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CA 02255400 1998-12-O1
STRUCTURE ACOUSTIQUE DE BATIMENT.
L'invention a pour but une structure acoustique de bâtiment répondant
au principe d'isolation masse-ressort-masse et comprenant des panneaux de
laine minérale.
L'invention sera décrite plus particulièrement pour une cloison
acoustique de bâtiment, mais elle ne se limite à ce type particulier de
structure
acoustique de bâtiment, les doublages verticaux, les planchers et les plafonds
destinés à l'isolation acoustique dans divers bâtiments entrent également dans
le cadre de l'invention.
L'isolation ou la correction acoustique de bâtiment est couramment
obtenue à partir de panneaux ou rouleaux de laine minérale dont le
comportement acoustique est, à ce jour, incontestablement reconnu pour ces
bonnes performances.
De nombreux systèmes masse-ressort-masse répondent aux critères
d'isolation ou de correction acoustique, les systèmes sont, par exemple, des
cloisons constituées de panneaux de laine minérale positionnés entre au moins
deux plaques de plâtre ou encore des doublages verticaux constitués de
panneaux de laine minérale associés à au moins une plaque de plâtre et collés
ou fixés mécaniquement à un mur maçonné ou en béton. Les variantes de ces
systèmes sont extrêmement nombreuses, leurs performances dépendant de
trois paramètres : masse surfacique et nature des parois, épaisseur et nature
du ressort et épaisseur et nature de l'amortisseur.
A l'heure actuelle, on remarque une demande croissante de systèmes de
plus en plus performants que ce soit en terme d'isolation acoustique qu'en
terme de correction acoustique, en particulier dans les secteurs hors bâtiment
d'habitation. En effet, de nombreux bâtiments industriels, de complexes de
loisirs s'implantent dans des zones urbaines et la réglementation acoustique
en
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vigueur exige dans le cas de tels bâtiments que l'isolation acoustique
générale
soit supérieure à 50 dB(A), c'est à dire que l'isolation entre les locaux eux
même, l'isolation de l'intérieur vers l'extérieur du local et l'isolation de
l'extérieur vers l'intérieur du local soient supérieures à 50 dB(A).
Cependant, à cette demande de systèmes de plus en plus performants
s'ajoute le besoin de réaliser des systèmes acoustiques utilisant des
composants industrialisés présentant un excellent rapport performance/coût.
L'invention a pour but une structure acoustique de bâtiment répondant
au principe d'isolation masse-ressort-masse qui permet d'obtenir une isolation
très performante et qui soit rapide et simple à poser afin de diminuer le coût
global du système.
Ce but est atteint par une structure acoustique de bâtiment répondant
au principe d'isolation masse-ressort-masse, les deux masses du système
masse-ressort-masse comprenant chacune au moins un élément rigide et étant
séparées par au moins un panneau de laine minérale associé à au moins une
lame d'air. Ladite structure est telle que les éléments rigides sont des
plateaux
à section en U et sont garnis à l'intérieur du U d'au moins une laine
minérale.
De préférence, les deux masses du système sont fixées mécaniquement à des
éléments du bâtiment, avantageusement les deux masses du systèmes sont
disposées de part et d'autre des éléments de l'ossature du bâtiment.
De cette manière, les plateaux ainsi garnis constituent les masses du
système dont on contrôle la masse surfacique grâce au garnissage et ce
garnissage ajoute à l'effet de masse, les qualités intrinsèques des laines
minérales pour leur comportement acoustique. Cette association d'un plateau
et d'une laine minérale constitue ainsi un parement acoustique efficace.
De plus, de tels éléments rigides fixés à des éléments du bâtiment tels
que des éléments de l'ossature du bâtiment servent également d'ossature
porteuse. En effet, contrairement aux cloisons constituées de panneaux de
laine minérale positionnés entre au moins deux plaques de plâtre, ces plaques
constituant les masses du système, il n'est pas nécessaire d'utiliser une
ossature métallique en supplément de l'ossature du bâtiment pour fixer
lesdites masses du système. De cette manière, l'emploi de tels éléments
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rigides permet de supprimer cette ossature métallique et ainsi la pose des
masses du système est simplifiée et plus rapide.
De manière avantageuse, l'indice d'affaiblissement acoustique de la
structure est supérieur à 50 dB (A) et de préférence supérieure à 60 dB (A).
Selon une réalisation avantageuse de l'invention, les extrémités des ailes
du U du plateau ont des formes complémentaires permettant d'emboiter les
plateaux les uns dans les autres de sorte que les fonds des plateaux forment
une surface continue. De cette manière, il est possible de réaliser de grande
surface en minimisant les points d'attache des plateaux aux éléments du
bâtiment _; les plateaux s'emboitant les uns dans les autres, ils peuvent être
fixés mécaniquement sur une seule de leurs extrémités.
Selon une variante préférée de l'invention, l'une desdites extrémités est
un simple pliage vers l'extérieur du plateau et l'autre extrémité est profilée
de
manière à recevoir l'extrémité pliée d'un autre plateau et à présenter une
aile
qui s'étend vers l'extérieur du plateau parallèlement au fond du plateau. De
cette manière, l'emboitement de deux plateaux est simple et rapide.
Avantageusement, l'extrémité profilée permet, grâce à l'aile, de réaliser la
fixation du plateau facilement car l'accès à cette aile reste dégagé une fois
le
plateau mis en place. Par ailleurs, cette extrémité profilée permet un
positionnement et un maintien du garnissage du plateau sans risque de
détérioration. La partie recevant l'extrémité pliée d'un autre plateau réalise
le
positionnement et le maintien au niveau de cette partie du plateau et dans la
partie opposée du plateau, le garnissage est maintenu par l'aile de
l'extrémité
profilée du plateau voisin.
Selon une variante de l'invention, au moins un des plateaux est en tôle
pleine.
Selon une seconde variante de l'invention, au moins un des plateaux est
en tôle perforée, ces perforations du plateau permettant de bénéficier du rôle
dissipateur des laines minérales garnissant le plateau. De cette manière, la
structure est non seulement performante en terme d'isolation acoustique, mais
en plus, elle est performante en terme de correction acoustique, celle-ci
présentant un bon coefficient d'absorption.
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Selon une réalisation préférée de l'invention, les plateaux sont fixés aux
éléments du bâtiment par l'intermédiaire d'un distanceur simple ou acoustique.
Ces distanceurs permettent avantageusement d'augmenter l'épaisseur
de la lame d'air du système masse-ressort-masse en augmentant l'écart entre
les deux masses du système .
Les distanceurs acoustiques permettent également de rendre, sur le plan
acoustique, les masses indépendantes en évitant la transmission des
vibrations.
Avantageusement, le distanceur simple ou acoustique présente une
longueur d'entretoise réglable. De cette manière, on peut régler l'épaisseur
de
la lame d'air selon le besoin à partir d'un unique type de distanceur.
Selon une variante avantageuse de l'invention, les plateaux sont garnis à
l'intérieur du U d'une laine minérale de forte masse volumique telle que, par
exemple, de la laine de roche. La laine de roche, ayant une masse volumique
1 5 généralement plus élevée que la masse volumique des laines de verre,
permet
d'augmenter la masse surfacique générale du plateau en comparaison avec
l'emploi d'une laine de verre.
Selon une autre variante de l'invention, les plateaux sont garnis à
l'intérieur du U d'une laine minérale de faible masse volumique telle qu'une
laine de verre et d'au moins une charge supplémentaire, telle qu'une plaque de
plâtre, positionnée au fond du plateau ou en surface. De cette manière, la
masse surfacique générale du plateau est contrôlée par l'adjonction d'élément
à forte masse volumique.
Selon une réalisation préférée de l'invention, le fond des deux plateaux
est tourné vers l'extérieur de la structure.
De cette manière, la laine minérale garnissant l'intérieur des plateaux
combinent trois fonctions acoustiques fondamentales. Elle augmente la
masse, elle joue un rôle d'amortisseur complémentaire et elle permet
d'augmenter l'épaisseur de la lame d'air. Ce type de réalisation est
particulièrement performant pour l'isolation acoustique.
Selon une autre réalisation de l'invention, le fond des deux plateaux est
tourné vers l'intérieur de la structure.
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De cette manière, la laine minérale combinent deux fonctions
acoustiques fondamentales. Elle augmente la masse et elle joue un rôle de
dissipateur. Ce type de réalisation est avantageux pour la correction
acoustique.
5 Selon une autre réalisation possible de l'invention, le fond d'un des
plateaux est tourné vers l'extérieur de la structure et le fond du second
plateau
est tourné vers l'intérieur de la structure.
De cette manière, on retrouve les fonctions acoustiques fondamentales
décrites précédemment en fonction de l'orientation des panneaux. Ce type de
réalisation est particulièrement adapté pour la réalisation de l'enveloppe de
bâtiments.
Selon une variante avantageuse de l'invention, les plateaux constituent
le support des parements nécessaires à la finition de la structure acoustique
tels que, par exemple, des plaques de plâtre ou des bardages. De tels
parements peuvent avoir une fonction purement esthétique, mais ne doivent
pas nuire au comportement acoustique des laines minérales. En effet,
lorsqu'elles jouent un rôle de dissipateur, l'habillage se fera, par exemple,
par
une tôle perforée ou par un matériau absorbant. En tout état de cause,
l'emploi
de divers parements sera d'une manière générale fonction de critères
d'isolation acoustique, de correction acoustique, d'esthétisme, de résistance
au feu, de coût ...
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront ci-après de la
description d'exemples de réalisation selon l'invention en référence aux
figures
qui représentent
Figure 1 : une coupe horizontale d'une structure acoustique selon
l' invention.
Figure 2 : une coupe horizontale d'une autre structure acoustique selon
l' invention.
Figure 3 : une coupe verticale d'un premier type de réalisation d'une
structure acoustique selon l'invention.
Figure 4 : une coupe verticale d'un second type de réalisation d'une
structure acoustique selon l'invention.
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Figure 5 : une coupe verticale d'un troisième type de réalisation d'une
structure acoustique selon l'invention.
Les différentes structures acoustiques représentées sont constituées de
plateaux 1 et 2 garnis de panneaux 3 de laine de roche et séparés par des
panneaux 4 de laine de verre associés à une lame d'air 5.
Selon ces représentations, les plateaux 1 et 2 sont des plateaux en tôle
pleine galvanisée présentant une section en U et une épaisseur de tôle de
0,75 mm.
Les dimensions des plateaux 1 et 2 sont 70 mm de profondeur, 400
mm de hauteur et 3,25 à 8 m de longueur, cette longueur sera adaptée à la
distance entre les deux éléments de l'ossature du bâtiment sur lesquels les
panneaux 1 et 2 vont être fixés. Ces éléments de l'ossature du bâtiment sont
représentés aux figures 1 et 2 sous la forme de poteaux 6 et 7 en structure
métallique.
D'une manière avantageuse, les plateaux 1 ou 2 s'assemblent entre eux
par emboîtement de leur côtés 8 et 9. De cette manière, on obtient facilement
la hauteur ou la largeur de la structure acoustique par positionnement des
plateaux 1 ou 2 emboîtés entre eux.
Selon ces représentations, le côté 9 présente une languette 17 qui
s'insère dans la zone profilée 18 du côté 8 d'un plateau 1 ou 2 voisin, les
deux
plateaux 1 ou 2 ainsi emboités ont leurs fonds 10 ou 1 1 situés dans un même
plan. De façon avantageuse, l'aile 19 du côté 8 permet de réaliser la fixation
des plateaux 1 ou 2 aux éléments du bâtiment par tous moyens connus de
l'homme du métier tels que, par exemple, par l'intermédiaire d'un distanceur.
Un tel type de plateau 1 ou 2 est avantageux pour la mise en place des
panneaux 3 de laine de roche : on insère entre la zone profilée 18 et le fond
10 ou 1 1 du plateau 1 ou 2 le bord du panneau 3 de laine de roche puis on
positionne le reste du panneau 3 sur le fond 10 ou 1 1 du plateau 1 ou 2. Une
fois le plateau 1 ou 2 ainsi garni, on emboite ce plateau 1 ou 2 dans un autre
plateau 1 ou 2 déjà en place et on fixe le plateau 1 ou 2 aux éléments du
bâtiment au niveau de l'aile 19. De cette manière, le panneau 3 de laine de
roche est maintenu en place d'un côté par la zone profilée 18 et de l'autre
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côté par l'aile 19 du plateau 1 ou 2 voisin qui était déjà fixé aux éléments
du
bâtiment.
Dans ces plateaux 1 et 2, sont insérés les panneaux 3 de laine de roche,
ces panneaux 3 présentant une épaisseur de 70 mm et une masse volumique
d'environ 110 kg/m3.
Après avoir fixés les plateaux 1 garnis des panneaux 3 de laine de roche
aux poteaux 6 et 7 du bâtiment, on positionne les panneaux 4 de laine de
verre entre les deux poteaux 6 et 7 par tous moyens connus de l'homme du
métier tels que, par exemple, au moyen d'un dispositif d'embrochage. Les
panneaux- 4 de laine de verre ont une épaisseur de 120 à 200 mm et
présentent sur une face un pare-vapeur simple ou en aluminium. De tels
panneaux 4 sont, par exemple, du type de ceux fabriqués par la société
ISOVER SAINT-GOBAIN et commercialisés sous la dénomination MONOSPACE
36. Une fois ces panneaux 4 de laine de verre positionnés, on fixe les
plateaux
2 garnis des panneaux 3 de laine de roche aux poteaux 6 et 7 du bâtiment de
manière symétrique aux plateaux 1 déjà en place. De cette manière, les
structures acoustiques ainsi montées répondent au principe d'isolation masse-
ressort-masse : les masses étant constituées par l'ensemble plateaux 1 et 2
garnis des panneaux 3 de la laine de roche. La réalisation de telles
structures,
du fait de la présence des plateaux 1 et 2 fixés aux poteaux 6 et 7, est ainsi
rapide à mettre en oeuvre et simplifiée par rapport aux structures acoustiques
existantes.
La figure 1 représente une structure acoustique dont les fonds 10 et 1 1
des plateaux 1 et 2 sont tournés vers l'extérieur de la structure. Ces
plateaux
1 et 2 sont fixés aux poteaux 6 et 7 du bâtiment par l'intermédiaire de
distanceurs acoustiques 12. De tels distanceurs acoustiques 12 sont connus
de l'homme du métier tels que, par exemple, les antivibratiles commercialisés
par la société PAULSTRA. Ces distanceurs acoustiques 12 permettent de
rendre les masses du système masse-ressort-masse indépendantes sur le plan
acoustique en évitant la transmission des vibrations. Le dos des plateaux 1 et
2 reçoivent chacun des plaques de plâtre 13 et 14 comme parements de
finition. Ces plaques de plâtre 13 et 14 sont fixées directement sur les
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plateaux 1 et 2, par exemple, par vissage, ces derniers servant alors
également de support de parement. Une telle structure acoustique est
particulièrement adaptée, comme nous le verrons plus loin, en tant que cloison
isolante de bâtiment.
La figure 2 représente une structure acoustique dont les fonds 10 et 1 1
des plateaux 1 et 2 sont tournés vers l'intérieur de la structure. Ces
plateaux 1
et 2 sont fixés directement aux poteaux 6 et 7 du bâtiment par tous moyens
connus de l'homme du métier tels que, par exemple, par vissage ou cloutage.
L'orientation des panneaux 1 et 2 est telle que les panneaux 3 de laine de
roche constituent les faces extérieures de la structure acoustique. De ce
fait,
une tôle perforée 15 est fixée par tous moyens connus de l'homme du métier
aux bords apparents des plateaux 1 et un bac acier extérieur 16 est fixé par
tous moyens connus de l'homme du métier aux bords apparents des plateaux
2.
La tôle perforée 15 et le bac acier extérieur 16 sont, par exemple, fixés
par simple vissage. Une telle structure acoustique est particulièrement
adaptée, comme nous le verrons plus loin, en tant que cloison acoustique
absorbante de bâtiment.
La figure 3 représente une coupe verticale d'un premier type de
réalisation d'une structure acoustique selon l'invention.
Selon cette représentation, les fonds 10 et 1 1 des plateaux 1 et 2 sont
tournés vers l'extérieur de la structure. Dans ce type de réalisation, la
laine de
roche garnissant l'intérieur des plateaux 1 et 2 combine trois fonctions
acoustiques fondamentales
~ elle augmente les masses du système masse-ressort-masse. Ainsi l'emploi
des panneaux 3 de laine de roche d'épaisseur 70 mm et de masse
volumique 170 kg/m3, permet d'augmenter la masse surfacique de 12
kg/m2 ;
~ elle joue un rôle d'amortisseur complémentaire à l'amortissement déjà fourni
par les panneaux 4 de laine de verre, le ressort du système étant déjà amorti
à environ 80 % de la cavité par la laine de verre ;
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~ elle permet d'augmenter l'épaisseur de la lame d'air 5. En effet, le ressort
du système est constitué par l'écartement entre les deux masses du
système. Cette réalisation permet ainsi d'augmenter l'épaisseur de la lame
d'air 5 d'environ 50 % de l'épaisseur des panneaux 3 de laine de roche.
Cette réalisation est donc particulièrement avantageuse pour la mise en
oeuvre de cloisons acoustiques isolantes.
La figure 4 représente une coupe verticale d'un second type de
réalisation d'une structure acoustique selon l'invention.
Selon cette représentation, les fonds 10 et 1 1 des plateaux 1 et 2 sont
tournés vers l'intérieur de la structure. Dans ce type de réalisation, la
laine de
roche garnissant l'intérieur des plateaux 1 et 2 combine deux fonctions
acoustiques fondamentales
~ comme précédemment, elle augmente les masses du système masse-
ressort-masse ;
~ elle joue un rôle de dissipateur avec un habillage externe par tôle perforée
ou par matériau absorbant.
Cette réalisation est donc particulièrement avantageuse pour la mise en
oeuvre de structure acoustique isolante et absorbante.
La figure 5 représente une coupe verticale d'un troisième type de
réalisation d'une structure acoustique selon l'invention.
Selon cette représentation, le fond 10 du plateau 1 est tourné vers
l'intérieur de la structure et le fond 1 1 du plateau 2 est tourné vers
l'extérieur
de la structure. Dans ce type de réalisation, la laine de roche garnissant les
plateaux 1 et 2 combinent les différentes fonctions acoustiques décrites dans
les deux premiers types de réalisation précédents et cela en fonction de
l'orientation des plateaux 1 et 2. Cette réalisation particulièrement
avantageuse permet d'obtenir une isolation acoustique très performante tout
en gardant une correction acoustique performante d'un côté de la structure.
Cette réalisation est particulièrement adapté à la mise en oeuvre des
enveloppes de bâtiment.
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Dans le tableau, ci-dessous, sont résumées les mesures des indices
d'affaiblissement acoustique pour différentes structures de bâtiment qui sont
dans l'ordre
n°1. Deux plateaux seuls séparés l'un de l'autre par une lame d'air de
5 420 mm. Les plateaux sont les plateaux 1 et 2 des différentes figures
décrites précédemment et sont positionnés de façon identique à ceux de
la figure 3.
n ° 2. Identique au n ° 1, mais les plateaux sont garnis de
panneaux de laine de
verre d'épaisseur 70 mm et de masse volumique 12 kg/m3.
10 n ° 3. Identique au n ° 1, mais les plateaux sont garnis de
panneaux de laine de
roche d'épaisseur 75 mm et de masse volumique 155 kg/m3.
n°4. Identique au n° 3, mais la lame d'air est diminuée par
l'insertion entre les
deux plateaux d'un panneau de laine de verre de 160 mm d'épaisseur et
de 16 kg/m3 de masse volumique. (correspond à la figure 3).
n ° 5. Identique au n ° 4, mais les plateaux sont chacun
recouverts à l'extérieur
par une plaque de plâtre de 18 mm d'épaisseur et de masse surfacique de
15 kg/m2. (correspond à la figure 1 ).
n ° 6. Identique au n ° 5, mais en remplaçant une plaque de
plâtre par une tôle
d'épaisseur 60 mm et de masse surfacique 5 kg/m2.
n ° 7. Identique au n ° 4, mais en remplaçant un des plateaux
par un plateau
perforé et en recouvrant l'autre plateau par la tôle de la structuren°
6.
Structure n 1 2 3 4 5 g 7
Indice d'affaiblissement32 44 50 55 76 69 55
RROSEdB(A)
Les mesures de ces ices +:......
ind d'affaihliccamor,t
~~~.",.
.._.._ _.......,~..~u" "~m c,,c
réalisées selon les normes NF S 31-049, S 31-050 et S 31-051 dans une
installation conforme auxdites normes sur des structures de bâtiment de
dimensions 3,95 x 2,55 m2.
Dans ce tableau, il ressort clairement les performances acoustiques
incontestables des structures acoustiques de bâtiment selon l'invention, c'est-
à-dire des structures n ° 4, 5, 6 et 7.
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En effet, grâce au système masse-ressort-masse selon l'invention, on
obtient, au minimum, un indice d'affaiblissement acoustique de 55 dB(A) et en
améliorant la structure de base n° 4, on peut obtenir un indice
d'affaiblissement acoustique de 76 dB(A) qui, à l'heure actuelle, représente
un
excellent résultat acoustique.
L'invention ne se limite pas à aux types de réalisation représentées sur
les différentes figures. Les plateaux 1 et 2 peuvent être avantageusement en
tôle galvanisée perforée afin de bénéficier du rôle dissipateur des laines de
roche garnissant les plateaux 1 et 2, en particulier lorsque les fonds 10 et 1
1
des plateaux 1 et 2 sont tournés vers l'extérieur de la structure, ces
plateaux
pouvant recevoir des parements tels que des plaques de plâtre.
Par ailleurs, les plateaux 1 et 2 peuvent également être garnis de
panneaux de laine de verre, la masse surfacique des plateaux 1 et 2 étant
alors augmentée par l'adjonction en fond de plateau ou en surface d'une
1 5 charge supplémentaire. Une telle charge peut être, par exemple, une plaque
de
plâtre reliée au fond du plateau par l'intermédiaire d'un liant minéral du
type,
par exemple, plâtre adhésif.
L'invention doit être interprétée de façon non limitative et englobant
tout type de structure acoustique de bâtiment répondant au principe
d'isolation masse-ressort-masse, les deux masses du système masse-ressort
masse comprenant chacune au moins un élément rigide et étant séparées par
au moins un panneau de laine minérale associé à au moins une lame d'air, les
éléments rigides étant des plateaux à une section en U et étant garnis à
l'intérieur du U d'au moins une laine minérale.
