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.
| 
