FR2842242A1 - Vitrage isolant acoustique a effet de pertes thermo-visqueuses - Google Patents
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Abstract
Vitrage isolant acoustique comportant au moins deux feuilles de substrat (2, 3), assemblées à leur périphérie à l'aide d'un dispositif (4) formant joint étanche et cadre intercalaire, qui définit avec les deux feuilles de substrat (2, 3), une cavité plate (5) remplie d'un gaz, caractérisé par le fait que, sur au moins une partie de la périphérie de ladite cavité (5), est formée au moins une micro-cavité (5a, 5b), constituant une zone de pertes thermo-visqueuses à partir de ladite cavité (5) le long d'au moins l'une des parois internes des deux feuilles de substrat (2, 3) délimitant ladite cavité (5), les dimensions d'une micro-cavité (5a, 5b) étant choisies pour favoriser la propagation d'une partie des ondes acoustiques de la cavité (5) vers la micro-cavité, engendrant des pertes thermo-visqueuses et diminuant ainsi l'énergie acoustique de ladite cavité; des moyens (6e) étant prévus pour contenir les ondes acoustiques s'échappant de ladite micro-cavité (5a, 5b).
Description
VITRAGE ISOLANT ACOUSTIQUE A EFFET DE PERTES THERMOVISQUEUSES.
La présente invention concerne un vitrage à performances d'isolation acoustique améliorée. On utilise couramment dans le bâtiment des vitrages isolants pour améliorer l'isolation thermique des locaux. Les vitrages en question comprennent deux feuilles de verre généralement d'épaisseur différente, associées au moyen d'un cadre intercalaire qui les maintient à une certaine distance l'une de l'autre en emprisonnant entre
elles une lame d'un gaz, tel que l'air.
Différents moyens ont été proposés jusqu'ici pour améliorer les performances acoustiques des vitrages isolants, comme cela a été rapporté dans la demande internationale PCT WO 00/75473. Ces moyens peuvent notamment consister en un guide d'onde qui est disposé à la périphérie du vitrage et qui communique avec la lame d'air par plusieurs orifices dont la forme, la section et la position sont déterminées de manière à désaccorder les ondes acoustiques et mécaniques qui naissent respectivement dans la lame d'air et sur les feuilles de verre lorsque le
vitrage est soumis à un champ acoustique incident.
On connaît aussi, par la demande de brevet allemand DE-A-28 03 740, un double vitrage isolant acoustique comportant intérieurement, dans le but d'améliorer les performances acoustiques, un profil supplémentaire rapporté sur le cadre intercalaire
périphérique par l'intermédiaire d'une liaison élastique.
La Société déposante a recherché à améliorer encore les performances acoustiques de tels vitrages et elle a mis au point un nouveau type de configuration de profilé rapporté sur un cadre intercalaire ou associé avec lui, ce profilé formant contre les parois de substrat transparent des micro-cavités dans lesquelles les ondes acoustiques sont amenées à s' " épuiser " par frottement contre leurs parois en regard, provoquant des pertes thermo-visqueuses, c'est-à-dire transformant les ondes en énergie calorifique et, par là, diminuant l'énergie acoustique. Les vitrages selon la présente invention peuvent ainsi être qualifiés de vitrages " à effet de pertes thermo-visqueuses " et, comme le montrent les résultats indiqués ci-après, permettent des améliorations
notables des performances acoustiques.
La présente invention a donc d'abord pour objet un vitrage isolant acoustique comportant au moins deux feuilles de substrat, assemblées à leur périphérie à l'aide d'un dispositif formant joint étanche et cadre intercalaire, qui définit avec les deux feuilles de substrat une cavité plate remplie d'un gaz, caractérisé par le fait que, sur au moins une partie de la périphérie de ladite cavité, est formée au moins une microcavité constituant une zone de pertes thermo-visqueuses à partir de ladite cavité le long d'au moins l'une des parois internes des deux feuilles de substrat délimitant ladite cavité, les dimensions d'une micro- cavité étant choisies pour favoriser la propagation d'une partie des ondes acoustiques depuis la cavité vers la micro-cavité, engendrant des pertes thermo-visqueuses et diminuant ainsi l'énergie acoustique de ladite cavité, des moyens étant prévus pour contenir les ondes acoustiques s'échappant de
ladite micro-cavité.
Conformément à la présente invention, une partie des ondes acoustiques d'une cavité du vitrage est absorbée
principalement dans les moyennes et hautes fréquences.
Une micro-cavité se présente avantageusement sous la forme d'une lame mince dont la largeur est comprise entre 0,2 mm et 1 mm bornes incluses et la hauteur utile est au moins égale à 6 mm, de préférence au moins égale à 1 mm. Si l'épaisseur d'une micro-cavité est supérieure au millimètre, on n'obtiendra pas l'effet attendu de diminution de l'énergie acoustique de la cavité. Il est par ailleurs important que la hauteur utile de la microcavité soit suffisante afin que la surface de frottement de l'onde acoustique soit rendue importante, conduisant aux pertes thermovisqueuses qui sont estimées être la cause de la diminution de l'énergie acoustique. Il faut cependant souligner que l'augmentation de la hauteur utile de la micro-cavité sera limitée par la nécessité de conserver un clair de vue acceptable dans le cas d'un vitrage transparent. Conformément à un mode de réalisation intéressant de la présente invention, au moins une micro-cavité est formée sur au moins une face et au moins l'un des côtés du vitrage; en particulier, on pourra prévoir qu'au moins une micro-cavité soit formée sur chacune des faces du vitrage,
notamment sur toute la périphérie de ce dernier.
Dans une forme de réalisation particulière, une micro-cavité est formée entre la paroi interne d'une feuille de substrat et une paroi en regard d'un profilé disposé à la périphérie interne de la cavité et délimitant une chambre intérieure en communication avec la microcavité par au moins une ouverture pratiquée dans ladite paroi du profilé, ladite chambre permettant de contenir les ondes acoustiques s'échappant de la microcavité. En particulier, une ouverture est constituée par une fente longitudinale continue ou discontinue sur toute la longueur d'un profilé. On préférera une fente discontinue pour
maintenir la rigidité du profilé.
La ou les fentes seront disposées dans la partie inférieure du profilé à l'opposé de la cavité, à savoir, le plus près possible du fond des microcavités afin de rendre maximales la hauteur utile de la micro-cavité et par conséquent les surfaces de frottement. On comprendra que l'on entend par " hauteur utile " d'une micro-cavité, la distance entre le plan supérieur de la fente et celui o la
micro-cavité débouche dans la cavité.
Une fente pourra par exemple avoir une hauteur de
l'ordre de 1 mm.
Les -entes ont pour rôle d'assurer une circulation naturelle du gaz (air) pour forcer celui-ci à pénétrer dans la microcavité. Cette circulation est améliorée si l'on a prévu une configuration avec des microcavités sur chaque face du vitrage, ce qui représente un
mode de réalisation préféré.
Ainsi, le profilé est avantageusement constitué par un élément présentant une section au moins en U dont le fond en contact avec la cavité remplie de gaz et les ailes délimitent la chambre intérieure et les ailes délimitent chacune une micro-cavité avec la paroi en regard du substrat et coopèrent par leur base avec le dispositif
formant joint étanche et cadre intercalaire.
Conformément à une variante, le dispositif formant joint étanche et cadre intercalaire est constitué par un cadre présentant un fond en contact avec un joint de scellement périphérique adhérant aux bords internes des deux feuilles de substrat en regard, et des ailes disposées en regard des feuilles de substrat avec interposition d'un cordon de collage et d'étanchéité, continu ou discontinu, le profilé en U de formation des micro-cavités étant rapporté sur ledit cadre intermédiaire ou étant formé d'une seule pièce avec lui, auquel cas les ailes du cadre intermédiaire se prolongent pour former celles dudit profilé en U. Conformément à une autre variante, le dispositif formant joint étanche et cadre intercalaire est constitué par un feuillard périphérique adhérant aux tranches des deux feuilles de substrat, le profilé en U de formation des
micro-cavités étant rapporté sur ledit feuillard.
Les feuilles de substrat qui forment les doubles vitrages ou vitrages multiples selon la présente invention peuvent être constituées de verre monolithique, de verre
feuilleté, ou de verre feuilleté dit " acoustique ", c'est-
à-dire incorporant, comme feuille intercalaire située entre les feuilles de verre, au moins un film de matières
plastiques particulières ayant des propriétés acoustiques.
Dans ce cas, les performances acoustiques dues à ces films à propriétés acoustiques s'ajouteront à celles dues à la configuration dite " à effet de pertes thermo-visqueuses "
de la présente invention.
Pour mieux illustrer l'objet de la présente invention, on va maintenant en décrire des modes de réalisation particuliers avec référence aux dessins annexés sur lesquels: - la Figure 1 est une vue schématique en coupe transversale partielle dans une région de bordure d'un double vitrage conforme à une première variante de l'invention; - les Figures 2 et 3 sont des vues analogues à la Figure 1 d'un double vitrage conforme respectivement à une seconde et à une troisième variante de l'invention; et - la Figure 4 représente les courbes de l'indice d'affaiblissement acoustique en fonction de la fréquence pour différentes hauteurs de microcavités et
par rapport à un vitrage de référence sans microcavité.
Si l'on se réfère à la Figure 1, on peut voir que l'on a désigné par 1 dans son ensemble un double vitrage isolant acoustique, qui comprend deux feuilles de verre 2, 3, d'épaisseur différente, qui sont maintenues séparées au moyen d'un dispositif périphérique 4 formant joint étanche et cadre intercalaire, les feuilles 2, 3 et le dispositif 4 délimitant une cavité plate 5, étanche, contenant un gaz
tel que l'air.
Le dispositif 4 se compose d'un cadre intercalaire 6 consistant en un profilé qui comporte deux parois latérales 6a, 6b, chacune en contact avec la feuille de verre en regard avec interposition d'un cordon longitudinal de collage et d'étanchéité respectivement 7a, 7b. Les cordons de collage et d'étanchéité 7a, 7b sont continus. Le cadre 6 peut être métallique (par exemple en aluminium)ou en matière composite, et les cordons de collage et d'étanchéité, en caoutchouc butyle par exemple. Les deux parois latérales 6a, 6b sont fermées du côté interne par une paroi transversale avant 6c et du côté externe par une paroi transversale de fond 6d adhérant à un joint de scellement périphérique plan 8 en polysulfure qui est collé aux bordures internes des deux feuilles de verre 2 et 3 en regard. Le joint de scellement assure outre la fonction de collage et de maintien mécanique du vitrage, les fonctions d'étanchéité aux gaz, poussières et à l'eau liquide. Notons que l'étanchéité à la vapeur d'eau est assurée par les cordons de butyle 7a, 7b et par la présence
d'aluminium en face 6d.
Les deux parois 6a, 6b du profilé 6 comportent chacune, parallèlement au cordon de collage et d'étanchéité respectif 7a, 7b, une fente longitudinale respectivement
9a, 9b, qui peut être continue ou discontinue.
Il est ainsi constitué entre la feuille de verre 2 et la paroi 6a une micro-cavité Sa et entre la feuille de verre 3 et la paroi 6b une microcavité 5b, les microcavités 5a et 5b ayant la forme de lames minces débouchant dans la cavité 5, le gaz contenu dans celle-ci circulant par ces micro-cavités 5a, 5b et par les fentes 9a, 9b dans la chambre intérieure 6e du cadre intercalaire 6, lequel constitue également le profilé dit " à effet de pertes thermo-visqueuses " qui constitue une caractéristique de la
présente invention.
La représentation schématique de la Figure 1 n'est pas à l'échelle; on indiquera ci-après les dimensions caractéristiques principales - Epaisseur de la feuille de verre 2 4 mm - Epaisseur de la feuille de verre 3 6 mm Epaisseur de la cavité 5 20 mm - Epaisseur d'un cordon 7a, 7b / largeur d'une micro-cavité 5a, 5b 0,2 mm - Distance entre les parois 6c et 6d 20 mm - Distance entre la paroi 6c et la bordure supérieure d'une fente 9a, 9b / hauteur utile d'une micro-cavité 5a, 5b 15 mm On a représenté symboliquement sur la Figure 1, par la flèche F, le trajet d'une onde sonore dans la microcavité 5a. La configuration de la présente invention est telle que l'onde est incitée à se déplacer dans cette micro- cavité en subissant un frottement contre les parois délimitant cette micro-cavité, son énergie acoustique
diminuant grâce à ces pertes thermo-visqueuses.
A l'aide de mesures et de calculs, on a obtenu les indices d'affaiblissement acoustique en fonction de la fréquence pour des doubles vitrages conformes à la Figure 1 en faisant varier la hauteur utile des micro-cavités 5a, b: 4,5 mm; 6 mm; 11 mm et 16,5 mm, et en prenant comme référence un cadre intercalaire classique, sans fentes latérales, dont la paroi 6c se trouve dans le plan de la
bordure supérieure des cordons 7a, 7b (réf = air).
A partir de ces courbes, on peut calculer les indices globaux de gain RA, tr et de gain Rw par rapport à la référence, conformément à la norme EN ISO 717 partie 1 Hauteur utile des Gain RAtr /Réf Gain Rw /Réf microcavités (mm) (dB) (dB)
6,5 0 1
il 1 2
16,5 2 3
La variante de réalisation de la Figure 1 nécessite de modifier la hauteur d'un cadre intercalaire typique, tel que celui que l'on a utilisé pour le double
vitrage de référence.
Pour illustrer la variante de réalisation de la Figure 2, on a utilisé des chiffres de référence supérieurs de 10 à ceux utilisés pour désigner les éléments analogues sur la Figure 1. Cette variante diffère de celle de la Figure 1 par le fait que l'on a utilisé un cadre intercalaire typique fermé par une paroi transversale 16f disposée dans le plan de la bordure supérieure des cordons 17a, 17b et que, sur ce cadre, on a rapporté un profilé 16 comportant un fond 16c et deux ailes 16a, 16b comportant les fentes respectivement 19a, 19b. Le profilé 16 peut être rapporté sur le cadre intercalaire typique par tous
moyens tels que collage, soudage ou coextrusion.
Pour illustrer la variante de réalisation de la Figure 3, on a utilisé des chiffres de référence supérieurs de 20 à ceux utilisés pour désigner les éléments analogues sur la Figure 1. Cette variante diffère de celle de la Figure 1 par le fait que le dispositif 24 est limité à un feuillard périphérique 28 adhérant aux tranches des deux feuilles de verre 22 et 23, et que le profilé en U 26, qui comporte le fond 26c et les ailes 26a et 26b avec les fentes respectivement 29a et 29b, est directement rapporté sur le feuillard 28. Le feuillard 28 est par exemple en
aluminium et permet ainsi d'assurer une étanchéité totale.
Il est bien entendu que les modes de réalisation particuliers décrits cidessus ont été donnés à titre indicatif et non limitatif et que des modifications et variantes peuvent être apportées sans que l'on s'écarte
pour autant du cadre de la présente invention.
L'invention a été décrite pour un vitrage isolant comprenant au moins deux feuilles de substrat transparent verrier. Elle s'applique également à des vitrages isolants dont les substrats ne sont pas forcément transparents et/ou verriers, tels que des substrats en métal, polycarbonate, méthacrylate.
Claims (9)
1 - Vitrage isolant acoustique comportant au moins deux feuilles de substrat (2, 3; 12, 13; 22, 23), assemblées à leur périphérie à l'aide d'un dispositif (4; 14; 24) formant joint étanche et cadre intercalaire, qui définit avec les deux feuilles de substrat (2, 3; 12, 13; 22, 23), une cavité plate (5; 15; 25) remplie d'un gaz, caractérisé par le fait que, sur au moins une partie de la périphérie de ladite cavité (5; 15; 25) , est formée au moins une micro-cavité (Sa, 5b; 15a, 15b; 25a, 25b), constituant une zone de pertes thermo-visqueuses à partir de ladite cavité (5; 15; 25) le long d'au moins l'une des parois internes des deux feuilles de substrat (2, 3; 12, 13; 22, 23) délimitant ladite cavité (5; 15; 25), les dimensions d'une micro-cavité (Sa, 5b; 15a, 15b; 25a, b) étant choisies pour favoriser la propagation d'une partie des ondes acoustiques de la cavité (5; 15; 25) vers la micro-cavité, engendrant des pertes thermo20 visqueuses et diminuant ainsi l'énergie acoustique de ladite cavité; des moyens (6e; 16e; 26e) étant prévus pour contenir les ondes acoustiques s'échappant de ladite
micro-cavité (Sa, 5b; 15a, 15b; 25a, 25b).
2 - Vitrage selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'une micro-cavité (Sa, 5b; 15a, 15b; 25a, b) se présente sous la forme d'une lame mince dont la largeur est comprise entre 0,2 mm et 1 mm bornes incluses
et la hauteur utile est au moins égale à 6 mm.
3 - Vitrage selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la hauteur de la lame mince est au moins
égale à 11 mm.
4 - Vitrage selon l'une des revendications 1 à 3,
caractérisé par le fait qu'au moins une micro-cavité (Sa, b; 15a, 15b; 25a, 25b) est formée sur au moins une face
et au moins l'un des côtés du vitrage.
- Vitrage selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'au moins une micro-cavité (5a, 5b; 15a, b; 25a, 25b) est formée sur chacune des faces du
vitrage, notamment sur toute la périphérie de ce dernier.
6 - Vitrage selon l'une des revendications 1 à 5,
caractérisé par le fait qu'une micro-cavité (Sa, 5b; 15a, b; 25a, 25b) est formée entre la paroi interne d'une feuille de substrat (2, 3; 12, 13; 22, 23) et une paroi en regard (6a, 6b; 16a, 16b; 26a, 26b) d'un profilé (6; 16; 26) disposé à la périphérie interne de la cavité (5; ; 25) et délimitant une chambre intérieure (6e i 16e; 26e) en communication avec la micro-cavité (5a, 5b i15a, b; 25a, 25b) par au moins une ouverture (9a, 9b; 19a, 19b; 29a, 29b), pratiquée dans ladite paroi (6a, 6b; 16a, 16b; 26a, 26b) du profilé (6; 16; 26), ladite chambre (6e; 16e; 26e) permettant de contenir les ondes acoustiques s'échappant de la micro- cavité (Sa, 5b; 15a,
b; 25a, 25b).
7 - Vitrage selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'une ouverture (9a, 9b; 19a, 19b; 29a, 29b) est constituée par une fente longitudinale continue ou discontinue, agencée dans la partie inférieure du profilé à
l'opposé de la cavité plate (5; 15; 25).
8 - Vitrage selon la revendication 7, caractérisé par le fait que la hauteur de la fente (9a, 9b; 19a, 19b;
29a, 29b) est de l'ordre de 1 mm.
9 - Vitrage selon l'une des revendications 6 à 8,
caractérisé par le fait que le profilé (6; 16; 26) est constitué par un élément de section au moins en U dont le fond (6c; 16c; 26c) en contact avec la cavité remplie de gaz et les ailes (6a, 6b; 16a, 16b; 26a, 26b) délimitent la chambre intérieure (6e; 16e; 26e), et les ailes (6a, 6b; 16a, 16b; 26a, 26b) délimitent chacune une microcavité (5a, 5b; 15a, 15b; 25a, 25b) avec la paroi en regard du substrat (2, 3; 12, 13; 22, 23) et coopèrent Il par leur base avec le dispositif (4; 14; 24) formant
joint étanche et cadre intercalaire.
- Vitrage selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le dispositif (4; 14) formant joint étanche et cadre intercalaire est constitué par un cadre (6; 16) présentant un fond (6d); 16d) en contact avec un joint de scellement périphérique (8; 18) adhérant aux bords internes des deux feuilles de substrat (2, 3; 12, 13) en regard, et des ailes (6a, 6b; 16a, 16b) disposées en regard des feuilles de substrat (2, 3; 12, 13) avec interposition d'un cordon de collage et d'étanchéité (7a, 7b; 17a, 17b), continu ou discontinu, le profilé en U de formation des micro-cavités étant rapporté sur ledit cadre intermédiaire (14) ou étant formé d'une seule pièce avec lui, auquel cas les ailes (6a, 6b) du cadre intermédiaire (6) se prolongent pour former celles dudit profilé en U. 11 - Vitrage selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le dispositif (24) formant joint étanche et cadre intercalaire est constitué par un feuillard périphérique (28) adhérant aux tranches des deux feuilles de substrat (22, 23), le profilé en U (26) de formation des micro-cavités (25a, 25b) étant rapporté sur
ledit feuillard (28).
12 - Vitrage selon l'une des revendications 1 à
11, caractérisé par le fait qu'une feuille de substrat (2, 3; 12, 13; 22, 23) est constituée par un verre monolithique, un verre feuilleté ou un verre feuilleté acoustique.
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