Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
CA 02338177 2001-01-22
WO 00/04798 PCT/FR99/01822
COMPLEXE TEXTILE POUR LA REALISATION DE VETEMENTS
DE PROTECTION THERMIQUE
La présente invention a pour objet un complexe textile pour la
réalisation de vêtements de protection thermique. Le complexe dont il
s'agit vise à permettre d'assurer une protection thermique contre la
chaleur et les flammes, en étant utilisé pour la réalisation de vêtements
pour les sapeurs-pompiers mais aussi, d'une manière plus générale, dans
d'autres domaines d'activité où existe un risque de brûlures lié à la chaleur
ou aux flammes.
De, façon assez ancienne, les sapeurs-pompiers utilisent en
France une veste en cuir équipée d'une doublure intérieure de confort en
coton ou en laine. Une telle veste ne comporte pas de protection
thermique interne appropriée. Dans d'autres pays, les vestes utilisées par
les sapeurs-pompiers sont à base de textile, soit sans barrière
d'étanchéité, ce qui entraîne une réduction de la protection thermique, soit
avec une barrière d'étanchéité non perméable à la vapeur d'eau, ce qui
empêche l'évaporation de la transpiration et augmente le problème de
stress thermique. Le stress thermique est un phénomène physiologique
résultant de l'élévation de la température interne du corps, se produisant
sous l'effet de facteurs extérieurs tels qu'une ambiance chaude, ou sous
l'effet d'un effort important et prolongé. Le stress thermique se traduit par
une élévation de la température interne du corps qui ne parvient plus à se
thermoréguler, ce qui peut entraîner des malaises, voire une syncope ou
un accident cardiaque. On sait aujourd'hui que lorsque la température du
corps dépasse de + 1,5 C la température normale, les facultés de
jugement et de réaction sont altérées au point d'entraîner des accidents en
milieux dangereux. La dernière étude sur les décès de sapeurs pompiers au
U.S.A. annonce seulement 8 % de décès par brûlure, 42 % des décès
sont dus directement au stress thermique et les 50 % restants sont des
accidents sans cause apparente mais que les spécialistes rapprochent de
plus en plus d'accidents stupides liés à une altération du jugement liée au
stress thermique.
Il existe une directive européenne relative aux équipements de
protection individuelle utilisés notamment par les sapeurs-pompiers. Une
CA 02338177 2001-01-22
WO 00/04798 PCT/FR99/01822
2
veste doit posséder un certain nombre de critères, notamment de
protection contre la chaleur radiante, de protection contre la chaleur
convective, posséder une bonne stabilité thermique des matériaux
constitutifs, remplir des critères d'ininflammabilité pure, et posséder une
bonne imperméabilité.
En outre, une veste doit permettre à un opérateur de le
protéger dans des conditions extrêmes à caractère accidentel, notamment
en lui ménageant un temps de fuite. C'est ainsi notamment qu'il convient
de protéger un sapeur-pompier vis à vis d'un phénomène de "flash-over".
Le flash-over est une étape de transition très rapide du développement
d'un feu urbain et qui se produit lorsque les gaz et les vapeurs présents
dans une pièce atteignent une température de 500 à 600 C et
s'enflamment soudainement. En une fraction de seconde, la température
monte de 500 à 1000 C, correspondant à un flux de chaleur incident de
l'ordre de 40 kW/m2. Il convient de permettre à un opérateur de résister à
cette augmentation brutale de température suffisamment longtemps pour
pouvoir s'écarter du foyer.
Il est connu de réaliser un complexe textile permettant
d'atteindre ces objectifs. Un tel complexe textile comprend un tissu
extérieur de protection réalisé en un matériau ininflammable, par exemple à
base de fibre aramide, 'méta-aramide ou polyamide imide. Ce tissu intègre
des qualités de protection thermique, apporte des performances
mécaniques de résistance à l'abrasion et aux déchirures, et a subi un
traitement hydrofuge pour le rendre déperlant à l'eau et aux liquides
chimiques d'une manière générale. Derrière ce tissu de protection se
trouve une membrane imperméable et respirante, généralement fixée sur
une surface textile assurant sa tenue mécanique, permettant de laisser
passer la vapeur d'eau résultant par exemple de la transpiration d'un
utilisateur, mais pas l'eau sous sa forme liquide. En outre cette membrane
procure un effet coupe-vent, qui participe à l'isolation thermique de la
veste en ralentissant la pénétration des flux de chaleur. Sous la membrane
est disposé un isolant thermique constitué par un tricot maille
tridimensionnel, comme décrit dans le document EP 0443991, ou par un
feutre susceptible d'emprisonner de l'air, comme décrit dans le document
CA 02338177 2001-01-22
WO 00/04798 PCT/FR99/01822
3
EP 0 364 370. Cet isolant thermique est généralement cousu sur une
doublure de propreté.
Une telle veste présente l'avantage d'assurer une excellente
protection thermique sous un flux de chaleur extrêmement élevé de 40
kW/mZ, d'une efficacité très importante, voire trop importante car de par
son fort pouvoir isolant elle ne permet pas à l'utilisateur d'être sensible à
la chaleur à des flux de chaleur de 0 à 1 kW/m2~ correspondant aux
conditions habituelles de travail des sapeurs pompiers, et de détecter un
éventuel danger. L'opérateur surprotégé, dans ces conditions, peut être
amené à prendre des risques non mesurés en raison d'une altération de la
perception du flux de chaleur. Une telle veste est également peu
confortable dans la mesure où elle est épaisse et lourde, et où elle se
charge en eau, notamment au niveau du matériau isolant thermique, ce qui
peut se traduire, en cas d'élévation brutale de température, par une
vaporisation de cette eau susceptible de brûler l'opérateur.
En outre, lorsque la veste est mouillée, à la suite d'une
intervention en milieu humide ou d'un lavage, le feutre ou le tricot maille
absorbent beaucoup d'eau, ce qui entraîne une durée importante de
séchage pendant laquelle la veste n'est pas utilisable.
Les figures 1 et 2 représentent deux graphiques qui illustrent le
comportement de différents complexes destinés à réaliser des vêtements
pour sapeurs-pompiers, tenant compte de la norme européenne EN 469.
La figure 1 illustre l'évolution du facteur de transmission de
chaleur TF% qui est le rapport du flux de chaleur qui a traversé le produit
sur le flux de chaleur incident Qo. Le flux de chaleur incident est le flux de
chaleur généré par une source thermique à laquelle l'échantillon est
exposé.
La figure 2 illustre l'évolution du temps d'alerte T.12 en fonction
du flux de chaleur incident Qo. Le temps d'alerte est le temps à l'issue
duquel l'utilisateur ressent de façon douloureuse la chaleur. On cherche à
obtenir un T.12 d'environ 15 secondes pour un flux incident de 40 kW/m2.
Les différentes courbes représentées aux figures 1 et 2 ont été
obtenues par réalisation de mesures sur les produits ou complexes
suivants, selon la méthode de la norme EN 366 telle qu'elle est décrite
dans son projet de révision CEN/TC162/WG2/N266 du 27/01/97
CA 02338177 2001-01-22
WO 00/04798 PCT/FR99/01822
4
A = cuir
B = cuir + doublure coton
C = cuir + doublure laine
D tissu + membrane + non tissé 90 g/m2 + doublure 120 g/m2
E tissu + membrane + maille 220 g/mz + doublure 120 g/mZ
F tissu + membrane + feutre 120 g/m2 + doublure 120 g/m2
A titre d'exemples, les produits mis en oeuvre sont les
suivants :
Tissu : tissu référence 4781 de la société DMC Tissus
Techniques, Sergé 2/1, 195 g/m2, en Nomex ig Delta TA de Dupont de
Nemours, mélange de 75 % de fibres meta aramide, 23 % de fibres para
aramide et 2 % de fibres antistatiques.
Membrane : Référence 89/55 de la société Proline, membrane
microporeuse imperméable et respirante en Polyuréthanne ignifuge
d'environ 40 g/m2, contrecollée sur un non tissé Sontaragi Nomexo SL
Type E-89, mélange de meta et para aramide d'environ 90 g/m2.
Doublure : tissu réf 4948 de la société DMC Tissus Techniques,
Toile, 120 g/m2, en Nomexp/Viscose FR, mélange de 50 % de fibres meta
aramide et de 50 % de fibres viscose Ignifugée dans la masse.
Non tissé : Sontara gg Nornex p SL Type E-89, mélange de meta
et para aramide d'environ 90 g/m2.
Maille : maille tridimensionnelle référence AR220 de la société
TTI, 220 g/m2, en Nomex p T450, 100 % meta aramide.
Feutre : feutre aiguilleté de la société DUFLOT, 120 g/m2, en
Nomexp, en 100 % aramide.
Ces différentes courbes récapitulent parfaitement les avantages
et inconvénients des différentes vestes connues qui ont été présentées ci-
dessus.
Le but de l'invention est de fournir un complexe textile pour
réalisation de vêtements, qui soit léger et confortable, qui, en conditions
habituelles d'intervention (flux de 0 à 1 kW/m2 environ), transmette
relativement bien la chaleur (ce qui correspond à un TF % élevé) et alerte
rapidement l'opérateur de la présence d'un danger (ce qui correspond à un
T.12 faible), et qui, dans des conditions critiques, telles qu'un flux de
chaleur résultant d'un phénomène de flash-over (flux de l'ordre de 40
CA 02338177 2001-01-22
WO 00/04798 PCTIFR99/01822
kW/m2), assure pendant une période de temps suffisante et en conformité
avec les normes, un fort taux d'isolation (soit un TF % faible), afin
d'assurer à l'opérateur un temps de fuite raisonnable. En outre, ce
complexe doit permettre un séchage rapide lorsqu'il est mouillé.
5 A cet effet, le complexe textile qu'elle concerne, du type
comportant au moins un tissu ou une nappe textile, réalisé en un matériau
ininflammable, destiné à former la face extérieure du complexe et une
doublure de confort et de propreté destinée à former la face intérieure du
complexe, est caractérisé en ce que sur la face intérieure du tissu et/ou
sur la face extérieure de la doublure sont disposés des bourrelets en
matériau textile possédant sensiblement la même orientation, fixés par
liage sur le tissu et/ou sur la doublure lors de sa fabrication, pour en faire
partie intégrante, et délimitant entre le tissu et la doublure des canaux
remplis d'air.
Les bourrelets délimitent avec la doublure, d'une part, et la
paroi du complexe en vis-à-vis de la doublure, d'autre part, des canaux qui
sont remplis d'air. Cet air n'est pas statique mais peut circuler, dans la
mesure où il n'est pas emprisonné, par un maillage serré, comme c'est le
cas par exemple avec des structures de type tricot maille tridimensionnel
ou filet. Ainsi, en conditions normales d'utilisation (0 à 1 kW/m2 de flux
thermique), il n'y a pas de rétention d'eau dans ces canaux, ni de
surchauffe importante de l'air. Inversement, lors d'une augmentation très
brutale de température (environ 40 kW/m2 de flux thermique par exemple),
la quantité d'air se trouvant dans les canaux délimités par les bourrelets
constitue une isolation thermique suffisante, et satisfaisant à la norme
EN 469, pour permettre à l'opérateur de s'éloigner du lieu dangereux.
Cette simplicité de structure contribue à la légèreté du
vêtement obtenu, et par suite à son confort. Ceiui-ci est renfoncé par la
circulation d'air dans les canaux, qui favorise l'évaporation de l'eau de
sudation absorbée par la doublure. En effet, il est connu que pour aider la
thermorégulation du corps, il est absolument primordial de permettre
l'évaporation de l'eau de sudation. Lorsque la température du corps
monte, le mécanisme de transpiration intervient pour refroidir le corps par
évaporation de la sueur. Si l'eau de sudation ne peut pas s'évaporer et
s'accumule sous forme liquide dans les différentes couches textiles, le
CA 02338177 2001-01-22
WO 00/04798 PCT/FR99/01822
6
mécanisme thermorégulant de la sudation est neutralisé et la température
du corps continue de monter. Ces caractéristiques, d'une part, améliorent
la thermorégulation du corps de l'opérateur et diminuent le stress
thermique et, d'autre part, facilitent le séchage du vêtement lorsque celui-
ci a été mouillé, au cours d'une intervention, ou pour son entretien. En
effet, de par sa structure très réduite les capacités d'absorption et de
stockage d'eau de l'invention se réduisent pratiquement à celles de la
doublure supportant les bourrelets, comparativement à celles d'un feutre
qui agit comme une éponge. L'inconvénient principal des complexes
actuels, tels que les feutres ou tricots maille tridimensionnels, étant
précisément leur faible propension à permettre l'évaporation de la
transpiration. Ils ont au contraire tendance à l'absorber et à la stocker.
Avantageusement les bourrelets sont réalisés en un matériau
peu compressible sous l'effet d'une augmentation de chaleur.
Cela permet de maintenir un volume d'air isolant suffisant pour
assurer la protection, y compris sous l'effet de flux de chaleur importants
(environ 40 kW/m2 par exemple).
Suivant une première forme d'exécution de ce complexe,
chaque bourrelet est réalisé à partir de fibres thermostables, telles qu'en
para-aramide.
Avantageusement dans ce cas chaque bourrelet est constitué
par un faisceau de fils assemblés les uns aux autres, par exemple deux
retords de Nm 8/2 retordus ensemble. Une telle structure est moins
compressible qu'un fil de titre équivalent composé d'un seul bout.
Suivant une possibilité, toujours dans le cas de ce type de
bourrelet, chaque bourrelet est fixé à la doublure par liage à l'aide de fils
de cette doublure, lors de la fabrication de celle-ci.
Afin d'assurer le ménagement d'un volume d'air suffisant entre
les bourrelets, l'épaisseur de chaque bourrelet est supérieure à 0,3 mm, et
de préférence comprise entre 1 et 10 mm, et l'écartement des bourrelets
est supérieur à 2 mm, et de préférence compris entre 2 et 15 mm.
Afin de favoriser la circulation de l'air, dans le cas d'un
vêtement réalisé à partir d'un complexe textile, tel que celui qui vient
d'être défini, les bourrelets et les canaux qu'ils délimitent possèdent une
orientation générale longitudinale au vêtement, et notamment verticale
CA 02338177 2001-01-22
WO 00/04798 PCT/FR99/01822
7
dans le cas d'une veste, favorisant la circulation d'air par un phénomène
naturel de convection.
Il est possible de prévoir entre le tissu extérieur de protection et
la doublure une membrane imperméable et respirante laissant passer la
vapeur d'eau mais pas l'eau sous forme liquide, cette membrane
possédant également un effet de coupe-vent, favorable à la protection
thermique.
De toute façon l'invention sera bien comprise à l'aide de la
description qui suit, en référence aux dessins schématiques annexés
représentant, à titre d'exemples non limitatifs, une forme d'exécution de
ce complexe textile et une forme d'exécution d'une veste obtenue à l'aide
de ce complexe :
Figure 1 représente une série de courbes montrant l'évolution
du facteur de transmission de chaleur TF % en fonction du flux de chaleur
incident cpo ;
Figure 2 représente une série de courbes montrant l'évolution
du temps d'alerte T12 en fonction du flux de chaleur incident cpo ;
Figure 3 est une vue en perspective éclatée des différentes
couches constitutives du complexe ;
Figure 4 est une vue en coupe de ce complexe,
transversalement aux bourrelets que comporte celui-ci ;
Figure 5 est une vue en perspective partiellement arrachée
d'une partie de veste réalisée à partir du complexe de figures 1 et 2.
Le complexe représenté au dessin comprend un tissu extérieur
de protection 2 réalisé en un matériau ininflammable, constitué d'un tissu
référence 4781 de la société DMC Tissus Techniques, Sergé 2/1, 195
g/m2, en Nomexp Delta TA de Dupont de Nemours, mélange de 75 % de
fibres meta aramide, 23 % de fibres para aramide et 2 % de fibres
antistatiques. Contre ce tissu extérieur est disposée une membrane
imperméable et respirante, constituée de la référence 89/55 de la société
Proline, membrane microporeuse imperméable et respirante en
Polyuréthanne ignifuge d'environ 40 g/m2, contrecollée sur un non tissé
Sontarap Nomexp SL Type E-89, mélange de meta et para aramide
d'environ 90 g/m2.
CA 02338177 2001-01-22
WO 00/04798 PCT/FR99/01822
8
Le complexe comprend enfin une doublure 4 constituée par
exemple d'un tissu référence 4948 de la société DMC Tissus Techniques ,
Toile 120 g/m2, en Nomex gj/Viscose FR, mélange de 50 % de fibres meta
aramide et 50 % de fibres viscose Ignifugée dans la masse.
Sur la doublure 4 est fixée, du côté tourné vers la membrane 3,
une série de bourrelets continus 5 parallèles représentant une masse
surfacique de 70/80 g/mz, constitués dans le cas présent de filé de fibres
en 100 % para aramide Nm 8/2/2 (retord de 2 bouts de Nm 8/2). Dans la
mesure où la doublure est constituée par un tissu, la liaison des bourrelets
avec le tissu est obtenue lors du tissage, par une évolution particulière de
certains fils de fond du dit tissu.
Il doit être précisé que, dans le complexe représenté aux
figures 3 à 5, les couches 2, 3 et 4 ne sont généralement pas assemblées,
mais simplement juxtaposées. Cependant il est tout à fait possible que
certaines de ces couches soient assemblées par collage par exemple, dans
le cas de besoins spécifiques.
L'épaisseur de chaque bourrelet est de l'ordre de 1 mm, et
l'écartement des bourrelets est de l'ordre de 10 mm.
La figure 5 représente une veste 6 réalisée à partir du complexe
textile qui vient d'être défini, et dans laquelle les bourrelets 5 sont
orientés
verticalement.
Les courbes des figures 1 et 2 illustrent le comportement d'un
complexe I selon l'invention.
Ce complexe présente l'avantage, par rapport à certains
complexes existants, d'être plus léger, et plus souple, les bourrelets 5
remplaçant avantageusement un feutre destiné à emprisonner de l'air. Ces
bourrelets sont plus légers et plus souples qu'un tel feutre ou qu'un tricot
maille tridimensionnel.
La capacité d'absorption en eau de ces bourrelets est très
réduite comparativement à un tel feutre ou une maille tridimensionnelle, ce
qui limite fortement le phénomène de pompage et de stockage de l'eau de
sudation dans le vêtement.
Ainsi les capacités de pompage et de stockage en eau du
complexe isolant de l'invention, se réduisent pratiquement à celles de la
doublure utilisée comme support des bourrelets, ce qui dans sa forme de
CA 02338177 2001-01-22
WO 00/04798 PCT/FR99/01822
9
réalisation telle que décrite précédemment représente 2,5 fois son poids
sec. En comparaison celle du complexe F utilisant un feutre, qui agit
comme une éponge, est de 10 fois son poids sec.
Maintenue à distance de la membrane par les bourrelets, la
doublure servant de support au complexe de l'invention se transforme en
une surface d'échange de l'eau de sudation (qu'elle absorbe) avec l'air
circulant dans les canaux formés par ces dits bourrelets, accélérant
l'évaporation et permettant au corps de se thermoréguler beaucoup plus
rapidement. L'apparition du stress thermique est ainsi retardée voir
supprimée, notamment dans les conditions habituelles de travail 0-1
kW/m2.
Cette faible capacité d'absorption d'eau du complexe selon
l'invention présente également l'avantage de limiter le risque de brûlure
par vaporisation de l'eau piégée dans la veste en cas d'exposition à un
flux de chaleur brutal.
Elle évite également la prise de poids du vêtement en opération,
facteur aggravant de stress thermique. En effet, de récentes études
physiologiques ont démontré que le poids des vestes d'intervention
textiles des sapeurs pompiers avait une influence directe sur le stress
thermique engendré.
Sur le plan de la protection, le volume d'air maintenu dans les
canaux assure une isolation thermique satisfaisante en limitant une
transmission rapide de la chaleur dans des conditions critiques (flux de
l'ordre de 40 kW/m2). La structure de ce complexe assure également une
bonne sensibilité à la chaleur dans les conditions normales d'utilisation, et
donc un temps d'alerte T.12 faible, en raison de sa faible masse surfacique,
comme montré à la figure 2. Ce temps d'alerte dans les conditions
normales se rapproche de celui des complexes cuir + doublure, reconnus
comme étant plus sécurisants que celui des complexes textiles
traditionnels trop isolants (courbes E et F).
Il ressort de la figure 1, qu'en terme de conduction thermique
et de non confinement de la chaleur, le complexe selon l'invention assure
un bon confort à faible énergie, 0 à 1 kW/m2 (conditions habituelles de
travail) comparable à celui des complexes cuir + doublure reconnus
comme posant peu de problèmes de stress thermique, ce qui se traduit par
CA 02338177 2001-01-22
WO 00/04798 PCT/FR99/01822
un TF% relativement élevé (bonne transmission de la chaleur). Il possède
au contraire pour des flux de chaleur incidents élevés (40 kW/m2 environ),
un facteur de transmission de chaleur TF %, faible (bonne isolation),
comparable à celui de complexes beaucoup plus lourds, moins
5 confortables et retenant beaucoup plus l'eau.
Le confort de ce complexe en terme de réduction de stress
thermique, s'exprime également par une Ret (résistance évaporative)
particulièrement basse comparativement aux produits existants du marché.
Plus le complexe de la veste permettra une bonne évaporation
10 de la sueur, ce qui signifie qu'il aura une faible résistance à
l'évaporation,
mieux le corps pourra se thermoréguler et éviter l'accident.
Le tableau ci-dessous donne les Ret des différents complexes
de la fig 1 (mesurées selon la norme EN31092)
- C : 85.0 m2.Pa/W
- D : 26.7
- E : 28.5
-F:31.0
- 1 : 25.6
Ce classement évolue parallèlement avec le T.12 qui illustre la
sensibilité thermique du complexe. On a donc le double avantage en terme
de confort de combinér faible isolation thermique (faible stockage de
chaleur) en conditions normales et bonne évaporation, d'où un progrès
important en terme de réduction du risque de stress thermique.
Comme il va de soi l'invention ne se limite pas à la seule forme
d'exécution de ce complexe textile ni à sa seule application à la réalisation
d'une veste, elle en embrasse au contraire toutes les variantes. C'est ainsi
notamment que la doublure pourrait être réalisée en un matériau autre que
du tissu, qu'elle pourrait être associée à une membrane ou à un film, que
les bourrelets pourraient être discontinus et/ou pourraient être réalisés en
un autre matériau, tel qu'en silicone, ou fixés par d'autres moyens tels que
par collage ou couture sur la doublure, ou encore que le complexe pourrait
être constitué par deux couches non liées entre elles, telles qu'un pantalon
et un surpantalon sur la face intérieure de laquelle sont disposés des
bourrelets, sans que l'on sorte pour autant du cadre de l'invention.
