Le verre : élément intégré aux véhicules

Le Groupe NSG et les sociétés qui lui sont affiliées sont les plus gros fournisseurs de verre au monde dans le secteur de l’industrie automobile. Le but poursuivi par le Groupe est de proposer globalement une gamme complète de possibilités aux clients du secteur automobile concernant les vitres posées sur véhicule et ce, en tirant largement partie de la technologie de transformation poussée qui est la sienne. En 2001, 1 véhicule léger sur 3 dans le monde entier était équipé de verre Pilkington.

Les surfaces vitrées continuent de s’accroître sur les véhicules automobiles, posant ainsi de nouveaux défis aux fabricants de verre.

Solutions apportées par le vitrage

De même que pour les édifices, le verre fait aujourd’hui partie intégrante d’une carrosserie automobile et remplit plusieurs fonctions. Les orientations au niveau de la conception requièrent à l’avenir une utilisation plus importante du verre ; soit des tolérances plus strictes et toutefois une demande pour des courbes plus complexes et plus accentuées. Le fabricant de verre doit pouvoir contrôler de manière très étroite le profil des températures au sein du verre tout au long du processus de mise en forme et ce, dans le cas où la forme d’ensemble de celui-ci, la qualité optique et les exemples de contraintes doivent être infailliblement atteints. Le souhait du concepteur automobile visant à obtenir de nouvelles formes, un vitrage qui soit plus mince et plus léger, une performance solaire améliorée ainsi que de meilleures caractéristiques acoustiques fait que ces éléments remettent constamment en question les possibilités techniques.

Cette complexité croissante a rendu plus sensible encore le besoin d’une simulation des procédés de modélisation. Les techniques de modélisation par ordinateur du Groupe permettent de prévoir les propriétés optiques d’un profil particulier de pare-brise, la façon très étroite dont tout procédé de cintrage, quel qu’il soit, permet d’obtenir la forme requise ainsi que de satisfaire aux tolérances, et la façon dont les problèmes liés à la fabrication peuvent être résolus. Les techniques de modélisation font appel à une analyse par éléments finis en se basant sur un réseau de points espacés d’environ 50 mm et répartis sur toute la surface du verre.

L’implication ou la participation des chercheurs du Groupe NSF au niveau de la toute première phase de la conception du véhicule automobile peut aider le client à identifier les éventuels problèmes de fabrication ou problèmes optiques, évitant d’avoir à procéder à une nouvelle mise au point ou re-modélisation au niveau de la phase finale. Les informations sont transmises électroniquement entre Pilkington et ses clients, évitant ainsi la nécessité de dessins et schémas et autres installations ou appareillages physiques qu’il peut y avoir dans la conception de nouveaux vitrages.

Les modifications dans la conception et la nécessité d’obtenir des vitrages plus minces afin de réduire le poids exigent le maximum des procédés de fabrication. Le Groupe soutient un programme approfondi et vaste de mise au point des procédés afin de se maintenir au courant des tendances ou orientations les plus récentes en matière de conception. Au lieu de ne tabler que sur le verre se cintrant pour prendre la forme exacte souhaitée sous des régimes thermiques minutieusement contrôlés, des techniques plus précises de presse sont maintenant requises afin d’obtenir les formes et les tolérances qui sont exigées. Pilkington a mis au point des procédés de Cintrage sous Presse plus Poussés afin d’affermir sa position en tant que fournisseur de produits les plus élaborés qui soient.

Afin de venir étayer ses procédés de fabrication, le Groupe élabore actuellement de nouvelles techniques de contrôle hautement performantes capables d’analyser chacun des aspects du composant - courbure, distorsion optique, qualité de la rive ou lisière, rayures – lorsque celui-ci prend forme. Ces systèmes permettront, dans le contrôle du procédé, un retour en temps réel des informations afin d’accroître les cadences de productions, ou rendements, et ainsi une diminution des coûts.

Systèmes de vitres pour véhicules

La tâche qui incombe au fournisseur des glaces destinées aux véhicules ne se termine pas une fois que le verre a été mis en forme. Pilkington procure à l’assembleur, procédant au montage du véhicule, des systèmes de pose des glaces permettant de simplifier l’assemblage.

Bon nombre de glaces sont munies aujourd’hui d’une garniture polymère moulée sur le pourtour. Il peut être donné une forme très précise à cette garniture afin que celle-ci puisse s’adapter parfaitement à la carrosserie du véhicule.

Une colle est appliquée par procédé automatique et la glace, ainsi ceinte de sa garniture, est montée sur la carrosserie par robot. Le fait de ceindre la glace d’une garniture permet d’intégrer par moulage à celle-ci des dispositifs de fixation, d’autres dispositifs conceptuels caractéristiques et même des charnières permettant l’ouverture des glaces sur des minibus et véhicules breaks.

Les scientifiques du Groupe NSG collaborent avec les fabricants automobiles et ce dès les premiers stades de la phase de conception des vitres destinées aux nouveaux modèles.

La modélisation de la distorsion optique fait utilisation de techniques très précises de localisation et de cheminement des rayons afin de proposer des mesures quantitatives ayant trait à la distorsion du verre destiné à l’industrie automobile.

Contrôle du confort

Les véhicules présentent des défis relatifs au contrôle solaire qui diffèrent de ceux inhérents aux édifices. Par exemple, et au vu de la réglementation, le concepteur doit conserver un degré minimum de transmission de la lumière - 75 pour cent pour les pare-brise en Europe, 70 pour cent aux E.U. Les occupants, ou passagers, sont exposés directement à la lumière solaire, parfois pendant de longs moments, mais doivent toutefois pouvoir se sentir à leur aise dans l’habitacle.

Les surfaces vitrées sont de plus en plus importantes sur les véhicules et les concepteurs élaborent de plus en plus des toits vitrés. Les passagers attendent un confort plus grand mais les concepteurs ne souhaitent pas accroître les coûts liés à la climatisation.

Idéalement, les vitres présentes sur les véhicules ne doivent pas permettre la transmission de rayonnements ultraviolets, doivent répondre aux prescriptions légales en matière de transmission de la lumière et ne doivent pas non plus permettre la transmission de rayonnements infrarouges. Les lois de la physique empêchent l’association de ces différents aspects mais le concepteur qui conçoit les vitres doit tendre vers ce but pour s’en rapprocher autant que possible.

Dans la réalité, le rayonnement solaire qui vient frapper la vitre d’une voiture est en partie réfléchi, en partie transmis et en partie absorbé par le verre. L’absorption élève la température du verre et ceci à pour effet d’accroître la chaleur alors transmise à l’intérieur de l’habitacle du véhicule.

Il est possible de contrôler ce processus de différentes manières : le verre teinté dans la masse augmente l’absorption ; des revêtements peuvent être utilisés afin de réfléchir une plus grande partie du rayonnement.

Ez-Kool™, un progrès essentiel concernant le verre teinté dans la masse et qui a vu le jour à la fin des années 80, représente un verre teinté en vert réduisant la transmission ultraviolette et ne transmettant que 44 pour cent du rayonnement infrarouge incident. Ceci représentait la première découverte et innovation d’importance aux E.U. dans le domaine du verre solaire depuis plusieurs décennies ayant conduit à une véritable révolution au niveau du vitrage des véhicules automobiles. Cette technologie a été adaptée au marché européen où elle est promue sous la marque Sundym™.

Cette technologie, poussée plus avant, a conduit au lancement d’un verre d’une teinte plus profonde, le Galaxsee™, en tant que glace solaire teintée destinée au marché des minibus et véhicules utilitaires polyvalents aux E.U. Ceci a eu pour effet de supplanter sur le marché les produits à couches d’un coût plus élevé. De même cette technologie est en cours d’application en Europe, comme faisant partie du champ d’action du Sundym™, et concerne, au niveau de l’arrière du véhicule, les toits vitrés et le verre à faible transmission teinté dans la masse.

Les revêtements sont également utilisés afin de contrôler l’apport ou gain thermique solaire à l’intérieur du véhicule. Dans les années 80 a été mis au point un pare-brise solaire hautement performant, le Kool-of™, pour lequel un revêtement multicouche était déposé par projection sur le verre (métallisation par pulvérisation cathodique). A la même époque fut lancée une gamme de vitres solaires sous le nom de Siglachrom ™. Ce revêtement effectué par métallisation par pulvérisation était inhabituel dans le sens ou ce premier pouvait être trempé pour être rendu plus solide. Les progrès réalisés dans le verre teinté ont toutefois permis d’apporter des solutions à moindre coût au problème de l’apport thermique solaire.

Un verre thermo-réfléchissant hautement performant permet de satisfaire un marché toujours plus exigeant. Une approche, répondant à ce besoin, utilise une couche intermédiaire métallisée par pulvérisation afin de produire un feuilleté solaire hautement performant commercialisé sous la marque Siglasol™. Tout en permettant d’obtenir une forte transmission de la lumière à 77 pour cent, le Siglasol™ réduit la transmission provenant de la chaleur du soleil à 47 pour cent. Ce verre feuilleté réfléchit 24 pour cent du rayonnement incident, quatre fois plus que ne le font les pare-brise classiques. La couche intermédiaire ainsi revêtue est complexe. Les verres feuilletés usuels ne comportent qu’une couche intermédiaire unique de polybutyral de vinyle (PVB). Le Siglasol™ comprend une couche intermédiaire en triple épaisseur – sur une couche mince de polyéthylène repose le revêtement multicouche métallisé par pulvérisation, venant s’intercaler entre deux couches de polybutyral de vinyle (PVB). Ce produit est maintenant utilisé pour les lunettes arrières et les glaces latérales de même que pour les pare-brise.

La demande pour des produits feuilletés hautement performants augmente sans cesse, ainsi les investissements, réalisés sur des installations du verre à couches par pulvérisation cathodique, seront rapidement rentables et permettront de répondre aux besoins sur ces marchés en progression.

De nouveaux produits solaires sont maintenant associés à des glaces d’une technologie plus avancée afin de procurer un confort thermique et acoustique ainsi qu’une protection aux individus et au véhicule. Les glaces thermo-réfléchissantes en verre feuilleté ou laminé, réalisées en verre semi-trempé, en sont un exemple.

Un pare-brise Siglasol™ permet d’obtenir une transmission exceptionnellement élevée de la lumière de même qu’une faible transmission de la chaleur de par des revêtements alternés d’oxydes d’argent et d’oxydes métalliques couchés sur un film polyéthylène.

Un verre ‘Intelligent’

Les concepteurs automobiles attendent des vitres d’un véhicule qu’elles remplissent des fonctions autres que celles d’une simple fenêtre. Ils souhaitent des fonctions complémentaires.

Pilkington a mis sur le marché depuis un certain nombre d’années déjà des pare-brise chauffants, intégrant des filaments métalliques très fins, ainsi que des lunettes arrières dotées de circuits chauffants imprimés.

Les antennes extérieures se présentant sous forme de tige attirent les vandales et, de plus en plus souvent, les véhicules en sont équipés de plusieurs. Il peut être besoin de plus d’une antenne pour optimiser la réception radio et d’autres encore peuvent être nécessaires aux téléphones mobiles, aux systèmes de sécurité, aux postes de téléviseurs, aux systèmes de guidage embarqués de même que pour les facturations automatiques de péage.

Le concepteur automobile n’a pas pour but de concevoir un véhicule qui soit tout hérissé d’antennes extérieures. Par conséquent, le fait de pouvoir les intégrer directement dans la vitre représente une solution ayant son attrait. L’utilisation d’antennes dites antennes ‘sur vitre’ est déjà un fait bien établi au Japon – pays leader dans le domaine de l’électronique appliquée à l’automobile – et prend de plus en plus d’ampleur en Europe, et plus particulièrement en Allemagne. Une grande maîtrise et compétence existent maintenant au sein du Groupe dans la conception de systèmes imprimés et d’antennes métalliques directement intégrés au verre.

Le Groupe a collaboré avec Jaguar au projet Prometheus, projet de recherche européen de premier plan lié à l’industrie automobile faisant partie intégrante du programme Eureka, afin d’apporter la preuve que les antennes directement intégrées dans le verre sont en mesure de répondre à tous les besoins prévisibles de communication ainsi qu’à la présentation au conducteur des données relatives au véhicule ou à l’itinéraire par le biais de systèmes d’affichage tête haute. Les systèmes d’affichage tête haute sont depuis longtemps utilisés en aviation militaire afin de projeter des informations à hauteur du champ de vision du pilote. C’est avec succès que le Groupe a modifié cette technologie de sorte qu’elle puisse être appliquée aux véhicules routiers et ce, pour un coût qui soit acceptable sur le marché. L’une des versions a recours à des éléments holographiques optiques réalisés à partir de nouveaux photo-polymères laminés au cœur même du pare-brise.

Concernant une autre collaboration au projet Prometheus, celle-ci a permis d’étudier l’utilisation de caméras infrarouges ainsi que de systèmes d’affichage tête haute visant à améliorer la vision du conducteur la nuit ou dans le brouillard.

Au E.U, le Groupe a mis au point un capteur ayant été breveté qui détecte l’humidité présente sur un pare-brise et qui active automatiquement les balais d’essuie-glace. Le capteur, fixé à l’intérieur du pare-brise, détecte l’humidité grâce à des diodes émettant une lumière infrarouge.

Au niveau d’un système de commande des balais d’essuie-glace, la pluie venant frapper la vitre interrompt un signal DEL. L’information est filtrée de sorte qu’il soit possible d’établir une distinction entre la pluie et une lumière diffuse et un microprocesseur active le moteur d’essuie-glace.

Outre les filaments métalliques très fins permettant de chauffer la glace, des antennes permettant une réception télévisée et A.M./M.F. sont directement intégrées au produit conçu par Pilkington Automotive.

Vitrages transparents de type complexe

Le Groupe NSG met en application ses compétences dans la conception et la fabrication de verres et de vitrages plastiques ainsi que de structures verre/plastique d’un type complexe afin d’équiper les aéronefs du monde entier de pare-brise et de verrières de cockpit hautement performants. Sa technologie s’appliquant au vitrage des aéronefs a pu être transposée avec succès à la fabrication de pare-brise chauffants, dotés d’une armature, résistants aux impacts et ce pour tous les types de transport par chemin de fer de même que pour les vitres d’automobiles et de véhicules blindés à l’épreuve des balles.

Des vitrages transparents d’un type complexe peuvent ainsi être crées provenant de l’assemblage de laminés entièrement en plastique ou en verre ou de laminés verre et plastique, comprenant des revêtements, des couches intermédiaires et des adhésifs spéciaux afin d’obtenir des caractéristiques techniques présentant un haut degré de performance. Les vitrages transparents des aéronefs doivent pouvoir résister à l’impact d’un oiseau de 2 kg lorsque l’avion vole à des vitesses allant jusqu’à 1100 km/h ; un essai standard auquel il est procédé, concernant les pare-brise de locomotives, consiste à projeter à l’aide d’un canon pneumatique un projectile en acier ou en béton venant frapper le pare-brise ; La locomotive du TGV français doit être apte à résister à un missile de 10 kg pointé sur elle et lancé à 300 km/h - à 30 000 joules, soit la plus forte énergie d’impact pour tout pare-brise de train. Une résistance balistique vis-à-vis des projectiles perforants doit pouvoir être obtenue concernant le vitrage des véhicules de sécurité. Les produits laminés, adaptés aux spécifications grâce à la modélisation et à la conception assistées par ordinateur, absorbent l’énergie cinétique provenant de tels impacts.

Les avions et locomotives à grande vitesse imposent des exigences rigoureuses pour une visibilité par tous les temps et ce sur une échelle de températures présentant des extrêmes de -80oC et de +100oC. Les concepteurs doivent intégrer des particularités ou des traits qui soient caractéristiques afin de maintenir la visibilité et le confort. Concernant le chauffage sont intégrés des filaments métalliques ou des films électro-conducteurs déposés par pulvérisation cathodique sous vide. Les revêtements conducteurs d’un type très poussé comprennent les revêtements hautement transparents Hyviz™ et E-Gold™ pour dégivrage, désembuage et contrôles de quadrillage radar et solaire. La durabilité de ces revêtements est telle qu’ils peuvent être utilisés dans le cadre de certaines applications au niveau des surfaces extérieures exposées des vitrages transparents en verre ou en plastique. Le revêtement CrystalVue™ résistant à l’abrasion, avec tout un groupe de revêtements protecteurs en polyuréthane hautement performants, offre des niveaux exceptionnels de durabilité de la surface et de protection pour les fenêtres de cockpit et les hublots de passagers sur les avions de ligne, pour les vitrages transparents destinés aux avions militaires ainsi que pour les produits dits de sécurité. Pilkington a également mis au point le Chemplex 2000™, un nouveau verre float chimiquement renforcé permettant d’obtenir des pare-brise encore plus légers et plus résistants.

Les pare-brise du Boeing 747 et de la locomotive à grande vitesse qu’est le TGV doivent permettre une visibilité par tout type de temps et une haute résistance aux impacts. L’hélicoptère EH101 présente un pare-brise laminé verre/plastique d’un type complexe.