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Le verre dans le batiment

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par Hamid Zeroub et Mohamed Larbi
Université Mhelmed Bougara Boumerdes - Ingenieur d'etat en genie des materiaux 0000
  

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2- Principe de fabrication du verre feuilleté

Le verre de sécurité (feuilleté) est un assemblage de deux ou plusieurs feuilles de verre (recuit ou trempe) liée entre elles par un ou plusieurs films de polyvinyle butyral (PVB) ou d'autres matériaux synthétiques, résines ou gels peuvent être utilises.

Lors du processus de laminage, les verres sont places a 1'intérieur d'un autoclave puis soumise a une pression de 180 a 200 pascal combinée a une température oscillant entre 275 a 300C°. Ce précède assure aussi une parfaite adhérence des différents éléments entre eux, ainsi le produit rend transparent en éliminant 1'air emprisonne entre 1'intercalaire synthétique et le verre.

Alors le verre feuilleté est un matériau composite combinant les propriétés du verre aux propriétés de 1'intercalaire utilise (adhésion au verre, élasticité, résistance a 1'impact).

Figure 64.Chaine de fabrication du verre feuilleté

2.1- Films intercalaires

L'intercalaire, de par ses propriétés mécaniques et adhésives, joue deux rôles. Il permet d'une part de dégrader une partie de l'énergie d'impact par déformation viscoplastique et d'éviter la projection de fragments. D'autre part, après impact, il permet de conserver une tenue résiduelle assurant le maintien du vitrage.

Les films intercalaires permettent d'améliorer les performances du verre d'un point de vue mécanique mais aussi acoustique (atténuation de certaines fréquences) tout en conservant la propriété de transparence.

Son processus de fabrication lui permet aussi par adjonction de colorant d'être utilisé comme élément de décoration. Le type d'intercalaire peut varier suivant le niveau de performance recherché (polyuréthane, polycarbonate, résines bi-composants, polyéthylène, ...).

Nous nous intéresserons ici au seul cas du poly ([alcool de vinyle] -co- [butyrate de vinyle]) ou « polyvinyle Butyral » (PVB).

Ce polymère est le plus couramment utilisé pour les applications vitrages feuilletés grâce à son forte compatibilité avec le verre, liée à sa transparence et à ses remarquables propriétés adhésives, ainsi qu'à ses propriétés viscoélastiques garantissant une déformation importante avant rupture et un amortissement maximal des basses fréquences à température ambiante viscoélastiques garantissant une déformation importante avant rupture et un amortissement maximal des basses fréquences à température ambiante [10].

2.1.1- Fabrication de résine de polyvinyle Butyral :

Le film utilise pour la fabrication de verre feuilletés est en polyvinyle Butyral (PVB) obtenu par la réaction du butyraldehyde sur 1'alcool polyvinylique avec 1'addition d'un plastifiant.

Le polyvinyle Butyral s'obtient au cours d'un processus en trois étapes :

Première étapes : consiste à obtenir le poly acétate de vinyle a partir de la réaction d'acétylène avec 1'acide acétique comme suite :

Deuxième étape : Etant que 1'alcool vinylique monomère n'offre pas de résistance entant que compose libre et qu'il n'est pas disponible pour la polymérisation, une conversion du poly acétate de vinyle en alcool polyvinylique se fait par saponification en présence [11].

La troisième étape : le polyvinyle est obtenu par acétylisations de l'alcool polyvinylique avec du butyraldéhyde.

La résine de PVB est une poudre blanche crème qui se présente sous la forme d'un film et possède une élasticité suffisante pour son utilisation comme film de verre feuilleté de sécurité, la compatibilité avec les plastifiants est déterminée par la part de groupes hydroxyle libres et 1'humidité. Parmi les plastifiants appropries, alors par exemple Tester du polyéthylène glycol et de 1'acide adipique.

La nature et la quantité déterminent les propriétés du film (propriétés mécaniques, 1'adhérence sur le verre) [11].

Les produits obtenus à la fine preuve d'une élasticité très élevée. Deux exemples de plastifiants plus courants :

2.1.2- Caractéristiques physico-chimiques

· Transparence entre les feuilles de verre.

· Indice optique 1.47 proche de celui de verre (1.56).

· Resistance a la traction 200 à 250 Kg/Cm2.

· Allongement a la rupture 300%.

· Dilatation 7.7 X 10 beaucoup plus grandes que celle de verre
(9X 10'6).

· Densité : 1.07.

· Aptitude au collage avec le verre en fonction de 1'état de surface du verre, de la teneur en eau du PVB.

· L'épaisseur existant des feuilles de PVB de 0.38, 0.76, 1.14 ou 1.54.

2.1.3- Trempe thermique

Le renforcement du verre par refroidissement rapide était connu depuis le XVIIe siècle au moins. On savait qu'une goutte de verre fondu tombant dans de l'eau peut former une larme solide de très grande résistance mécanique. La surface en se figeant forme une coque solide remplie de matière visqueuse, car encore chaude, qui va se contracter en se refroidissant. Cette contraction produit une forte compression permanente dans les couches superficielles de la goutte à froid de sorte qu'il faut une force très grande pour produire la contrainte d'extension nécessaire au départ d'une fracture. Notons que la coque en se formant doit s'étirer pour envelopper son contenu qui est plus chaud.

C'est à cause de cet étirage, qui n'est que partiellement élastique, que la coque se trouve en compression lorsqu'elle et son contenu, après refroidissement, sont de nouveau à la même température. Le même principe s'applique aux feuilles de verre, industriellement, le refroidissement s'effectue maintenant par jets d'air (fig. 65).

Tous les autres moyens, tels que l'immersion dans de l'eau ou dans de l'huile, les pulvérisations ou le contact avec plaques métalliques, produisaient des casses intempestives ou, au mieux, des états de surface nécessitant un polissage [6].

Notons enfin qu'à cause du refroidissement rapide la température fictive du verre près de la surface est plus élevée que celle de l'intérieur et cette différence augmente les contraintes produites par la trempe thermique. Cette contribution serait d'environ 24% dans le cas une trempe industrielle d'un verre d'épaisseur 6 mm.La trempe d'une feuille de verre à l'aide de jets d'air est issue du Laboratoire des Glaceries de Saint-Gobain dirigé par Bernard Long, place des Saussaies, Paris. Comme d'autres, avant et après lui, il a cherché une trempe par pulvérisation d'eau. La découverte fut faite lorsque le débit d'air dans les pulvérisateurs était fort et que l'arrivée d'eau était restée fermée [6].

Figure 65. Principes d'installations industrielles de la trempe thermique de verre plat.

2.1.4) Trempe chimique

Lorsqu'une feuille de verre sodocalcique est immergée dans un bain de nitrate de potassium fondu, vers 400°C, des ions de sodium près de la surface sont remplacés par des ions de potassium.

A cause de la plus grande taille de ces derniers, cet «échange d'ions» donne lieu à une forte compression superficielle. Typiquement de 400 MPa, la contrainte est environ quatre fois celle obtenue par trempe thermique.

Il est important de noter que la contrainte diminue par relaxation visqueuse pendant le traitement de sorte qu'à la surface même la contrainte est au maximum dès les premiers instants de l'échange. La durée du traitement sert à obtenir l'épaisseur nécessaire pour la couche en compression.

Le niveau élevé du renforcement obtenu est l'avantage principal du procédé. Il y en a deux autres : la possibilité de renforcer du verre mince (ce qui n'est pas possible par trempe.

L'inconvénient majeur est le temps de traitement qui se chiffre en dizaines d'heures. Pour réduire cette durée (et augmenter les contraintes), on fait appel aux formules particulières.

Le procédé trouve une application dans les vitrages pour la construction aéronautique où une faible cadence de production n'est pas un inconvénient rédhibitoire.

Il permet de fournir l'élément assurant la résistance mécanique d'un pare-brise (résistance normalisée en particulier relativement aux chocs avec des oiseaux) avec une économie appréciable de poids [6].

2.1.5) Régime thermique de la trempe :

Les températures du four approximatives sont consignées par rapport aux épaisseurs du verre, plus l'épaisseur augmente plus la température diminue mais le temps de chauffage augmente de manière 40 sec/mm d'épaisseur.

Exemple : à une épaisseur du verre égale 3,5mrn, la température est de725°C - l'épaisseur égale 12mm la température est de 710 C (voir la courbe de régime thermique).

Figure 66.Schéma du régime thermique de la trempe

3) Applications

Selon la nature des intercalaires, le verre feuilleté peut être :

· Un bon isolant acoustique ;

· Résistant au vandalisme, à l'effraction ou aux tirs d'armes à feu, voire aux ouragans ou aux explosions ;

· Utilisé pour protéger les personnes de risques accidentels (pare-brise automobile, protection contre la chute dans le vide en cas de bris du vitrage, etc.);

· Utilisé dans des parois pare-flammes ou coupe-feu jusqu'à deux heures (verre feuilleté à intercalaire intumescent);

· Décoratif (film intercalaire de couleur, à motif, etc.);

· Opacifiant (film intercalaire à cristaux liquides);

· Photovoltaïque (intégration de cellules photovoltaïques dans le film intercalaire);

4) Types de verre feuilletéLes verres feuilletés se chassent en quatre types différents :

1. Les verres anti-effraction.

2. Les verres de sécurité avec alarme.

3. Les verres pare-balles.

4. Les verres à haute résistance.

4.1) Les verres anti-effraction : > Composition

Le verre de sécurité (anti-effraction) est composé de deux ou plusieurs feuilles de verre reliées entre elle par des feuilles de polyvinyle. Le nombre de feuilles peut atteindre jusqu'a 18 feuilles. Le type le plus mince étant : deux float de 2mm + Feuille de PVB 0.38mm.

> Protection

On parle généralement de sécurité simple lorsqu'on cherche à protéger les personnes centre les blessures graves en cas de heurt accidentel centre un vitrage.

Dans le cas de sécurité simple, le verre feuillète anti-effraction doit résister aux chocs d'un personne tombant centre un vitrage, ou a une effraction simple, sans utilisation d'objet lourd.

Si le verre se fissure, le PVB va maintenir les morceaux de verre ensemble et empêcher leur dangereuse dispersion.

Lorsque les vitrages sont exposes au vide, il doit rester en place et assurer une protection de chute au travers de ceux-ci.

Tableau8 : La résistance à l'impacte des verres feuilletés.

classe

Nombre d'impacte
avec marteau et
hache

Energie
accumulée

(joule)

Epaisseur totale
(mm)

Poids
Kg/m2

P6A

49

14850

14

30

P7A

64

17400

22

50

P7B

65

20950

23

50

P7B

72

25200

27

60

> Propriétés mécaniques

Le verre Anti-effraction résiste à la destruction d'un vitrage par le moyen d'un marteau et d'une hache réalisant une ouverture de 400X400mm.

> Types d'utilisation :

Le verre feuilleté double ou triple de type anti-effraction s'utilise pour :

· Les verres de fenêtres composés avec un verre isolant.

· Séparation de locaux.

· Cage d'escaliers.

· Verre de balcon.

· Vitrage en toiture.

· Vitrines.

· Protection de locaux contre 1'émeute, 1'effraction ou le vandalisme.

· Protection des biens.

· Protection centre l'explosion.

Tableau 9 : exemple de la composition de quelques verres feuilleté double et triple, anti-effraction.

Nbr de verre

Epaisseur
des verres

Nbr de PVB

Epaisseur
de PVB

Epaisseur
totale

Poids
Kg/m2

Dimension
maximum
(cm)

2

2-2

1

0.38

4.3

10.4

120*280

2

3-3

1

0.38

6.3

15.5

250*600

2

4-4

1

0.76

9.7

21.0

250*600

2

5-5

1

1.52

11.5

26.7

250*600

2

6-6

1

2.28

14.3

32.5

250*600

2

6-6

1

4.56

16.5

34.7

250*600

3

3-3-3

2

0.76

10.5

24.0

250*600

3

4-4-4

2

0.76

13.5

31.5

250*600

3

5-5-5

2

1.52

18.5

40.7

250*600

3

5-5-5

2

2.28

19.5

42.0

250*600

3

6-6-6

2

3.80

26.0

53.0

250*600

3

6-6-6

2

4.56

28.0

56

250*600

 

4.2) Les verres de sécurité avec fil d'alarme

Ce type du verre constitue de deux ou plusieurs feuilles de verre généralement trempées, reliées par des feuilles de polyvinyle Butyral avec insertion d'un réseau électrique de fils de cuivre extrêmement minces et a peine visibles, de 0.08mm de diamètre. Ce réseau est constitue d'un trame quadrillée ou de fils longitudinaux distant antre eux de 20 a 60mm. En cas d'effraction le fil conducteur se sectionne et déclenche automatiquement le dispositif d'alarme place a 1'endroit du verre ou relie au poste de police.

Figure 67. réseau electrique intercalé entre les feuille de verre. > Types d'utilisation

· Devantures d'établissement bancaires.

· Bijouteries, horlogeries.

· Salle de musée ; Collection d'objets d'art.

· Salles d'ordinateurs.

Les verres feuilletés avec insertion de fils d'alarme portent une grande résistance et signalisation en cas d'effraction.

Les verres de sécurité avec film d'alarme sont exécutes selon les types de verres feuillètes et triple.

Exemple 1 : de 1'assemblage de deux feuilles du verre et une feuille de PVB avec insertion de réseau électrique

Figure 68. 1'assemblage de deux feuilles du verre et une feuille de PVB avec insertion de réseau électrique

Exemple 2 : L'assemblage de deux feuilles du verre et deux feuilles de PVB avec insertion de réseau électrique.

Figure 69. L'assemblage de deux feuilles du verre et deux feuilles de PVB avec insertion de réseau
électrique.

4.3) Les verres pare-balles (anti-balle) :

Composition :

Les verres feuilleté anti-balle est un produit compose d'au moins trois couches de verre assemblées par plusieurs couches de matière synthétique. Lors de la fabrication, les couches de matière synthétique et les différentes couches de verre sont soumises à des pressions et des températures telles que ces couches adhérent d'une façon définitive.

> Protection

Le vitrage pare balles doivent établir une protection efficace et sécurisante entre un agresseur arme et les personnes qu'il menace. Us doivent résister a un nombre détermine de tirs de balles.

Le verre anti-balle ne devrait pas être utilise comme un verre anti-effraction : il a été con9u pour résister a des d'impacts de projectiles a grande vitesse et non a des impacts prolonges faits a 1'aide d'objets lourde (marteau, pierre, brique,.. .. etc.). Le verre anti-balle est un verre de sécurité multi-feuilleté, fabrique pour résister à la pénétration des projectiles d'arme à feu. Lors de Pimpant, I' onde de choc produit par le projectile fait en sorte que des éclats se détachent du cote protège. La conception du vitrage blinde fait en sorte que 1'énergie du projectile engendre un nombre très minime de particules. Les éléments à prendre en considération pour sélectionner le type de verre sont :

> Le taux de risque propre à 1'établissement ou au local à protéger, lie :

· Au type de bâtiment (établissements financiers... etc.).

· A la nature de 1'activité (ambassade, véhicule blinde).

· A la présence de personnel.

· A la rapidité et aux moyens d'intervention.

· A la puissance des armes a feu centre les quelles ou souhaiterait se prémunir.

> La résistance aux tirs d'armes a feu, liée :

· Au type d'armes.

· A la vitesse initiale du projectile.

· A la distance de tir.

· A la forme et a la composition de la balle et à la température du vitrage.

Les verres pare-balles sont divisés en deux catégories :

1- Les verres résistants aux armes de poing de faible puissance : 2- Tableau 10 : armes de faible puissance [11].

Epaisseurs des
verres (mm)

N° de feuille
de PVB

Epaisseur de
PVB

Epaisseur
totale (mm)

Dimension
max

6-6-6-6

3

0.76

26

254x449

4-12-4-4

3

0.76

28

254x449

6-6-6-6-6

4

0.76

32

254x449

8-8-6-8

3

1.52

33

254x449

2-Les résistants à toutes armes de poing Tableau 11: toutes armes de poing [11]

Epaisseur de
verre (mm)

N° de PVB

Epaisseur e
PVB

Epaisseur
totale (mm)

Dimension
max

6-15-5-4

3

0.76

32

254x449

5-15-5-4-4

4

0.76

36

254x449

> Avantage du produit : Confort acoustique :

Par sa composition, le verre feuilleté anti-balle augmente la valeur acoustique par rapport au verre ordinaire de même épaisseur. Confort thermique.

En simple et évidemment en double vitrage le verre feuilleté anti-balle augmente le confort thermique.

Confort visuel.

En faisant usage d'un film colore au lieu d'un film clair, le confort visuel est augmente.

Protection contre les rayons ultraviolets :

Le film de matière synthétique empêche pratiquement la pénétration des rayons ultraviolets et protège les objets exposes de la décoloration.

-Dimensions maximum de fabrication.

2500X3500mm avec un poids de 205Kg maximum par verre.

4.4) Les verres à haute résistance :

Les verres feuillètes a haute résistance sont un assemblage de deux verres trempes chimiquement et trois feuilles (deux feuilles de polyvinyle butyrate et. D'une feuille de polycarbonate). Le verre a trempe chimiquement offre une résistance mécanique d'environ cinq fois supérieure a celle du flot et résiste bien aux chocs mous, a 1'abrasion, au transpercement et a la coupe au moyen de dament [11].

Ce type du verre résiste milieu a 1'abrasion et produit chimique ainsi que Ce type du verre est considère comme un verre anti-feu, qui résiste généralement environ de 700c° pendant 4 heures. Ces avantages sont donnes par le film de polycarbonate qui possède des propriétés remarquables.

-Dimensions maximales : 300X195Cm.

> L'utilisation :

v' Les ateliers de fondre.

v' Les pistes d'aéroport et tout Les endroit ou il ya le risque de sante.

Figure 70.verre feuilleté à haute résistance [11].

1- Le double vitrage

1-1 Définition :

Un double vitrage est une paroi vitrée constituée de deux vitres séparées par une épaisseur d'air immobile, dite « lame d'air ». L'intérêt du double vitrage est de permettre une amélioration thermique et phonique, la lame d'air constituant un bon isolant, bien meilleur que le verre luimême. Le double vitrage permet ainsi de réduire l'« effet de paroi froide » d'où une diminution de la condensation en hiver et une diminution des pertes de chaleur soit un gain de 10 % de la consommation en chauffage.

En pratique la lame d'air est parfois constituée de gaz inertes (argon, krypton) afin d'améliorer l'isolation. Il existe aussi des triples vitrages, conçus pour apporter une isolation encore meilleure. Le triple vitrage, pour être intéressant, nécessite une attention particulière sur l'isolation au niveau des joints de menuiserie, car c'est en général par eux qu'a lieu le gros des déperditions de chaleur. Le triple vitrage est par exemple utilisé sur les trains à grande vitesse.

Un double vitrage standard a un indice uw d'environ 2,9 W/m2K, un double vitrage haute performance peut descendre jusqu'à 1,1 W/m2K.

Les épaisseurs sont souvent désignées de la façon suivante : A/B/C. Avec A, B, et C, les épaisseurs en millimètres des éléments (vitre extérieure, lame d'air, vitre intérieure). Des doubles vitrages courants sont en 4/16/4. Les deux vitres ont souvent la même épaisseur. Sinon, on parle de double vitrage asymétrique. Le double vitrage asymétrique permet une meilleure isolation phonique car les fréquences de résonnance des deux vitres sont différentes. En général, la vitre extérieure est souvent la plus épaisse : 10/10/4. Cependant, le sens n'a pas d'effet sur les performances d'affaiblissement acoustique. Seul lors de l'utilisation d'un vitrage feuilleté, le sens de mise en place sera conditionné par les contraintes de protection des personnes en fonction de leur situation vis-à-vis le vitrage.

Figure 71 .Composition d'un double vitrage isolant

Le dessicatif introduit dans l'espaceurs est destiné à assécher le gaz emprisonné à la fermeture du vitrage et à absorber la vapeur d'eau éventuelle. Le bon fonctionnement des barrières d'étanchéité et du dessicatif conditionne la durée de vie du vitrage.

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