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WO 2008/152283 PCT/FR2008/050898
VITRAGE ACOUSTIQUE
L'invention se rapporte à un vitrage dit acoustique, c'est-à-dire
présentant des performances améliorées d'isolement acoustique.
Le vitrage de l'invention sera plus particulièrement décrit dans son
utilisation
quant à des avions, plus précisément des cockpits d'avions, mais s'adresse
également aux voitures, trains, bateaux, ou encore aux bâtiments (le
résidentiel,
les bureaux, les locaux à usage commercial ...), etc...
Un problème particulier soulevé par l'invention est l'amélioration des
performances d'isolement acoustique dans un cockpit d'avion notamment, pour le
confort des pilotes. On cherche continuellement une réduction du bruit à
l'intérieur
du cockpit afin d'entendre mieux, en particulier les communications durant le
vol,
tout en ayant le souci constant d'améliorer les conditions de sécurité.
Un autre problème est la réduction du poids des vitrages de cockpit
sans engendrer de conséquences négatives quant à leurs propriétés acoustiques.
Par ailleurs, les vitrages d'avions doivent assurer une performance
unique en toutes circonstances et quelles que soient les conditions, notamment
quant aux conditions extrêmes de températures et de pressions, quant aux chocs
subis contre les vitrages dus par exemple aux oiseaux...
La pression exercée sur un vitrage d'avion varie lorsque l'avion vole,
du sol jusqu'à haute altitude. En outre, il existe des gradients de pression
et de
température importants entre la face interne et la face externe des vitrages.
Les
températures peuvent par exemple varier d'environ -60 C du côté de la face
externe du vitrage lorsque l'avion vole, jusqu'à + 20 C du côté de la face
interne.
On entend dans la suite de la description par interne, le qualificatif
relatif à l'intérieur du dispositif accueillant le vitrage, tel que
l'intérieur de l'avion,
et par externe, le qualificatif relatif à l'extérieur du dispositif, tel qu'au
dehors de
l'avion. De plus, on parlera d'externe pour qualifier un contact direct avec
l'extérieur ou une disposition la plus près de l'extérieur. On parlera
d'interne pour
qualifier un contact direct avec l'intérieur ou une disposition la plus près
de
l'intérieur.
Quant aux impacts dus aux oiseaux, ils se produisent par exemple
lorsque l'avion roule à terre à grande vitesse ou quand il vole à basse
altitude.
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Typiquement, les vitrages de cockpit d'avions sont constitués de
plusieurs substrats rigides, nommés encore plis, de verre et de plastique qui
sont
associés en feuilleté. Le poids des vitrages est généralement de 45 ou 70 kg.
On
entend par verre dans la suite de la description du verre minéral.
Une configuration usuelle est par exemple la suivante (vitrage 1
illustré sur la figure 1 fixé au corps la de l'avion):
- un substrat en verre externe 10 de 3 mm d'épaisseur,
- un intercalaire en matière plastique d'épaisseur comprise entre 3 et 9
mm,
en polyvinylbutyral (PVB) et/ou en polyuréthane (PU), qu'on nomme ci-
après intercalaire externe 11,
- un substrat verrier intermédiaire 12 de 8 ou 10 mm d'épaisseur,
- une feuille de PVB usuel plutôt rigide 13 de 2 à 5 mm d'épaisseur,
- un substrat verrier interne 14 de 6 ou 8 mm d'épaisseur.
Le poids d'un tel vitrage de cockpit est approximativement de 45 kg.
De manière connue dans le domaine de l'automobile, l'amélioration
des propriétés acoustiques des vitrages est réalisée en utilisant un
intercalaire
acoustique du côté du verre externe, tel que du PVB acoustique, d'au plus
3 mm d'épaisseur qui présente des caractéristiques particulières relatives au
facteur de perte tan 6 et au module de cisaillement de G', telles que décrites
notamment dans les brevets américains US 7 121 380 et US 6 821 629.
En essayant d'appliquer ce principe d'utilisation d'intercalaire
acoustique dans un vitrage de cockpit d'avion pour améliorer ses
performances d'isolement acoustique, il suffit de remplacer par du PVB
acoustique, l'intercalaire plastique de 3 mm localisé de manière adjacente au
substrat externe de verre. Or de manière inattendue, il se trouve qu'aucune
amélioration acoustique n'est démontrée, et même qu'une dégradation des
propriétés acoustiques est engendrée dans certains domaines de fréquences.
Les performances acoustiques d'un vitrage peuvent être illustrées
par une courbe représentative de l'isolement en dB en fonction de la
fréquence.
La figure 3 décrite plus en détail ci-dessous est relative à l'invention.
Elle montre des courbes d'isolement à 20 C, entre 100 et 10000 Hz, pour un
vitrage usuel d'avion dans sa configuration telle que décrite
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plus haut pour le vitrage 1 avec des verres de respectivement 3 mm, 10 mm,
6 mm et un intercalaire plastique en PU de 3 mm (courbe Ccomp1), ainsi que
pour un vitrage dont l'intercalaire plastique en PU de 3 mm a été remplacé par
du PVB acoustique de à 0,38 mm d'épaisseur (courbe Ccomp2).
On voit une dégradation au-delà de 600 Hz jusqu'à 2500 Hz, avec
une perte d'isolement de 2 à 3 dB pour les fréquences entre 800 et 2000 Hz
qui font partie des fréquences audibles, ce qui est contraire au but recherché
d'amélioration des performances d'isolement acoustique.
L'invention a donc pour but de fournir un vitrage acoustique,
notamment pour l'aviation, qui présente des performances améliorées
d'isolement acoustique, tout en lui conférant des propriétés de rigidité, de
solidité, et d'étanchéité qui sont notamment celles attendues dans l'aviation
pour répondre aux normes de sécurité, en particulier devoir présenter une
tenue au choc à l'oiseau et une étanchéité à la pressurisation.
Les inventeurs ont notamment mis en évidence par rapport à l'art
antérieur qu'en utilisant au moins un intercalaire externe qui soit
acoustique,
mais en augmentant l'épaisseur du substrat en verre externe de 3 mm à 5 mm,
on obtient un vitrage aux performances améliorées d'isolement acoustique.
Selon un premier mode de réalisation de l'invention, le vitrage
acoustique comporte un premier substrat verrier, au moins un intercalaire
polymérique, un deuxième substrat verrier, un substrat en matière plastique,
et un troisième substrat verrier, et est caractérisé en ce que
- l'intercalaire polymérique comporte un matériau à propriétés améliorées
d'amortissement acoustique présentant à 20 C et à 200 Hz, un facteur de
perte tan8 supérieur ou égal à 0,6 et un module de cisaillement G' inférieur
à 2.107 N/m2,
- le poids du premier substrat verrier disposé d'un côté de l'intercalaire
polymérique n'est pas inférieur à 20% du poids total du vitrage, et le poids
de l'ensemble des autres éléments disposés de l'autre côté de l'intercalaire
polymérique n'est également pas inférieur à 20% du poids total du vitrage.
Selon un second mode de réalisation de l'invention, le vitrage acoustique
comporte un premier substrat verrier, au moins un intercalaire polymérique, et
au
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moins 15 mm d'épaisseur de divers substrats combinés de verre et de couches de
matières plastique, et est caractérisé en ce que
- l'intercalaire polymérique comporte un matériau à propriétés améliorées
d'amortissement acoustique présentant, à 20 C et à 200 Hz, un facteur de
perte tan8 supérieur ou égal à 0,6 et un module de cisaillement G' inférieur
à 2.107 N/m2, et
- le poids du premier substrat verrier disposé d'un côté de l'intercalaire
polymérique n'est pas inférieur à 20% du poids total du vitrage, et le poids
de l'ensemble des autres éléments disposés de l'autre côté de l'intercalaire
polymérique n'est également pas inférieur à 20 % du poids total du vitrage.
Selon une caractéristique le premier substrat verrier et le deuxième
substrat verrier associés de part et d'autre de l'intercalaire polymérique ont
une même épaisseur.
Le matériau acoustique de l'invention présente donc un facteur de
perte tan8 supérieur ou égal à 0,6 et un module de cisaillement G' inférieur à
2.107 N/m2 à une température de 20 C et à une fréquence de 200 Hz. On
rappelle que le facteur de perte et le module de cisaillement sont mesurés de
manière connue à l'aide d'un viscoanalyseur, par exemple du type METRAVIB.
L'intercalaire acoustique est également tel que celui décrit dans les
brevets américains US 7 121 380 et US 6 821 629. L'intercalaire peut
présenter diverses épaisseurs, en particulier 0,38 mm, 0,40 mm, 0,45 mm,
0,5 mm, 0,6 mm ou 0,76 mm.
L'intercalaire acoustique est de préférence à base de
polyvinylbutyral (PVB) acoustique. Il peut être associé à un film plastique
banal n'ayant pas de propriétés acoustiques améliorées, sans que cela nuise
à la propriété acoustique améliorée de l'ensemble. Par exemple, la couche en
feuilleté incluant au moins un film intercalaire acoustique peut être sous la
forme de PVB-PET-acrylate-PET-PVB. L'intercalaire peut également
comporter une couche de PVB acoustique et une couche de PVB standard
et/ou de polyuréthane.
De manière surprenante, il apparaît que le pli de verre localisé en
regard de l'une des faces de l'intercalaire acoustique est indépendant dans
son comportement vis-à-vis du pli de verre disposé de l'autre côté de
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l'intercalaire. En raison du comportement de chaque pli de verre du vitrage
avec l'intercalaire, ce dernier travaille ainsi en cisaillement, fournissant
un
amortissement des vibrations par l'énergie dissipée, et atténuant de ce fait
le
bruit.
5 Par
conséquent, en distribuant différemment la masse du vitrage
selon l'épaisseur distincte de chaque élément constitutif, et en incorporant
au
moins un film intercalaire acoustique, on obtient un vitrage aux performances
d'isolement acoustique améliorées, en particulier vis-à-vis des bruits
aérodynamiques.
Et de manière surprenante pour l'application à un vitrage avion, si la
masse de chaque élément disposé de part et d'autre de l'intercalaire externe,
tel qu'en PVB acoustique, n'est pas modifiée par rapport à la masse des
éléments d'un vitrage usuel d'avion, l'intercalaire acoustique ne permet pas
d'atteindre des performances améliorées.
Selon un exemple de réalisation de l'invention, le premier substrat
verrier a une épaisseur entre 3 et 8 mm, l'intercalaire polymérique a une
épaisseur d'au moins 0,38 mm, et le vitrage comporte à l'opposé du premier
substrat verrier et associée à l'intercalaire polymérique, une combinaison en
feuilleté formée d'au moins, un substrat verrier d'épaisseur comprise entre 5
et
10 mm et agencé contre l'intercalaire polymérique à l'opposé du premier
substrat, un substrat en matière plastique, et un substrat verrier
supplémentaire d'épaisseur comprise entre 3 et 10 mm.
Selon une caractéristique, le substrat en matière plastique du vitrage
a une épaisseur comprise entre 1 et 10 mm, et est en polyvinylbutyral
standard ou en polyuréthane.
Enfin, un tel vitrage acoustique peut être destiné à diverses
utilisations en vue d'améliorer l'isolement acoustique du dispositif dans
lequel
il est logé. Il peut par exemple constituer un vitrage d'avion, de véhicule
routier, de véhicule ferroviaire, ou encore un vitrage de bâtiment.
D'autres détails de l'invention vont à présent être décrits en regard des
figures sur lesquelles :
- la figure 1 illustre de manière schématique une vue en coupe
partielle d'un
vitrage usuel d'avion ;
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- la figure 2 est une vue schématique partielle en coupe d'un vitrage selon
l'invention ;
- la figure 3 illustre des courbes d'isolement pour des vitrages selon
l'invention et des vitrages comparatifs.
Les figures 1 et 2 ne sont pas à l'échelle pour en faciliter la lecture.
La figure 1 a été décrite plus haut en regard de l'art antérieur.
La figure 2 illustre un vitrage 2 de l'invention comportant les
éléments constitutifs suivants :
- un premier substrat en verre 20, destiné par exemple à être en contact
avec l'extérieur en position montée du vitrage dans sa destination finale.
Ce substrat en verre a de préférence une épaisseur de 5 mm;
- un intercalaire polymérique acoustique 21 en PVB acoustique.
L'intercalaire présente une épaisseur de préférence n'excédant pas 3 mm;
- un substrat en verre 22 intermédiaire. Ce substrat en verre a de
préférence
une épaisseur de 10 mm;
- un substrat rigide 23, plutôt en PVB, qui présente de préférence 5 mm
d'épaisseur. Il s'agit de PVB usuel non acoustique;
- un substrat supplémentaire en verre 24, destiné à être par exemple en
contact avec l'intérieur du dispositif dans lequel est monté le vitrage. Ce
substrat en verre a de préférence une épaisseur de 6 mm.
Bien entendu, chacune des épaisseurs des éléments constitutifs du
vitrage peut varier, notamment à plus ou moins 40 (:)/0 près, en particulier,
35 (:)/0,
(:)/0, 25 (:)/0, 20 (:)/0, 15 (:)/0, 10 (:)/0, 8 (:)/0, 5 (:)/0, 3 % o u 1
(:)/0 .
Comme déjà dit plus haut, il n'est pas suffisant d'utiliser un
25 intercalaire acoustique en le disposant n'importe où dans le vitrage
pour obtenir
l'atténuation de bruit souhaitée au sein du dispositif dans lequel est monté
le
vitrage. Un vitrage d'avion est bien plus épais et plus lourd qu'un vitrage
automobile et il apparaît qu'on ne peut pas transposer telle quelle la
solution
adaptée d'un vitrage automobile à celle d'un vitrage d'avion.
30 Aussi, l'invention propose comme vitrage, un vitrage comportant un
intercalaire à propriétés améliorées d'amortissement acoustique et dont le
poids
des éléments constitutifs du vitrage de part et d'autre de l'intercalaire est
équilibré
de façon que ce poids ne soit pas inférieur à 20% du poids total du vitrage.
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Ainsi, le poids du substrat externe 20 ne doit pas être inférieur à
20% du poids total du vitrage, tout comme le poids de l'ensemble des substrats
22, 23 et 24.
De préférence, le poids de l'ensemble des éléments de chaque côté
de l'intercalaire n'est pas inférieur à 30% du poids total du vitrage, voire
même
pas inférieure à 31,25%. Bien entendu, les pourcentages au-dessus de 31,25% et
comprenant 50%, tels que 35, 37, 40, 42, 45 et 50% sont compris dans toutes
les
valeurs revendiquées par l'invention.
Le poids peut être ajusté plus facilement par le nombre de panneaux
de verre et/ou leur épaisseur de chaque côté de l'intercalaire polymérique
acoustique.
L'intercalaire polymérique acoustique 21 présente à 20 C et à 50 ou
de préférence à 200 Hz, un facteur de perte tans supérieur ou égal à 0,6 et un
module de cisaillement G' inférieur à 2.107 N/m2.
La demande française 9614404 publiée sous le numéro FR 2756225
et la demande allemande 19705586.9 publiée sous le numéro DE 19705586.9
décrivent par exemple des films acoustiques pour l'invention.
Le vitrage comporte selon un mode préféré de l'invention, un substrat
verrier externe 20 de 5 mm, un intercalaire polymérique acoustique 21, et à
l'opposé du substrat externe, au moins 15 mm d'épaisseur d'une combinaison
de verre et de couches de plastique.
Un autre mode de réalisation préféré selon l'invention est un vitrage
comportant un substrat externe de 3 à 8 mm de verre, au moins 0,38 mm
d'épaisseur de PVB acoustique pour former l'intercalaire polymérique, au moins
5
à 8 mm de verre intermédiaire, un substrat en plastique, et au moins 3 à 10 mm
de verre interne.
L'intercalaire polymérique acoustique est à base de PVB acoustique.
La couche de PVB acoustique peut être unique ou en variante, combinée avec
une couche de matière plastique non acoustique, telle qu'en PVB standard ou en
polyuréthane (PU) sans affecter les propriétés d'amortissement de ladite
couche
acoustique. On peut par exemple prévoir une couche de 0,38 ou 0,76 mm de PVB
acoustique associée à une couche de PU de 9,6 ou 5,3 mm d'épaisseur.
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La figure 3 montre la courbe Cl d'isolement d'un exemple de vitrage
selon l'invention.
Le vitrage correspondant à cette courbe comporte :
- un premier substrat en verre 20 de 5 mm d'épaisseur;
- un intercalaire plastique 21 en PVB acoustique de 0,38 mm d'épaisseur;
- un substrat en verre 22 intermédiaire de 10 mm;
- un substrat rigide 23 en PVB standard de 5 mm d'épaisseur ;
- un substrat supplémentaire en verre 24 de 6 mm d'épaisseur.
On voit nettement que la courbe Cl est au-dessus des courbes
comparatives Ccompl, Ccomp2 décrites plus haut, qui correspondent à des
vitrages ne répondant pas à l'invention. Cet exemple de vitrage de l'invention
engendre ainsi un isolement au bruit bien meilleur.
Il a été comparé à l'exemple de l'invention, un autre vitrage
(courbe Ccomp3) dont le PVB acoustique a été remplacé par 2 mm de PU, à
savoir comportant :
- un premier substrat en verre 10 de 5 mm d'épaisseur;
- un intercalaire plastique 11 en PU, d'épaisseur 2 mm;
- un substrat en verre 12 intermédiaire de 10 mm;
- un substrat rigide 13 en PVB de 5 mm d'épaisseur ;
- un substrat supplémentaire en verre 14 de 6 mm d'épaisseur.
On voit que sa courbe Ccomp3 est globalement en-dessous de la
courbe Cl, donc ne présentant pas les performances d'isolement de l'exemple de
l'invention.
L'invention propose ainsi un vitrage qui pour assurer des propriétés
améliorées d'isolement acoustique nécessite non seulement un intercalaire
polymérique acoustique, mais aussi une répartition adaptée des masses des
éléments de part et d'autre de l'intercalaire acoustique, afin d'assurer une
répartition suffisamment homogène des raideurs équivalentes des éléments de
part et d'autre de l'intercalaire polymérique acoustique.
