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Assemblage de vitrages feuilletés
L'invention est relative à l'assemblage de vitrages feuilletés. Plus particulièrement, elle concerne les vitrages feuilletés dans lesquels la feuille intercalaire est constituée d'un matériau présentant les caractéristiques des matériaux du type polyvinylbutyral (PVB), matériaux communément utilisés dans la production de ces vitrages.
Diverses techniques ont été proposées pour réaliser ce type d'assemblage. Elles comportent toutes des étapes obligées.
Dans un premier temps la feuille intercalaire préalablement découpée est placée entre les deux feuilles de verre. On procède ensuite à une étape préliminaire dans laquelle la feuille intercalaire et les feuilles de verre sont immobilisées en position les unes par rapport aux autres avant de procéder à un traitement comportant une élévation sensible de la température.
Une autre étape obligée est celle de l'élimination de l'air qui demeure entre les feuilles. L'étape suivante correspond au collage des feuilles entre elles. C'est au cours de cette étape que les feuilles sont solidarisées de façon uniforme sur toute leur surface. C'est dans cette étape aussi que le vitrage acquiert sa transparence. Les finitions ultérieures peuvent comporter un émargeage de la feuille intercalaire si celui- ci n'est pas intervenu précédemment.
La dernière étape est pratiquement conduite dans tous les cas à température de 100 à 150 C et sous pression en autoclave, pour assurer un contact parfait entre les feuilles de verre d'une part, et la feuille thermoplastique intercalaire d'autre part. Les étapes précédentes laissent place à une certaine diversité de traitement.
Il est ainsi proposé de constituer le feuilleté stabilisé et dégazé, en soumettant l'ensemble à un vide poussé appliqué notamment à partir de la
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périphérie. Cette technique si elle conduit à de bons résultats est relativement difficile à mettre en #uvre. Elle nécessite des installations lourdes, et le temps de traitement est relativement long. Pour cette raison la mise en #uvre de cette technique est limitée en pratique aux assemblages que l'on ne peut commodément réaliser autrement. Il s'agit par exemple de la formation de vitrages feuilletés dont la géométrie est particulièrement complexe.
Dans une technique relativement lourde également, la stabilisation et le dégazage sont conduits en plaçant les feuilles superposées dans des sacs étanches souples dans lesquels on fait le vide. Ces techniques utilisées depuis de nombreuses années permettent l'assemblage de formes assez complexes sans toutefois atteindre aux possibilités des dispositifs indiqués précédemment dans lesquels le vide est appliqué à partir de la périphérie. Les installations, là également sont coûteuses, et l'entretien du matériel, et en particulier des sacs, est très contraignant.
Un autre type de technique propose de procéder à l'assemblage provisoire par calandrage de feuilles préalablement superposées. Ce calandrage est d'autant plus aisé que le bombage des feuilles est plus restreint et, en particulier, que celui-ci se limite à une seule direction. Les progrès récents dans ce domaine, telle que la possibilité de faire varier le profil des rouleaux de calandrage au cours du traitement d'une seule pièce pour se conformer en tout point à la courbure transversale du vitrage traité, permettent d'accroître la capacité de ce mode de traitement sans pour autant renoncer aux avantages essentiels que constituent un débit élevé, et un coût d'entretien de l'installation relativement modeste.
Le calandrage est normalement conduit en deux étapes. Dans la première, la température est volontairement limitée. Il s'agit en effet de chasser l'air et de commencer la stabilisation de l'intercalaire. A ce stade il faut éviter de sceller les bords du vitrage, opération qui ne permettrait plus d'évacuer convenablement l'air encore emprisonné dans les irrégularités de surface du matériau intercalaire. Dans la deuxième étape, on opère au contraire à température relativement haute pour que le ramollissement du matériau intercalaire, consécutif à une température plus haute,
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permette de sceller les bords, prévenant ainsi la rentrée ultérieure d'air, lorsque la pression ne s'exerce plus.
Ces opérations, jusqu'à la fixation de l'intercalaire sur les feuilles de verre, doivent prendre en compte les particularités de comportement du matériau de l'intercalaire.
Une première particularité concerne les caractéristiques dimensionnelles. Le matériau synthétique présente une certaine élasticité. Cette propriété est mise à profit dans le processus d'assemblage. Grâce à cette élasticité, la feuille intercalaire se conforme à la géométrie des feuilles de verre qui, nous l'avons indiqué, présentent souvent des formes complexes. L'élasticité fait aussi que dans les rouleaux de matériau intercalaire, la feuille se trouve habituellement sous forme légèrement étirée.
Les rouleaux de PVB sont par ailleurs conservés dans des conditions précises de température et d'humidité. Il est nécessaire de procéder ainsi pour éviter que les spires ne finissent par adhérer les unes aux autres. La température de stockage est ainsi comprise entre 6 et 10 C. Une autre solution pour éviter ce collage consiste à enrouler une bande de papier ou de matériau plastique approprié en même temps que celle de PVB, cette bande séparant ainsi chaque spire de la suivante. L'usage de ces rouleaux interfoliés est néanmoins très contraignant, notamment pour les opérations postérieures au stockage. Pour cette raison, le stockage réfrigéré est généralement préféré.
Dans ces conditions le PVB après déroulage et libération des contraintes générées lors de la mise en rouleau, ou lors du déroulage lui-même , et en revenant à la température ambiante, est sujet à une rétraction légère, de quelques pour-cent. La rétraction en question s'opère relativement lentement. Il n'est habituellement pas possible d'effectuer la découpe de la feuille intercalaire au format précis des feuilles de verre. Il faut tenir compte de ce qu'entre le moment de la découpe et celui où la position de l'intercalaire entre les feuilles de verre est fixée, la feuille aura rétréci et pourrait se trouver en retrait par rapport aux bords des feuilles de verre.
Le retrait de la feuille que l'on constate dès la température ambiante
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s'accélère et s'amplifie si l'on élève la température, ce qui est le cas lorsqu'on effectue la stabilisation sous une certaine température avant l'étape de scellement de bords du vitrage dans la première étape de calandrage.
Pour prévenir ces difficultés, la pratique est généralement de découper la feuille intercalaire avec un excédent non négligeable par rapport aux dimensions des feuilles de verre. Cet excédent est par exemple d'une dizaine de millimètres.
Par ailleurs, tenant compte des contraintes imposées par la tendance au retrait du matériau, il est également de pratique usuelle de procéder à un étirage de la feuille avant ou après la découpe de celle-ci. Dans cette pratique, on atteint et dépasse l'élongation élastique. La déformation imposée est destinée à compenser, en partie, la tendance naturelle au retrait indiquée précédemment. Elle permet aussi surtout d'adapter au mieux la découpe des feuilles intercalaires en fonction des dimensions d'origine du rouleau et de celles du vitrage à assembler. Le plus souvent, les feuilles pour les pare-brise sont étirées dans leur plus grande dimension pour compenser, au moins en partie, la différence de dimensions existant entre le haut du pare-brise et le bas de celui-ci.
Cette façon de procéder a pour avantage de réduire les chutes de matériau inévitables après découpe. Elle permet ainsi une économie de quelques pour-cent de ce matériau.
Après le déroulement et la découpe du PVB, et éventuellement l'étirage des feuilles, on procède normalement à une relaxation des feuilles pour leur permettre de retrouver une certaine stabilité comme il a été indiqué précédemment.
Ceci entraîne un entreposage des feuilles d'autant plus délicat qu'il doit être bien contrôlé. Il doit être suffisamment long pour assurer une relaxation convenable, et pas trop long, un entreposage trop long à température ambiante ayant pour effet de conduire au collage des feuilles entre elles. Ce stockage doit en outre être effectué dans des salles hors poussière en maintenant une certaine hygrométrie. Tous ces éléments ajoutent au coût de production.
L'invention se propose d'améliorer les procédés mis en #uvre pour assembler les vitrages feuilletés, en éliminant certaines au moins des contraintes exposées ci-dessus.
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Dans le procédé d'assemblage de vitrages feuilletés selon l'invention, le matériau intercalaire du type PVB, est déroulé, découpé en pièces qui sont immédiatement disposées entre les deux feuilles de verre, et stabilisé entre ces feuilles par un calandrage à une température voisine de la température ambiante, température qui n'excède pas 35 C.
Lors du calandrage les feuilles de verre sont soumises à des efforts principalement dans le sens de leur épaisseur. Une certaine composante de ces forces peut cependant se présenter dans le sens de progression des feuilles. Pour cette raison, et pour prévenir tout risque de déplacement des feuilles les unes par rapport aux autres, il est avantageux de les stabiliser avant de les soumettre à ce calandrage.
Pour cela il est proposé de presser l'assemblage immédiatement après qu'il est constitué, et à un moment où la position respective des feuilles est très précisément réalisée. La pression est suffisamment intense pour faire adhérer les feuilles de verre à la feuille intercalaire, mais cette pression est exercée sur une surface limitée. Il ne s 'agit pas de remplacer le calandrage lui-même, mais seulement d'éviter le glissement des feuilles. Pour cette raison le pressage se fait ponctuellement. Un nombre limité de points suffit pour garantir un maintien convenable de l'assemblage dans l'opération de calandrage qui suit.
A titre indicatif la pression exercée pour assurer le collage ponctuel est avantageusement de l'ordre de 20 à 60kg/cm2.
Dans son principe, l'invention vise à limiter au maximum les opérations initiales sur le matériau intercalaire, et en particulier les opérations qui touchent aux dimensions de la feuille. Il s'agit notamment de s'affranchir de la nécessité de la relaxation de la feuille après déroulage et découpe, opération qui nécessite un entreposage relativement long dans des conditions contraignantes. Il s'agit aussi, vis- à-vis de la pratique la plus usuelle, de supprimer l'étirage et ses conséquences sur l'étape de relaxation.
Les traitements jusqu'à stabilisation de la feuille intercalaire entre les feuilles de verre étant opérés à température ambiante, on minimise le retrait naturel et
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la nécessité de prévoir un temps de relaxation préalable. L'absence d'étirage des feuilles pour les raisons indiquées, va dans le même sens.
Il est important dans les opérations de déroulage et de découpe, d'éviter tout étirage significatif de la feuille. Si les manipulations ne peuvent écarter les modifications inhérentes aux propriétés élastiques de la feuille, on s'efforce de limiter ces modifications au strict minimum. On évite par exemple d'exercer une traction sur la feuille au cours de son déroulage. En pratique, les modifications dimensionnelles seront toujours maintenues inférieures à 2% au cours de ces opérations initiales.
La pratique relative à la relaxation conduit habituellement à entreposer les feuilles découpées pendant 24 heures pour s'intégrer commodément aux rythmes de production industrielle. Pour la mise en #uvre selon l'invention, l'intervalle entre le moment où le matériau intercalaire est déroulé, et celui où la feuille découpée introduite entre les deux feuilles de verre est stabilisée par calandrage à température ambiante, est aussi court que possible. Il est avantageusement inférieur à 3 heures et peut être amené à une demi-heure ou même moins dans les productions continues, l'idéal étant de faire en sorte que les opérations se succèdent sans interruption. Dans cette dernière hypothèse, le temps séparant le déroulage de l'intercalaire de sa mise en place entre les feuilles de verre peut être de quelques minutes seulement.
Le choix de ne pas étirer la feuille intercalaire, et l'absence de retrait important qui en résulte, permettent encore de faciliter certaines opérations d'assemblage. C'est le cas notamment de l'émargeage des feuilles. Précédemment, l'émargeage était réalisé à la fin du processus, après le passage dans l'autoclave, passage qui conduit au collage définitif des feuilles de verre par l'intercalaire.
Autrement dit, l'émargeage était repoussé au moment où le vitrage est définitivement assemblé, et où il n'existe plus aucun risque de modification de l'intercalaire. Cette façon de procéder présente certains inconvénients. Lorsque l'ensemble est passé à l'autoclave, la température atteinte conduit à un ramollissement de l'intercalaire très important. Ce ramollissement, qu'on peut aussi qualifier de fusion, fait que l'excédent de matériau intercalaire débordant de la périphérie des feuilles de verre se rabat sous l'effet de son propre poids ou de contraintes mécaniques et vient se coller sur les
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bords des feuilles de verre. D'autre part, après le processus d'autoclavage, l'excédent d'intercalaire a subi une transformation qui le rend plus dur et plus rigide. De ces faits, l'émargeage est rendu relativement difficile.
Il est notamment pratiquement impossible de procéder de façon automatisée. Une opération manuelle constitue à l'évidence une contrainte dont il est souhaitable de s'affranchir.
En procédant selon l'invention, il est avantageux d'effectuer l'émargeage dès que la feuille intercalaire est fixée entre les feuilles de verre, après le premier calandrage. A ce stade les bords de la feuille intercalaire s'étendant au-delà des feuilles de verre ne sont pas rabattus. Ils présentent aussi une certaine résistance à la flexion qui facilite la découpe. Compte tenu de la manière dont se présente l'intercalaire, l'émargeage peut être accompli de façon automatisée.
La réalisation de l'émargeage avant le passage à l'autoclave a, par ailleurs pour conséquence de modifier l'apparence du bord découpé de la feuille intercalaire. La découpe effectuée habituellement avec une lame qui est déplacée le long des feuilles de verre, introduit sur la section quelques irrégularités qui sont le résultat de l'effort supporté par la feuille intercalaire au cours de cette opération. Le couteau exerce nécessairement une certaine compression/traction sur la feuille plastique, effort qui entraîne des irrégularités sur la ligne de découpe.
Dans le processus selon l'invention, l'ajustement des dimensions de l'intercalaire conduit aussi à quelques imperfections sur le bord découpé, d'autant que le matériau qui n'est pas passé à l'autoclave est relativement élastique et se déforme sous la pression du couteau de manière qui ne peut être entièrement contrôlée. Néanmoins les irrégularités introduites lors de la découpe disparaissent lorsque le vitrage feuilleté est passé à l'autoclave. Le ramollissement assimilable à une fusion, qui s'opère dans l'autoclave, conduit à la formation d'une sorte de ménisque sur le bord de la feuille de matériau intercalaire. Autrement dit, les aspérités du bord du matériau sont fondues.
L'aspect est sensiblement plus lisse que pour les produits dont l'émargeage est effectué après passage à l'autoclave comme on l'indiquera de façon plus détaillée à l'aide des figures.
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Après les opérations initiales propres à la mise en #uvre de l'invention, l'assemblage des vitrages feuilletés se poursuit par des étapes plus traditionnelles.
L'ensemble sortant du calandrage à température ambiante, est en grande partie dégazé. Il est alors avantageusement définitivement dégazé et fixé par un calandrage à température plus élevée pour sceller les bords et éviter la possible pénétration à nouveau d'air par les bords du vitrage. Un tel calandrage est réalisé à une température inférieure à celle de fusion du matériau. Pour le traitement d'une feuille de PVB, la température est avantageusement comprise entre 75 et 110 C.
L'opération suivante est celle correspondant à la fusion sous pression.
Dans le cas de feuilles de PVB, cette opération est menée à des températures comprises entre 120 et 150 C. sous une pression de l'ordre de 10 à 16x105 Pa. Cette opération est réalisée avantageusement dans un simple autoclave.
Il est possible de combiner les étapes initiales selon l'invention avec d'autres techniques connues comme celles indiquées précédemment consistant à procéder au dégazage au moyen d'enveloppes souples ou d'anneaux de dégazage faisant le vide sur la périphérie des assemblages. Il est encore possible de poursuivre l'assemblage en passant ces enveloppes dans des enceintes où la température et la pression sont portées aux conditions indiquées précédemment. Les étapes du processus selon l'invention peuvent être combinées avec ces étapes connues, de telle sorte que l'on puisse continuer à utiliser des installations préexistantes. Néanmoins, il est avantageux pour bénéficier pleinement des avantages procurés par l'invention de procéder par calandrage à chaud et passage à l'autoclave comme indiqué précédemment.
L'invention est illustrée de manière détaillée à l'aide d'un exemple de mise en oeuvre, en faisant référence aux figures annexées dans lesquelles : - la figure 1 est un schéma synoptique montrant un ensemble d'étapes de mises en oeuvre d'un procédé de production de vitrage feuilleté selon l'invention - les figures 2 sont différentes vues schématiques présentant le comportement du bord de la feuille intercalaire selon les conditions d'émargeage.
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L'exemple de la figure 1 correspond à la préparation de pare-brise feuilleté comprenant deux feuilles de verre appariées bombées, et un intercalaire constitué par exemple d'une feuille de PVB de 0,76mm d'épaisseur.
La première étape consiste , partant du rouleau d'intercalaire 1, sortant de son stockage réfrigéré à 8 C , à dérouler et découper une feuille 2, de forme et dimensions correspondant à celles des feuilles de verre, avec des dimensions légèrement supérieures.
Le déroulage est effectué sans traction sur l'intercalaire.
Pour réduire le plus possible les pertes occasionnées par la découpe selon une forme générale trapézoïdale, les découpes sont réalisées, généralement en tête-bêche, les grandes dimensions s'étendant dans la longueur du rouleau, et en inversant le sens des pièces à chaque découpe.
Les pièces de PVB découpées sont immédiatement introduites entre les deux feuilles de verre et passées au calandrage à température ambiante, comme schématisé en 3.
Précédant ce calandrage, les feuilles peuvent être immobilisées les unes par rapport aux autres pour éviter leur glissement, par une opération de pressage en deux points situés dans la partie centrale du vitrage. Les points son bien espacés pour offrir une bonne résistance aux forces qui dans le calandrage auraient pour effet de faire pivoter les feuilles. Pour cela les points de pressage sont distants d'une fraction de la plus grande dimension du vitrage, qui n'est avantageusement pas inférieure au cinquième de cette dimension.
Après cette fixation par points l'ensemble est passé au calandrage dans le sens de la plus grande courbure du pare-brise, qui est normalement la courbure dans la longueur du pare-brise.
Le dispositif mis en #uvre est du type comprenant une multiplicité de rouleaux alignés sur un même axe qui peut être arqué pour tenir compte de la courbure transversale du pare-brise. Ce type de calandrage est limité aux assemblages qui n'ont qu'une courbure transversale réduite et pratiquement constante sur toute la longueur. Dans le cas où la courbure est plus importante et/ou
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n'est pas constante, les dispositifs sont plus complexes. Le profil de l'ensemble des rouleaux doit s'adapter pour correspondre à chaque instant à la courbure du verre dans une transversale déterminée.
Comme indiqué précédemment ce type d'adaptation instantané du dispositif à la courbure variable au défilé de la feuille de verre, est actuellement réalisé au moyen de séries de rouleaux indépendants les uns des autres, dont la positon relative est ajustée par des moyens de commande numériques.
La pression exercée par le calandrage est de l'ordre de 40kg/cm2.
Entre le moment où le PVB est déroulé et la fin de ce premier calandrage, sur la ligne de production industrielle, il s'est écoulé entre 10 et 15mn.
Les conditions dans lesquelles la feuille de PVB se trouve au cours de ces étapes de traitement, sont pratiquement celles dans lesquelles il est stocké.
Ultérieurement, l'ensemble issu du calandrage est en condition pour être émargé sa stabilité étant suffisante. Le bord 5 de l'intercalaire dépassant des feuilles de verre 4 est suffisamment rigide pour ne pas se rabattre. Il ne colle donc pas aux feuilles de verre et peut être commodément coupé, avantageusement de manière automatique ou robotisée.
A l'étape suivante schématisée en 6, l'assemblage est chauffé dans une étuve à une température conduisant à un ramollissement de l'intercalaire, sans atteindre celle de fusion complète. La température doit permettre le collage des bords à l'étape suivante. Une température typique est comprise entre 75 et 110 C, et le plus souvent comprise entre 85 et 90 C.
L'assemblage porté à cette température est immédiatement soumis à un deuxième calandrage schématisé en 7. Dans ce calandrage, les bords sont soumis à une pression légèrement supérieure à celle exercée sur le reste de la feuille, pour garantir un collage de ceux-ci qui interdise une entrée ultérieure d'air. En même temps que les bords sont scellés, comme il vient d'être indiqué, l'air résiduel emprisonné est expulsé. Pour obtenir le meilleur résultat possible, le sens de passage au calandrage est avantageusement inverse de celui de la première opération de calandrage.
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Pour constituer le vitrage avec la transparence requise, le matériau intercalaire doit être ensuite porté à température élevée et sous pression. L'opération est conduite, comme schématisé en 8, dans un autoclave. La température la plus élevée au cours du traitement, est de 120 à 160 C, et la pression peut atteindre de 10 à 16.105.Pa.
Après refroidissement la pile des vitrages 9 extraite de l'autoclave est prête à être expédiée, en pratique, sans nécessité de retoucher l'intercalaire. Elle est stockée habituellement sur des conteneurs adaptés aux formes et dimensions des vitrages, comme schématisé en 10.
Le profil du bord de la feuille intercalaire plastique fait l'objet des figures 2. A la figure 2a est présenté le feuilleté tel qu'il se présente habituellement au début du processus d'assemblage. Les feuilles de verre 11 et 12 prennent en sandwich la feuille intercalaire 13.
La découpe initiale de la feuille intercalaire est telle qu'elle déborde les limites des feuilles de verre. La découpe initiale laisse un bord 14 qui peut présenter certaines irrégularités aussi bien dans le sens de l'épaisseur de la feuille que dans celui du plan de celle-ci.
L'excès dimensionnel de l'intercalaire est choisi de manière à prévenir tout retrait qui conduirait l'intercalaire à des dimensions inférieures à celles des feuilles de verre, retrait qui peut apparaître notamment à l'exposition à la chaleur lors de l'étuvage de l'assemblage feuilleté. L'excès dimensionnel est fonction des risques de retrait. Ce dernier est d'autant plus important que la feuille aura été soumise à un étirage au début du processus. De façon habituelle la feuille intercalaire déborde les feuilles de verre d'une dizaine de millimètres.
La figure 2b présente schématiquement l'aspect de l'extrémité de la feuille intercalaire après passage à l'étuve conduisant au ramollissement de cette feuille. De façon habituelle, sans aller jusqu'à une fusion franche, le ramollissement est tel que le profil de la tranche de l'intercalaire est modifié. Les irrégularités de petite ampleur se dissipent pour donner un profil plus lisse 15.
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A la figure 2b, l'extrémité de la feuille est présentée comme dans le même plan que la partie de cette feuille prise entre les deux feuilles de verre. En fait si l'excès dimensionnel est sensiblement supérieur à l'épaisseur de l'intercalaire, ce qui est le cas le plus usuel, la feuille intercalaire passée à l'étuve tend à fléchir sous son propre poids, et le cas échéant à venir se recoller sur le bord de la feuille de verre inférieure.
La suite des opérations comprend nécessairement l'enlèvement de l'excès de l'intercalaire. Traditionnellement cette opération se fait par une découpe à l'aide d'une lame passée le long des feuilles de verre. L'opération est mal commode, notamment en raison du collage éventuel de l'intercalaire sur l'extrémité de la feuille de verre sous-jacente. Cette difficulté conduit souvent à devoir exécuter cette opération de façon manuelle.
La figure 2c illustre de façon schématique le type de profil du vitrage final lorsque l'émargeage est effectué après l'étuvage. Dans ce cas le bord de la feuille intercalaire est relativement irrégulier, ce qui n'est pas entièrement satisfaisant au niveau de l'aspect final, mais qui de surcroît peut s'accompagner de défauts liés aux efforts exercés sur cet intercalaire après l'assemblage.
Par comparaison avec le processus précédent, par les dispositions proposées selon la présente invention, il est avantageux d'émarger la feuille intercalaire dès que l'assemblage des deux feuilles de verre et de l'intercalaire est réalisé. Partant d'une configuration telle que schématisé en 2a, la découpe dans ces conditions donne dans un premier temps un bord de feuille intercalaire irrégulier comme schématisé en 2d. Cette configuration est modifiée lors du passage à l'étuve.
Comme précédemment, le ramollissement du matériau constituant l'intercalaire, fait disparaître les petites irrégularités de surface. Le bord final de l'intercalaire prend un profil légèrement bombé et relativement lisse de meilleur aspect.
La mise en oeuvre de l'invention a permis d'obtenir les vitrages feuilletés présentant toutes les qualités attendues, en particulier en terme d'absence de défauts optiques, tout en simplifiant le traitement conduisant à ces vitrages. Elle
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permet en particulier d'éviter les étapes de relaxation des feuilles intercalaires, simplifie la constitution de l'assemblage, et facilite l'émargeage des feuilles. Toutes ces améliorations ont pour conséquence une amélioration globale de l'économie du procédé.