Brevet FR3079548A1 — publié le 20191004

INTRODUCTION Les nécessités écologiques et économiques d'Economie d'Energie ont conduit à développer des vitrages isolants. Les vitrages sont parfois en polymère, par exemple en plexiglas, mais le plus souvent en verre. Au niveau mondial, les besoins d'isolation thermique sont très importants dans les régions tempérées et les régions froides. Le verre n'est pas une ressource infinie, il vient d'un sable aux caractéristiques particulières, qui devient une ressource manquante devant l'avidité du monde pour les immeubles en verre et béton. Le plexiglas, lui, avec apport d'énergie renouvelable, peut être issu de CO, de CO2 et d'hydrogène ou de méthane. ETAT DE l'ART SUR LES VITRAGES ISOLANTS EN VERRE Un vitrage isolant contient entre deux vitrages en verre de l'air ou de l'argon sur des épaisseurs de 16 millimètres environ pour faire isolation thermique. Selon les dimensions du vitrage, l'épaisseur du verre va de 4 à 10 millimètres. L'épaississement du verre est favorable à l'isolation phonique. L'épaisseur d'un double vitrage en verre est de 24 millimètres pour des vitrages codés « 4/16/4 » à une lame de gaz, et de 36 millimètres pour des vitrages codés « 4/12/4/12/4» à deux lames de gaz. Le double vitrage en verre a un coefficient de déperdition thermique d'environ 1,1 W/m2K. Le triple vitrage en verre a un coefficient de déperdition thermique d'environ 0,7 W/m2K, et à épaisseur égale de verre, n'apporte pas plus d'isolation phonique que le double vitrage.. Le triple vitrage apporte moins de chaleur dans l'habitation. En effet, le facteur g (la proportion d'énergie solaire qui est restituée effectivement à l'intérieur de la maison) du triple vitrage est d'environ 0,5 alors que le double vitrage a un facteur solaire g d'environ 0,65, soit une baisse des performances de près de 25%. De même, le triple vitrage en verre fait moins pénétrer la lumière dans l'habitation. En effet, le coefficient de transmission lumineuse Tl (la proportion de lumière qui est restituée effectivement à l'intérieur de la maison) est de 0,7 alors que celui du double vitrage est de 0,8. Enfin, les vitrages en verre sont très lourds (20 kg au m2 pour les double-vitrages en verre, 30 kg au m2 pour les triple-vitrages), ce qui impose des renforts onéreux aux fenêtres isolantes et à leurs paumelles, particulièrement lorsque celles-ci sont en PVC. Certains vitrages sont opaques au rayonnement infrarouge lointain pour éviter l'effet de serre l'été 45 50 55 2 LE PLEXIGLAS OU POLYMETHYLMETHACRYLATE Le Polymethyl Methacrylate ou PMMA, est un polymère du methylmethacrylate. Ses autres noms commerciaux sont Plexiglass, Altuglas, Lucite, Perspex , Setacryl, Crystalite, Nudec, et bien d'autres. 5 Le PMMA peut être moulé par compression, injection, coulée, soufflage et extrusion. Les feuilles et plaques de PMMA sont facilement thermoformées. Elles peuvent être pleines ou alvéolées. On peut facilement le métalliser. Le PMMA peut également être soudé par de nombreuses méthodes, par exemple par ultra-sons. 10 II existe une large gamme de compositions commerciales qui sont des copolymères avec différents co-monomères autres que le méthacrylate de méthyle. Avec le développement rapide de la polymérisation radicalaire contrôlée (PRC), un grand nombre de co-polymères blocs comme avec des methacrylates fluorés ont vu le jour. Le Butyl methacrylate parmi d'autres molécules peut être envisagé comme un co-monomère du 15 polymethyl methacrylate. Une autre version polymérique du methymethacrylate, obtenue à partir de la résine ELIUM à faible viscosité de la société ARKEMA, ici dénommée résine PMMA-MMA, imprègne très facilement des 20 fibres de renforts au prix de la perte de transparence. Cette résine permet des fabrications de composites avec des techniques telles que la pultrusion jusque-là réservées aux composites thermodurcissables. Ladite résine thermoplastique à faible viscosité est obtenue par des polymérisations différentielles du monomère methylméthacrylate MMA, 25 ladite résine PMMA-MMA étant décrite entre autres dans les brevets de la société ARKEMA W02013056845A2, W02014013028A1, W02014135815, W02014135816 et WO 2017121750 Al. Ladite résine est commercialisée avec fibres, catalyseurs, additifs, activateurs, monomères de MMA, oligomères de MMA et homo-ou co-polymères de MMA. 30 La synthèse de la résine PMMA-MMA thermoplastique Ledit monomère methylméthacrylate MMA peut être obtenu selon le procédé Alpha de Lucite, souvent dénommé «procédé alpha», qui utilise l'éthylène, du monoxyde de carbone (CO) et du méthanol (CH3OH) 35 comme matières premières pour produire du propanoate de méthyle. Ledit propanoate de méthyle se combine ensuite avec le formaldéhyde(HCHO) pour produire du MMA et de l'eau, ainsi qu'il est décrit dans l'article 40 «B. Harris. Acrylics for the future, Royal Academy of Engineering, Ingenia, issue 45, 2010,»* http://www.ingenia.org.uk/Content/ingeniatissuestissue45/Harris.pdf 50 3 L'optimisation du Cycle De Vie de la résine PMMA-MMA thermoplastique 5 et son intégration dans l'Economie Circulaire De plus, un matériau recyclable avec retour au premier usage comme le Methylmethacrylate peut avoir un Cycle De Vie guidé par les process de l'»Economie Méthanol» 10 L'Economie Méthanol décrit comment des molécules à plusieurs carbones peuvent être synthétisées à partir de molécules à un carbone (CO2, méthane, méthanol, etc), avec la possibilité d'attribuer à des objets fabriqués par l'Homme la vertu de puits de carbone ou de méthane. 15 L'Economie Méthanol est décrite par George OLAH, prix Nobel de Chimie en 1994, comme expliqué dans de nombreuses publications dont en particulier A.Goeppert, M. Czaun, J.P.Jones, G.K.Prakash, G.A.Olah. «Recycling of carbon dioxide and derived products to methanol- closing the loop.» 20 Chem. Soc. Review.43, 7995-8048, 2014 J. Kothandaraman, A. Goeppert, M. Czaun, G. A. Olah*, G. K. Surya Prakash. Conversion of CO2 from Air into Methanol Using a Polyamine and a Homogeneous Ruthenium Catalyst. J. Am. Chem. Soc., 2016, 138 (3), pp 778-781 25 Des voies directes du CO2 à l'éthylène existent aussi par électroréduction et catylseurs à base de cuivre, comme décrit ci-après. * D. Ren, Y. Deng, A. D. Handoko, C. S. Chen, B. S. Yeo. Selective Electrochemical Reduction of Carbon Dioxide to Ethylene and Ethanol on Copper(I) Oxide Catalysts. ACS Cotai., 2015, 5 (5), pp 2814-2821 30 C. Relier, R2. Krause, E. Volkova, B. Schmid, S. Neubauer ,A. Rucki, M. Schuster, G. Schmid. Selective Electroreduction of CO2 toward Ethylene on Nano Dendritic Copper Catalysts at High Current Density. Advanced Energy Materials, 2017, ledit méthanol pouvant, en effet, selon l'Etat de l'Art, 35 être transformé en éthylène ou en propylène, selon l'Etat de l'Art des voies MTO (Methanol to Olefins), comm MTE et MTP, respectivement (Methanol to Ethylene) et (Methanol to Polypropylene), ledit méthanol pouvant aussi, selon l'Etat de l'Art, être transformé en formaldéhyde, 40 le methylméthacrylate MMA pouvant finalement n'avoir comme seules matières premières que le CO2 et l'hydrogène, ou le CO2 et l'eau, ou le méthane et l'oxygène, ou le méthane et l'eau, 45 L'intérêt d'utiliser de préférence le méthanol comme matière première, tenant aux fait que d'une part, ledit méthanol peut être, selon l'Etat de l'Art, issu de CO2 et/ou de méthane, d'autre part, le CO2 est un acidifiant de l'océan menaçant pour la calcification des coraux, des mollusques et des crustacés et en même temps un gaz à effet de serre, et que le méthane est un gaz à effet de serre, 4 ledit méthanol pouvant être issu de CO2, selon l'Etat de l'Art, lorsque ledit CO2 est * réduit pour donner du monoxyde de carbone et de l'hydrogène, puis du méthanol, 5 * ou réduit pour donner directement du méthanol, ou électro-réduit pour donner directement du méthanol, cf Dia Milani , Ali Abbas et al. A model-based analysis of CO2 utilization in methanol synthesis plant». Journal of CO2 Utilization, 12-22, 2015 10 cf le brevet US 20060235091 Al «Efficient and selective conversion of carbon dioxide to methanol, dimethyl ether (DME) and derived products » décrivant comment convertir le CO2 pour produire * dans une première étape un mélange d'acide formique, de formaldehyde et de méthanol,. 15 et dans une deuxième étape de grandes quantités de méthanol et/ou de DME, ledit méthanol pouvant aussi être issu de méthane, selon l'Etat de l'Art, lorsque ledit méthane est * vaporeformé par la vapeur d'eau 20 * ou reformé «à sec» par le CO2 * ou partiellement oxydé par l'oxygène pour donner du monoxyde de carbone et de l'hydrogène, (le mélange étant dénommé «syngas»), puis du méthanol, 25 l'article d' Ali Abbaset al., A comparative study of CO2 utilization in methanol synthesis with various syngas production technologies, Journal of CO2 Utilization, 12, 62-76, 2015 montrant les paramètres de l'arbitrage entre le méthane et le CO2 comme matières premières primaires lorsqu'on veut produire du méthanol, 30 Des structures, profilés et pièces peuvent dès lors être à faible empreinte anthropique du fait qu'ils sont susceptibles d'inclure une résine spécifique qui peut être fabriquée à partir de gaz carbonique CO2 ou de méthane CH4, * le CO2 et le CH4 étant des gaz à effet de serre néfastes pour le climat, * le CO2 en outre acidifiant dangereusement les écosystèmes océaniques, 35 En conclusion, il est possible dans la voie du Methylméthacrylate MMA avec comme intermédiaire le méthanol, de fabriquer des profilés et structures recyclables, résistants aux UV, plus légers et aussi solides que 40 l'acier, tout en leur conférant la vertu de puits de carbone ou de méthane. 45 50 55 5 PULTRUSION ET THERMO-COMPRESSION 5 Parmi de nombreuses méthodes de fabrication de composites, le présent brevet utilise avant tout la pultrusion et la thermo-compression. La pultrusion est une technique de fabrication en continu, destinée à créer des profilés de section quelconque et constante, qui consiste à imprégner de résine des fibres longues par passage dans un bain, 10 puis à les tirer à travers une longue filière chauffée qui contrôle la teneur en résine et détermine la forme de la section, le passage dans la filière permettant d'écraser les fuseaux de mèches pré-imprégnées et d'obtenir une imprégnation régulière de la résine en éliminant l'air occlus dans lesdites fibres et à leur jonction, 15 et donc sans les défauts dûs à une porosité ou un excès de résine. le renfort (tissu, mat, fibres) étant conditionné en bobine, La principale limitation du procédé, outre les contraintes sur la géométrie des pièces, porte sur les directions des renforts ainsi mis en place. 20 En effet, la pultrusion installe des renforts axiaux (ce qui conduit à des comportements fortement anisotropes, avec des propriétés mécaniques satisfaisantes en résistance à la flexion, mais non-optimales en ce qui concerne la résistance au fluage et à la compression). Une méthode de fabrication complémentaire existe, dénommée le « pull-winding ». Le pull-winding consiste à effectuer un enroulement filamentaire autour d'une âme obtenue par 25 pultrusion et permet donc d'obtenir deux directions de renforts. Le thermo-estampage est une mise en forme selon un procédé discontinu par compression à une pression allant jusqu'à 20 bars, tandis que la thermo-compression est elle aussi une mise en forme selon un procédé discontinu par compression à des pressions de 100 à 300 bars en moyenne, avec un 30 grand écart-type. Il est possible de thermo-comprimer des profilés thermoplastiques pultrudés, voire même des profilés thermoplastiques fabriqués par pull-winding ou enroulement filamentaire. Il est possible de thermo-comprimer des déchêts broyés de produits themoplastiques à fibres longues ou continues ou de valoriser des chutes de production de composites thermoplastiques par 35 le procédé de thermo-compression . Cf. « Frédéric Ruch « Thermosaïc®, a Patented Technology for Thermoplastic Composite Materials Recycling » communications du CETIM et du CETIM-CERMAT au Salon JEC de Paris en mars 2017. » Cf « Julien Moothoo, Christian Garnier, Pierre Ouagne. Valorisation matière de chutes de production de composites thermoplastiques par le procédé de thermo-compression. Journées Nationales sur les 40 Composites. 2017, Jun 2017, 77455 Champs-sur-Marne, France » THERMOSOUDAGE DES THERMOPLASTIQUES L'Etat de l'Art du soudage thermoplastique se rapporte à des technologies diverses 45 dont les principales sont * le soudage par ultra-sons, * le soudage par induction, * le soudage avec résistance, * le soudage par plaques chauffantes, 50 * le soudage par gaz chaud, * le soudage par infra-rouge, * le soudage par laser. 6 DESCRIPTION Un module (21) d'ouvrant ou de cadre fixe ou de mur fixe de menuiserie (22) modulaire et légère 5 «Tout Polymethylmethacrylate, armature et double vitrage», de toute taille, est constitué de deux plaques (9), de surface inégale, respectivement thermosoudées de part et d'autre de quatre profilés (77) indépendants ou liés. Le thermo-soudage de l'ensemble isole une lame d'air (ou gaz) dans un volume d'une épaisseur interne de seize millimètres. 10 La plaque (91) de plus grande surface d'un module (21) peut être thermosoudée à la plaque (91) de plus grande surface d'un autre module (21) lorsqu'on veut des ouvrants ou des cadres fixes ou des murs fixes de menuiserie (22) modulaire et légère «Tout Polymethylmethacrylate» de grande surface, en particulier de grande hauteur. 15 La plus grande des deux plaques (91) est pourvue de charnières s'il s'agit d'un ouvrant de fenêtre battante, ou pourvue de roulettes s'il s'agit d'un ouvrant de baie coulissante. Selon une version de l'invention, le thermosoudage de plusieurs modules (21) est renforcé en y intégrant des profilés (17) 20 en Polymethylmethacrylate et de préférence renforcés de fibres. Selon une version de l'invention, lesdits profilés (17) sont au recto desdites plaques (91) de plus grande surface. 25 Selon une version de l'invention, lesdits profilés (17 sont au verso desdites plaques (91) de plus grande surface. Lesdits profilés (77), qui peuvent être soumis au pliage et pourvus de fibres de renfort, sont thermo-estampés ou pultrudés. 30 Lesdits profilés (77) sont: * selon une version de l'invention, thermo-estampés ou thermo-compressés et sans renfort fibreux, selon une version de l'invention, thermo-estampés ou thermo-compressés et pourvus de fibres pluri-directionnelles, 35 selon une version de l'invention, pultrudés en utilisant une résine à base de Methylmethacrylate à faible viscosité. 40 45 50 55 7 FIGURES Les Figures 1, 2A, et 2B représentent l'assemblage d'un module (21) de menuiserie 5 «Tout Polymethylmethacrylate, armature et double vitrage». La Figure 1 montre que ledit module (21) est constitué de deux plaques (9) de surface inégale thermosoudées à quatre profilés (77) (ici quatre profilés à section en U). 10 Les Figures 2A et 2B montrent que le thermo-soudage de l'ensemble isole une lame d'air ou un gaz. La Figure 3 représente le thermosoudage d'un premier module (21) «Tout Polymethylmethacrylate, armature et double vitrage» et d'un deuxième module (211) «Tout Polymethylmethacrylate, armature et double vitrage» en thermosoudant leurs deux plaques (91) de plus grande surface. 15 Le soudage est renforcé en y intégrant des profilés (17) en Polymethylmethacrylate, de préférence renforcés de fibres. Il est alors possible d'obtenir des ouvrants ou des cadres fixes ou des murs fixes de menuiserie (22) modulaire et légère «Tout Polymethylmethacrylate» de grande surface, en particulier de grande hauteur. 20 Les Figures 4A, 4B, 4C, 4D, et 4E récapitulent le procédé décrit dans les figures précédentes. La Figure 5 représente le thermosoudage de huit modules (21) «Tout Polymethylmethacrylate, armature et double vitrage» renforcé en y intégrant un profilé (17) en Polymethylmethacrylate et renforcés de fibres. Il en résulte un cadre fixe de menuiserie (22) modulaire et légère «Tout 25 Polymethylmethacrylate» de grande hauteur. Le même schéma peut être reproduit pour un ouvrant de fenêtre battante que l'on dote de charnières, ou pour un ouvrant de baie coulissante que l'on dote de roulettes. La Figure 6 représente la synthèse de la résine MMA et de de la résine PMMA-MMA 30 Le monomère methylméthacrylate MMA peut être obtenu selon le procédé Alpha de Lucite, souvent dénommé «procédé alpha», qui utilise l'éthylène, du monoxyde de carbone (CO) et du méthanol (CH3OH) comme matières premières pour produire du propanoate de méthyle. Une version polymérique du methymethacrylate, obtenue à partir de la résine à faible viscosité, 35 ici dénommée PMMA-MMA, REVENDICATIONS1) Module d'ouvrant ou de cadre fixe ou de mur fixe de menuiserie modulaire et légère «Tout Polymethylmethacrylate», armature et double vitrage», de toute taille, caractérisé en ce qu' un module (21) d'ouvrant ou de cadre fixe ou de mur fixe de menuiserie (22) modulaire et légère «Tout Polymethylmethacrylate, armature et double vitrage», de toute taille, est constitué de deux plaques (9), de surface inégale, respectivement thermosoudées de part et d'autre de quatre profilés (77) indépendants ou liés. Le thermo-soudage de l'ensemble isole une lame d'air (ou gaz) dans un volume d'une épaisseur interne de seize millimètres. La plaque (91) de plus grande surface d'un module (21) peut être thermosoudée à la plaque (91) de plus grande surface d'un autre module (21) lorsqu'on veut des ouvrants ou des cadres fixes ou des murs fixes de menuiserie (22) modulaire et légère «Tout Polymethylmethacrylate» de grande surface, en particulier de grande hauteur. Ladite plaque (91) de plus grand surface est pourvue de charnières s'il s'agit d'un ouvrant de fenêtre battante, ou pourvue de roulettes s'il s'agit d'un ouvrant de baie coulissante. 2) Module d'ouvrant ou de cadre fixe ou de mur fixe de menuiserie modulaire et légère «Tout Polymethylmethacrylate, armature et double vitrage», de toute taille, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le thermosoudage de plusieurs modules (21) est renforcé en y intégrant des profilés (17) en Polymethylmethacrylate et de préférence renforcés de fibres. 3) Module d'ouvrant ou de cadre fixe ou de mur fixe de menuiserie modulaire et légère «Tout Polymethylmethacrylate, armature et double vitrage», de toute taille, selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits profilés (17) sont au recto desdites plaques (91) de plus grande surface. 4) Module d'ouvrant ou de cadre fixe ou de mur fixe de menuiserie modulaire et légère «Tout Polymethylmethacrylate, armature et double vitrage», de toute taille, selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits profilés (17) sont au verso desdites plaques (91) de plus grande surface. 5) Module d'ouvrant ou de cadre fixe ou de mur fixe de menuiserie modulaire et légère «Tout Polymethylmethacrylate, armature et double vitrage», de toute taille, selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits profilés (77) sont thermo-estampés ou thermo-compressés et n'ont pas de renforts fibreux, 6) Module d'ouvrant ou de cadre fixe ou de mur fixe de menuiserie modulaire et légère «Tout Polymethylmethacrylate, armature et double vitrage», de toute taille, selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits profilés (77) sont thermo-estampés ou thermo-compressés et pourvus de fibres pluri- directionnelles. 7) Module d'ouvrant ou de cadre fixe ou de mur fixe de menuiserie modulaire et légère «Tout Polymethylmethacrylate, armature et double vitrage», de toute taille, selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits profilés (77) sont pultrudés en utilisant une résine à base de Methylmethacrylate à faible viscosité.