemple une fenêtre, qu'au cours du procédé de fabrication dudit profilé, par exemple, à la suite d'une opération de laquage au cours de laquelle l'assemblage est soumis à des températures relativement élevées. Dans certaines circonstances, le 3038963 2 cintrage est irréversible. Le document FR 2 717 558 décrit un profilé dont la rigidité en flexion est améliorée par l'insertion d'un noyau rigide en flexion dans une cavité cloisonnée du profilé. La sollicitation du profilé ainsi renforcé en flexion, sollicite le profilé et le noyau 5 augmentant ainsi la rigidité en flexion de l'ensemble. Le noyau et le profilé ne sont pas liés vis-à-vis des sollicitations de traction. L'invention vise à résoudre les inconvénients de l'art antérieur et concerne à cette fin profilé, notamment pour la menuiserie, s'étendant selon une direction longitudinale, lequel profilé comporte : 10 a. un profilé, dit profilé substrat ; b. une bande, dite bande de maintien, constituée d'un matériau dont le coefficient de dilatation thermique est inférieur à celui du matériau constituant le profilé substrat et dont le module élastique en traction est supérieur à celui du matériau constituant le profilé substrat, laquelle 15 bande, s'étendant longitudinalement, est fixée sur l'une des faces du profilé substrat de sorte que la bande de maintien et le profilé substrat sont solidaires en traction selon la direction longitudinale. Ainsi, la bande fixée sur l'une des faces du profilé objet de l'invention contre les variations dimensionnelles d'origine thermique du profilé substrat. 20 L'invention est avantageusement mise en oeuvre selon les modes de réalisations et les variantes exposés ci-après, lesquels sont à considérer individuellement ou selon toute com binaison techniquement opérante. Avantageusement la bande de maintien est constituée d'une nappe fibreuse unidirectionnelle s'étendant longitudinalement sur ladite face du profilé substrat de 25 sorte que les fibres sont parallèles à la direction longitudinale. Ainsi, lesdites fibres sont facilement rapportées, par exemple par collage sur une ou plusieurs faces du profilé substrat et permettent avantageusement d'intégrer dans la nappe fibreuse des fibres dont le coefficient de dilatation thermique est négatif pour contrer encore plus efficacement les variations dimensionnelles du profilé substrat. 30 Selon un mode avantageux de réalisation, la nappe fibreuse comprend des fibres de carbone. Ces fibres présentent avantageusement un module d'élasticité longitudinal très élevé et un coefficient d'expansion thermique négatif. De plus leur 3038963 3 usinage est relativement facile permettant ainsi la mise à longueur du profilé sans l'utilisation d'outils spéciaux. Selon des variantes de réalisation, le profilé substrat est constitué d'un matériau métallique ou d'un polymère. 5 L'invention concerne également un profilé à rupture de pont thermique comprenant : w. un profilé, dit profilé extérieur, constitué d'un matériau métallique ; x. un profilé, dit profilé intérieur, constitué d'un matériau métallique ; y. une barrette constituée d'un matériau rigide et thermiquement isolant 10 séparant en section le profilé intérieur et le profilé extérieur ; z. lequel profilé à rupture de pont thermique comprend un profilé stabilisé dont le profilé substrat est le profilé intérieur, le profilé extérieur ou la barrette et dont le matériau constituant la bande de maintien a un coefficient de dilatation thermique inférieur à celui de tous les 15 matériaux constituant les profilés intérieurs, extérieur et la barrette et un module d'élasticité longitudinal supérieur à celui de ces matériaux. Un tel profilé à rupture de pont thermique n'est pas sensible à l'effet blâme. L'invention concerne également un procédé pour la fabrication d'un profilé stabilisé, lequel procédé comporte une étape consistant à : 20 i. rapporter une nappe de fibres unidirectionnelles s'étendant longitudinalement sur une des faces du profilé substrat. Selon des variantes de réalisation, l'étape i) du procédé objet de l'invention est réalisée par collage de la nappe de fibres sur la face du profilé, cette variante étant adaptée à toute nature de profilé substrat, ou lorsque le profilé substrat est constitué 25 d'un polymère, l'étape i) est réalisée selon une autre variante au cours d'une opération de pultrusion dudit profilé. L'invention est exposée ci-après selon ses modes de réalisation préférés, nullement limitatifs, et en référence aux figures 1à 4, dans lesquelles : - la figure 1, relative à l'art antérieur, représente selon une vue schématique en 30 section un exemple de réalisation un profilé à rupture de pont thermique ; - la figure 2 montre selon une vue schématique en section un exemple de réalisation d'un profilé stabilisé selon l'invention ; 3038963 4 - la figure 3 est une vue schématique en section de deux exemples de réalisation d'un profilé à rupture de pont thermique utilisant un profilé stabilisé selon l'invention, figure 3A l'un des profilés métalliques étant utilisé comme profilé substrat pour fixer la bande de maintien, figure 3B, le profilé constituant 5 les barrettes isolantes étant utilisé comme profilé substrat sur lequel est rapportée la bande de maintien ; - et la figure 4 montre un diagramme comparatif du cintrage d'un profilé à rupture de pont thermique selon différents modes de réalisation de l'invention lorsque ledit profilé est soumis à une différence de température entre le profilé 10 métallique intérieur et le profilé métallique extérieur. Figure 1, selon un exemple de réalisation de l'art antérieur déjà discuté précédemment un profilé à rupture de pont thermique comprend deux profilés (101, 101), par exemple métalliques, séparés par des barrettes (103) constituées d'un matériau rigide thermiquement isolant, lesquelles barrettes sont assemblées, par 15 exemple par sertissage, selon des liaisons complètes à chacun des profilés (101, 102) métalliques. Selon cet exemple de réalisation les barrettes (103) sont constituées d'un profilé de section cloisonnée. La vue de la figure 1 est une vue en section schématique, en pratique les profilés (101, 102) métalliques et les barrettes (12) prennent des formes plus complexes. Lorsqu'un tel profilé est utilisé pour 20 réaliser une huisserie, l'un des profilés (101) est orienté vers l'extérieur et l'autre (102) vers l'intérieur du bâtiment sur lequel est montée ladite huisserie. Aussi les deux profilés (101, 102) métalliques ne sont pas soumis à la même température et les barrettes sont conçues pour s'opposer à tout transfert thermique entre les deux profilés que ce soit par conduction, convection ou rayonnement. En utilisation, 25 lorsqu'un tel profilé est utilisé pour la constitution d'une huisserie, la différence de température entre le profilé orienté vers l'extérieur du bâtiment et le profilé orienté vers l'intérieur du bâtiment est dans certaines circonstances supérieure à 50 °C. Le coefficient de dilatation thermique des alliages d'aluminium étant de l'ordre de 25.106 K-1, une telle différence de température est susceptible de produire une élongation 30 différentielle de 1,25 mm par mètre linéaire de profilé. Les deux profilés étant liés par les barrettes, cette élongation différentielle se traduit par un cintrage du profilé (100) à rupture de pont thermique dont la concavité est tournée vers le côté le plus froid, 3038963 5 soit vers l'extérieur en hiver et vers l'intérieur en été. Ce phénomène de dilatation différentielle est dit effet blâme, et bien qu'essentiellement réversible, il n'en produit pas moins des difficultés vis-à-vis de l'étanchéité des huisseries et des sollicitations mécaniques des composants tels que les paumelles et les serrures. 5 Figure 2, afin de contrer l'ensemble de ces effets, l'invention utilise un profilé (200), métallique ou thermoplastique dit stabilisé. Un tel profilé comprend un profilé (201) substrat sur lequel une bande (210), dite bande de maintien s'étendant longitudinalement sur une majorité de la longueur du profilé (201) substrat, est fixée sur l'une de ses faces. Ladite bande (210) de maintien est constituée d'un matériau 10 dont le module d'élasticité longitudinal, ou module d'Young, est supérieur à celui du matériau constituant le profilé, au minimum 1,5 fois supérieur, et dont le coefficient de dilatation thermique est inférieur à celui du matériau constituant le profilé, au moins 3 fois inférieur. Ainsi dans le cas d'un profilé en aluminium une bande de maintien en acier à faible dilatation thermique, permet d'accroître la rigidité du profilé 15 et de limiter ses variations longueur sous l'effet des variations thermiques. La bande de maintien est fixée au profilé substrat par rivetage, boulonnage ou préférentiellement par collage. De manière plus avantageuse la bande de maintien est constituée d'une nappe fibreuse unidirectionnelle. Une telle nappe est plus facilement rapportée sur une des 20 faces du profilé, par exemple par collage, même si ladite face n'est pas plane. Selon un mode de réalisation avantageux, ladite nappe comprend ou est entièrement constituée de fibres à haut module élastique et à coefficient de dilatation thermique négatif. À titre d'exemple non limitatif des fibres de carbone ou des fibres d'aramide sont utilisables à cette fin. Selon des variantes de réalisation, lesdites fibres sont 25 combinées avec des fibres de verre. Figure 3, un tel profilé stabilisé est avantageusement utilisé dans un assemblage constituant un profilé (321, 322) à rupture de pont thermique. Figure 3A, selon un exemple de réalisation la bande (311) de maintien est rapportée sur l'une des faces d'un des profilés métallique, lequel profilé (301) fait 30 office de profilé substrat. Sans être lié par une quelconque théorie, il apparaît préférable de renforcer par une bande de maintien le profilé (301) substrat dirigé vers l'extérieur celui-ci étant soumis aux plus grandes variations de température du fait de 3038963 6 son exposition aux conditions climatiques. La bande de maintien est préférentiellement placée sur une face cachée dudit profilé substrat pour des raisons esthétiques. Figure 3B, selon un autre exemple de réalisation, compatible avec le précédent, 5 la bande (312) de maintien est rapportée sur une face du profilé (303) constituant les barrettes isolantes, lequel fait alors office de profilé substrat. L'utilisation d'une nappe fibreuse permet de rapporter la bande de maintien sur ce profilé par collage ou soudage continu, notamment au cours du procédé d'extrusion du profilé (303) substrat ou encore par pultrusion. 10 Figure 4, à titre d'exemple, un profilé à rupture de pont thermique, d'une longueur de 2 mètres, correspondant au principe constructif de la figure 3A comprenant 2 profilés en alliage d'aluminium séparés par des barrettes en PVC, est testé en introduisant une différence de température d'exposition entre les deux profilés métalliques. L'un des profilés métalliques est stabilisé par une bande de 15 maintien de section 50x2 mm2 rapportée sur l'une de ses faces. L'axe (401) des abscisses représente l'écart de température, en kelvin, imposé entre les deux profilés métalliques, et l'axe (402) des ordonnées correspond la flèche maximale, en mm, mesurée sur la longueur du profilé à rupture de pont thermique. La courbe la plus élevée (400) représente le résultat obtenu sur le profilé témoin c'est-à-dire le profilé 20 à rupture de pont thermique ne comprenant aucune bande de maintien sur aucun des profilés. En fixant, sur l'un des profilés en alliage d'aluminium, une bande de maintien en acier d'un coefficient de dilatation thermique de 12.10' K-1 et de module élastique de 200 GPa (200.109Pa) par boulonnage, l'effet (411) de l'écart thermique entre les deux profilés en aluminium est réduit de moitié par rapport au profilé témoin. 25 L'assemblage de ladite bande d'acier par collage permet encore d'améliorer le résultat (412). Sans être lié par une explication, la liaison par collage sur toute la longueur du profilé substrat produit un meilleur couplage mécanique entre le profilé substrat et la bande de maintien. L'utilisation d'une bande de maintien constituée d'une nappe unidirectionnelle de fibres de carbone de type THR 3000 dont le module 30 élastique est de 170 GPa et le coefficient de dilatation thermique, négatif, de -1,3.10- 6 K-1 , collée sur l'une des faces du profilé métallique, permet de réduire la flèche (420) de 2/3 par rapport au profilé témoin. Finalement, l'utilisation d'une bande de renfort 3038963 7 constituée de fibres de carbone de type THM-450 dont le module élastique est de 450 GPa et le coefficient de dilatation thermique de -1,3.10' K-1 permet de conserver une flèche (430) de l'ordre de 0,3 mm sur toute la gamme d'essai. Les résultats ci-avant montrent que l'invention utilise la combinaison du haut module d'élasticité de 5 la bande de maintien, de sa faible dilatation thermique et de son couplage en traction avec le profilé substrat pour produire le résultat visé. Cet effet de maintien et de renfort est également constaté lors des opérations de laquage du profilé à rupture de pont thermique. La description ci-avant et les exemples de réalisation, montrent que l'invention 10 atteint le but visé, à savoir qu'elle permet de stabiliser un profilé à rupture de pont thermique vis-à-vis des écarts de température en supprimant l'effet blâme. REVENDICATIONS1. Profilé stabilisé, notamment pour la menuiserie, s'étendant selon une direction longitudinale, caractérisé en ce qu'il comporte : a. un profilé (201, 301, 303), dit profilé substrat ; b. une bande (210, 311, 312), dite bande de maintien, constituée d'un matériau dont le coefficient de dilatation thermique est inférieur à celui du matériau constituant le profilé (201, 301, 303) substrat et dont le module élastique en traction est supérieur à celui du matériau constituant le profilé substrat, laquelle bande, s'étendant longitudinalement, est fixée sur l'une des faces du profilé substrat. 2. Profilé selon la revendication 1, dans lequel la bande (210, 311, 312) de maintien est constituée d'une nappe fibreuse unidirectionnelle s'étendant longitudinalement sur ladite face du profilé substrat (201, 301, 303) de sorte que les fibres sont parallèles à la direction longitudinale. 3. Profilé selon la revendication 2, dans lequel la nappe fibreuse comprend des fibres dont le coefficient de dilatation thermique est négatif. 4. Profilé selon la revendication 3, dans lequel la nappe comprend des fibres de carbone 5. Profilé selon la revendication 1, dans lequel le profilé substrat (201, 301) est constitué d'un matériau métallique 6. Profilé selon la revendication 1, dans lequel le profilé substrat (303) est constitué d'un polymère. 7. Profilé (321, 322) à rupture de pont thermique comprenant : w. un profilé, dit profilé (301) extérieur, constitué d'un matériau métallique ; 3038963 9 x. un profilé (302), dit profilé intérieur, constitué d'un matériau métallique ; y. une barrette (303) constituée d'un matériau rigide et thermiquement isolant séparant en section le profilé intérieur et 5 le profilé extérieur ; z. caractérisé en ce qu'il comprend un profilé stabilisé (301, 303) selon la revendication 1, dont le profilé substrat est le profilé intérieur, le profilé extérieur (301) ou la barrette (303) et dont le matériau constituant la bande a un coefficient de dilatation 10 thermique inférieur à celui de tous les matériaux constituant les profilés intérieur, extérieur et la barrette et ayant un module d'élasticité longitudinal supérieur à celui de chacun de ces matériaux. 8. Procédé pour la fabrication d'un profilé stabilisé selon la 15 revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend une étape consistant à: i. rapporter une nappe de fibres unidirectionnelles s'étendant longitudinalement sur une des faces du profilé substrat. 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel l'étape i) est réalisée par 20 collage de ladite nappe de fibres sur ladite face. 10. Procédé selon la revendication 8, dans lequel le profilé est constitué d'un polymère et que l'étape i) est réalisée au cours d'une opération de pultrusion.