Brevet FR3082199A1 — publié le 20191213

Description Titre de l'invention : Matériau comprenant un empilement à propriétés thermiques et esthétiques [0001] La présente invention concerne un matériau comprenant un substrat transparent sur la surface duquel est déposé un empilement de couches qui comprend lui-même une pluralité de couches fonctionnelles permettant d'agir sur le rayonnement solaire et/ou infrarouge susceptible de heurter ladite surface. Le matériau de l'invention est remarquable en ce qu'il possède de hautes performances thermiques ainsi qu'un aspect esthétique de surface brillant et de couleur neutre. L'invention a également trait à un vitrage comprenant un tel matériau. [0002] Les accords et dispositifs légaux ayant pour objectif de réduire les impacts environnementaux des activités humaines se multiplient aux échelles régionales, nationales et internationales. Ces accords et dispositifs visent notamment à réduire la consommation d'énergie des infrastructures. Ils préconisent ou obligent en particulier l'équipement des bâtiments et des véhicules de transports de manière à réduire la consommation d'énergie de leurs moyens de climatisation et de chauffage. [0003] Les surfaces vitrées constituent souvent la majorité des surfaces externes des bâtiments et véhicules de transport. Leur part ne cesse de croître pour répondre au besoin des usagers en matière d'éclairage par la lumière naturelle. Cependant, ces surfaces vitrées peuvent être des sources passives de chaleur notamment lors des périodes de fort ensoleillement, tout comme être dissipatrices de chaleur lors des périodes hivernales. En conséquence, les variations de températures à l'intérieur des bâtiments et véhicules équipés de ces surfaces vitrées peuvent être très importantes. Ces variations de températures peuvent provoquer des sensations d'inconfort et inciter à une utilisation importante des moyens de climatisation et de chauffage. [0004] Pour ces raisons d'économie d'énergie et de confort, les surfaces vitrées doivent être fonctionnalisées afin d'agir sur les rayonnements solaires et/ou infrarouges incidents et de réduire les phénomènes « d'effet de serre ». La 2 fonctionnalisation de ces surfaces est généralement réalisée par le dépôt sur lesdites surfaces d'un empilement de couches comprenant des couches fonctionnelles métalliques. Ces couches confèrent aux surfaces, ainsi qu'aux vitrages qui les comprennent, des fonctions dites « sélectives » permettant de diminuer la quantité d'énergie transmise au travers du vitrage vers l'intérieur sans préjudice pour la transmission lumineuse dans le spectre visible. [0005] Les performances des surfaces vitrées fonctionnalisées et des vitrages qui comprennent ce surfaces sont évaluées généralement à l'aide de trois paramètres : - le facteur solaire, g, défini comme le rapport de l'énergie totale transmise au travers de la surface vitrée ou du vitrage vers l'intérieur sur l'énergie solaire incidente ; - la transmission lumineuse dans le spectre visible, TL, définie comme le rapport de la quantité de lumière incidente sur la quantité de lumière du spectre visible transmise au travers de la surface vitrée ou du vitrage ; - la sélectivité, s, définie comme le rapport de la transmission lumineuse TL sur le facteur solaire g, soit TL/g. [0006] Plus la sélectivité, s, d'une surface vitrée fonctionnalisée ou d'un vitrage qui comprend une surface vitrée fonctionnalisée est élevée, plus ses performances thermiques sont élevées, c'est-à-dire plus la quantité d'énergie transmise au travers du vitrage vers l'intérieur est faible, idéalement sans préjudice pour la transmission lumineuse dans le spectre visible. Selon la définition ci-dessus, une sélectivité élevée peut être obtenue par augmentation de la transmission lumineuse, TL, et/ou par diminution du facteur solaire, g. [0007] La transmission lumineuse et le facteur solaire dépendent en particulier des épaisseurs des couches fonctionnelles métalliques que comprend l'empilement de couche déposé sur la surface du substrat transparent qui forme la surface vitrée. La transmission lumineuse et le facteur solaire varient contradictoirement avec les épaisseurs des couches fonctionnelles. Plus les couches fonctionnelles sont épaisses, plus la transmission lumineuse est faible mais plus le facteur solaire est élevé. Inversement, plus les couches fonctionnelles sont minces, plus le facteur solaire est faible mais plus la transmission lumineuse est élevée. 3 [0008] Les surfaces vitrées fonctionnalisées et les vitrages qui les comprennent, possèdent donc idéalement des fonctions telles que : - la transmission lumineuse soit la plus élevée, au moins 45%, voire 50% ; - le facteur solaire, g, d'au plus 30% ; - la sélectivité, s, est égale ou supérieure à 1,5, voire 1,7. [0009] Les surfaces vitrées peuvent également posséder une fonction esthétique pour les bâtiments et les véhicules de transport dans lesquels elles sont susceptibles d'être incorporées. Dans certaines applications, elles doivent présenter, en transmission, en réflexion extérieure et en réflexion intérieure, un aspect de surface brillant de couleur neutre, c'est-à-dire de préférence proche de la couleur grise dans la gamme chromatique bleu-vert. Les nuances de la couleur doivent idéalement peu varier selon l'angle d'observation. Cet aspect de surface est esthétiquement proche de celui d'un miroir. [0010] Un tel aspect de surface est généralement obtenu lorsque les réflexions extérieures et intérieures de la surface vitrée est égale ou supérieure à 25% et lorsque les valeurs des deux paramètres a* et b* dans le système L*a*b* sont proches de zéro, idéalement compris entre -5 et 0. Les réflexions extérieures et intérieures dépendent en partie de l'épaisseur des couches fonctionnelles métalliques. Plus les couches fonctionnelles métalliques sont épaisses, plus la réflexion est élevée, et inversement. [0011] Toutefois, dans les régions géographiques où le taux d'ensoleillement est important et où les bâtiments sont susceptibles de comprendre des surfaces vitrées avec un tel aspect de surface brillant de couleur neutre, une réflexion intérieure élevée peut être une source de désagréments esthétiques. En effet, les lumières artificielles utilisées à l'intérieur des bâtiments peuvent être réfléchies par le vitrage vers l'intérieur du bâtiment par un important effet de miroir. La visibilité de l'environnement extérieur au travers des surfaces vitrées peut alors être considérablement dégradée. Ce phénomène peut être davantage marqué au crépuscule lorsque que la luminosité extérieure diminue. Pour l'éviter, la réflexion lumineuse intérieure doit être de préférence inférieure à 23%. [0012] II a été constaté que toute augmentation de l'épaisseur des couches fonctionnelles métalliques provoque une diminution de la transmission lumineuse 4 que l'augmentation simultanée du facteur solaire ne permet pas de compenser. Par conséquent, bien que la réflexion extérieure augmente lorsque l'épaisseur des couches fonctionnelles métalliques augmente, la sélectivité diminue de manière préjudiciable pour les performances thermiques. La surface vitrée fonctionnalisée ou le vitrage qui la comprend peut donc avoir un aspect de surface brillant mais des performances thermiques médiocres. D'autre part, l'augmentation des épaisseurs des couches fonctionnelles métalliques provoque également une augmentation de la réflexion intérieure préjudiciable pour le confort esthétique. En outre, cette simple augmentation des épaisseurs des couches fonctionnelles métalliques ne permet généralement pas d'obtenir une couleur neutre en réflexion extérieure, en réflexion intérieure et en transmission. [0013] La présente invention résout ces problèmes. Elle concerne un matériau comprenant un substrat transparent sur au moins une surface duquel est déposé un empilement de couches comprenant trois couches fonctionnelles métalliques, Fl, F2 et F3, à base d'argent, d'épaisseurs physiques EF1, EF2 et EF3 respectivement, et quatre ensembles diélectriques de couches, E1, E2, E3 et E4 d'épaisseurs optiques sont EO1, E02, E03 et E04 respectivement, chacune des couches fonctionnelles métalliques F1, F2 et F3 à base d'argent étant disposée respectivement entre les deux ensembles diélectriques de couches, El et E2, E2 et E3, et E3 et E4, ledit matériau étant caractérisé en ce que : - le rapport de l'épaisseur physique EF1 de la couche fonctionnelle métallique Fl sur l'épaisseur physique EF2 de la couche fonctionnelle métallique F2 est compris entre 0,95 et 1,05 ; - l'épaisseur de la couche physique EF3 de la couche fonctionnelle métallique F3 est supérieure aux épaisseurs physiques EF1 et EF2 des couches fonctionnelles Fl et F2 ; - l'épaisseur optique E02 de l'ensemble diélectrique de couches E2 est comprise entre 60 et 80nm ; - l'épaisseur optique EO1 de l'ensemble diélectrique de couches El est comprise entre 200 et 250nm ; - les épaisseurs optiques EO1, E02, E03 et E04 sont telles que E02