Le verre: élément intégré aux Edifices

Le procédé float a permis de proposer à l’industrie du bâtiment des surfaces vitrées de grande dimension et d’une perfection remarquable, non seulement du point de vue de la planéité mais aussi dépourvues de toute distorsion optique et de toute soufflure. Le procédé a, en outre, permis de faciliter bien d’autres aspects encore.

Le verre comme écran au soleil

Des recherches intensives ont permis de doter le procédé float de moyens ingénieux visant à contrôler l’énergie solaire pour un plus grand confort et plus d’économie. Des éléments peuvent aisément être incorporés au bassin ou compartiment de fusion afin de contrôler la longueur d’onde et le pourcentage de radiation transmis ou absorbés par le produit fini. Le cobalt et le nickel, le fer ferreux ou le fer ferrique, le cérium et le titane sont tous utilisés à des degrés différents afin de contrôler la transmission des ondes infrarouges ou ultraviolettes dans le but d’obtenir des effets visuels différents.

Les couches qui sont ainsi appliquées au verre constituent un autre moyen de modifier les propriétés solaires. Au début des années 80, le Groupe a mis au point une technologie permettant le dépôt de couche en discontinu des feuilles ou plaques de verre et ce, en ayant recours à la technologie de métallisation par pulvérisation cathodique sous vide appelée sputtering. Un matériau cible subi un bombardement ionique provenant d’un plasma incandescent et les atomes qui sont expulsés de la surface se déposent afin de former un revêtement sur le verre.

Les revêtements multicouches utilisant différents matériaux sont nécessaires afin d’obtenir la clarté ou la performance optique la meilleure qui soit. La modélisation par ordinateur signifie maintenant qu’il est possible de prévoir les propriétés optiques de revêtements intégrant sept couches ou plus, un minimum d’essais expérimentaux s’avérant uniquement nécessaires avant que ne soit lancée une production à plein régime. Des revêtements solaires hautement performants peuvent maintenant être produits avec des couches d’argent métallique ultra fines laminées entre des couches d’oxydes, ces revêtements associant une réflexion thermique proche infrarouge à une transmission visible élevée.

A la fin des années 80, les chercheurs du Groupe ont mis au point une alternative à la technologie de revêtement utilisant le dépôt chimique en phase vapeur ou CVD laquelle alternative, bien que ne pouvant pas rivaliser avec la remarquable performance solaire du produit déposé par projection, a permis de produire un verre plus fortement résistant à l’abrasion étant plus facile à manipuler et à poser. Le défi auquel les chercheurs doivent maintenant faire face consiste à élaborer des produits permettant d’étendre les caractéristiques techniques pouvant être offertes sur le marché.

Couches pyrolytiques

A la fin des années 80, le Groupe a réalisé son progrès le plus important en matière de technologie verre float depuis l’invention de celui-ci trente ans auparavant,  lorsqu’il fit part de sa réussite annonçant le dépôt de couche en continu pour la fabrication de verres à couches faiblement émissives, avec un rendement allant jusqu’à 1km par heure.

Le Groupe dispose maintenant d’une gamme complémentaire de produits à faible émissivité intégrant le produit à base d’argent fin Pilkington Optitherm™ déposé en discontinu (off line) ainsi que les produits Pilkington K Glass™ et Pilkington Energy Advantage™ fabriqués, quant à eux, en continu (on line).

Les produits fabriqués en continu reposent sur un revêtement semi-conducteur d’étain dopé avec des atomes fluorés. Ce revêtement, d’une épaisseur de 0,3 à 0,4 microns, présente la caractéristique inhabituelle de pouvoir transmettre tous les rayonnements lumineux tout en rejetant les ondes thermiques (infrarouges) à température ambiante. Le revêtement se dépose en quelques secondes grâce à un procédé de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) appliqué au verre à l’état brûlant pendant que celui-ci passe par les différentes phases de sa fabrication. Le revêtement est dur, cohérent et adhère parfaitement au verre lors de la coupe et de la manutention en raison du fait qu’il se dépose à haute température.

Un verre à couches faiblement émisives trouve habituellement son utilisation sur la face de la vitre intérieure d’un double vitrage isolant, face tournée vers l’espace vide situé entre les deux vitres. Le but recherché par un tel revêtement est de réduire de manière significative les pertes thermiques radiatives à l’intérieur de l’espace vide précité ainsi qu’au niveau de l’air extérieur. Le verre float lui-même dispose d’un fort pouvoir d’absorption des infrarouges et a la faculté de se réchauffer, mais le revêtement à faible émissivité n’irradie ou ne rayonne que faiblement à l’intérieur de l’espace vide.

Les revêtements dopés à l’étain sont depuis longtemps connus dans le monde de l’industrie mais les recherches de NSG Group se concentrent sur une mise au point très précise de leurs propriétés optiques par une meilleure appréhension de la composition chimique CVD ultra-rapide en pression atmosphérique ainsi que par une meilleure compréhension de l’interaction d’un nombre n de types de dopants tels que le fluor et les atomes d’étain.

Modélisation par ordinateur

NSG Group est venu prêter main forte aux architectes et concepteurs lesquels ont besoin de prévoir un environnement de vie dans les bâtiments. Les techniques puissantes ou très performantes de modélisation signifient qu’il est maintenant possible de concevoir en théorie des doubles vitrages isolants afin d’obtenir une performance solaire, une faible émissivité et une transmission visible qui soient d’une nature bien particulière. Cette aptitude permet de satisfaire aux besoins des clients qui recherchent des produits répondant à des critères précis de performance. Elle permet en outre de réaliser des économies considérables au niveau du temps qui est consacré aux essais en laboratoire concernant la production et la mesure d’échantillons.

La modélisation s’avère particulièrement utile lorsqu’il s’agit de prévoir les propriétés des combinaisons de couches, ou de revêtement, ainsi que celles des combinaisons de coloration du verre de base, de même que les propriétés thermiques et optiques des vitrages doubles isolants. Pour ce faire a été mis au point le Programme dénommé Pilkington Spectrum, lequel comprend une base de données portant sur les propriétés optiques des verres à couches et verres teintés dans la masse produits par le Groupe. Les propriétés optiques et énergétiques peuvent être ainsi calculées sans qu’il soit nécessaire d’effectuer des échantillons tests.

Il est possible de pousser plus loin le présent procédé : les verres peuvent être réunis dans des vitrages doubles isolants, à nouveau par le biais de la modélisation par ordinateur, et leurs propriétés calculées. Le programme pourra être mis en interface avec d’autres logiciels permettant ainsi de modéliser la performance thermique d’un édifice vitré de différentes manières, en calculant les besoins en énergie ainsi qu’en effectuant une simulation des degrés d’éclairage à l’intérieur de pièces représentées de façon simulée. Une gamme complète d’outils de modélisation est actuellement mise au point afin de faire se correspondre les besoins des clients avec les produits du Groupe.

Réalisations techniques et technogénie du verre

Les premiers essais faits par le Groupe afin de supprimer les châssis présents sur les vitrages et permettre aux architectes de visualiser des parois vitrées qui soient à l’épreuve des intempéries, et ce de manière permanente, furent entrepris très tôt au stade de l’existence du verre float. Le ‘Mur vitré Pilkington' utilisait des fixations de raccordement afin de fixer les panneaux vitrés en leurs angles, des montants centraux ou meneaux en verre afin d’obtenir une rigidité latérale et des composés transparents de silicone afin de sceller les panneaux en vue d’obtenir une superficie vitrée non-interrompue.

A compter du début des années 70, les chercheurs du Groupe commencèrent à travailler avec Sir Norman Foster & Partners, architectes londoniens, afin de concevoir une nouvelle technologie. En 1982 l’ingénierie de précision afférente au système Pilkington Planar™ du Groupe permit de substituer aux fixations de raccordement des boulons en acier inoxydable venant s’insérer dans des trous fraisés, afin de maintenir en place des parois vitrées pouvant aller jusqu’à une dimension de 4,2 mètres par 2. Jusqu’à huit boulons permettent de fixer à une charpente en acier, une œuvre de maçonnerie ou à un système de montants centraux ou meneaux en verre une paroi d’un poids de 315 kg.

Le verre relatif au système Pilkington Planar™ est intégralement renforcé et constitué du verre float trempé à chaud, l’épaisseur des panneaux à simple ou double vitrage étant déterminée par les situations ou régimes maximums de charge sous utilisation. Le verre feuilleté est également utilisé. Les trous de montage et de fixation représentent une caractéristique des plus importantes et font en permanence l’objet de recherches et d’essais en raison des contraintes induites en certains points du fait de la force du vent ou du poids de la neige ou du poids de la façade. La solidité et l’intégrité du mur rideau, ou dit façade rideau, en situation de contraintes extrêmes, tels que des vents violents ou des secousses sismiques, dépendent de manière décisive du comportement de dispositifs de fixation ayant été convenablement conçus.

Les contraintes induites autour des trous de fixation, lesquels se trouvent dans le vitrage hautement performant, sont étudiées soit directement grâce à une panoplie de mesures des contraintes soit simulées sur ordinateur en ayant recours à des analyses par éléments finis. Le système Pilkington Planar™ est également étayé par un service d’ingénierie, ou de conception technique, capable même de prendre en compte les situations de tremblements de terre ou d’ouragans.

La conception technique permet de réaliser des assemblages flottants pouvant atteindre une hauteur de 18 mètres. Le verre peut être bombé, ou dit à simple courbure, teinté dans la masse ou à couches, énergétique ou réfléchissant.

Les jauges extensomètriques placés autour du trou fraisé d’un panneau de verre Pilkington Planar™ permettent d’évaluer les contraintes se manifestant dans des conditions typiques de charges dues aux efforts du vent. Les données sont utilisées dans la conception de systèmes de vitrage structurel.

Une analyse par éléments finis permet de concevoir un modèle informatisé des réseaux de contraintes au niveau du verre et des fixations Pilkington Planar™.

Le système Pilkington Planar™ permet d’obtenir de grandes surfaces vitrées sans que cela vienne gêner la vue que l’on peut avoir depuis l’intérieur.

Matériaux anti-incendie

Le milieu des années 70 a vu la mise au point de Pilkington Pyrostop®, un vitrage de conception améliorée sans treillis permettant non seulement d’arrêter la propagation du feu mais ayant la particularité de rester froid du côté du panneau extérieur au feu. Le secret réside en l’intumescence – soit la constitution d’un écran opaque à la chaleur se formant in situ sous l’influence de cette dernière. Les couches intermédiaires de silicate de sodium (verre soluble), lorsqu’elles sont portées seulement à 1500 Celsius dans un incendie, libèrent de l’eau afin de former une mousse vitreuse de silicate, opaque à la fois à la chaleur et à la lumière.

L’existence de Pilkington Pyrostop®  a débuté en tant que composition feuilletée de verre multicouche et couches de silicate de sodium, produits par lot en discontinu et intégrés à un châssis métallique. Le nombre de couches variait en fonction des réglementations devant être satisfaites en matière d’incendie. Trois couches intumescentes de ce type permettaient de répondre à la plupart des spécifications retenues en milieu architectural. Mais une plate-forme pétrolière ou un pétrolier, ou bien encore des dispositifs en verre transparent destinés à protéger les trésors exposés à la vue du public, pourraient nécessiter de répondre à bien d’autres spécifications encore. La technologie a, à l’heure actuelle, été perfectionnée afin d’obtenir quasiment la clarté ou la limpidité du verre float.

Pilkington Pyrostop® peut fournir une protection contre le feu pendant une durée d’au moins 120 minutes, procurant à la fois une isolation à la chaleur rayonnante et une protection contre la fumée et la progression des flammes. Les progrès continuent de satisfaire à des réglementations toujours plus strictes en matière d’incendie.

Des études récentes ont conduit à la réalisation de revêtements polymères lesquels charbonnent, ou se réduisent en charbon sans flamber, lorsqu’ils sont soumis à la chaleur. Le résidu charbonneux se présentant sous l’aspect d’une mousse a d’excellentes propriétés ignifuges et continue d’adhérer fermement au verre. Les structures hybrides intégrant à la fois les couches de silicate et les couches polymères permettent des conceptions plus minces, plus légères et d’un coût plus réduit afin de répondre aux exigences spécifiques en matière de protection contre les incendies.

Lorsque Pilkington Pyrostop® est exposé au feu, l’intumescence a pour effet de transformer les couches intermédiaires de silicate de sodium en mousse de silice, opaque à la chaleur et à la lumière et adhérant fermement au verre même s’il venait à se briser.