DuPont ™ SentryGlas ® –
de meilleures performances à moindre coût
Dipl.-Ing. Ingo Stelzer, DuPont Deutschland, Neu-Isenburg/Allemagne
Le verre de sécurité feuilleté avec les intercalaires de hautes performances DuPont™ SentryGlas®ouvre de nouvelles perspectives. Laissez donc libre cours à votre imagination !
Pendant des siècles, le verre a essentiellement été utilisé en archi- tecture pour répondre à trois exigences : laisser entrer la lumière du jour, assurer une vue sur les environs immédiats, et fournir une pro- tection contre les éléments. Au fil du temps, les fabricants de verre ont perfectionné ces propriétés, et l’introduction du verre de sécurité feuilleté a représenté un progrès important au regard de ces trois aspects. Mais aujourd’hui, plusieurs décennies plus tard, il est toujours difficile de cerner l’étendue de ces améliorations, car les architectes et les ingénieurs structurels n’exploitent qu’une infime fraction de ses possibilités – principalement par manque d’informa- tions adéquates ou de cadre légal, ou encore à cause d’idées préconçues. La tendance est ainsi au surdimensionnement, avec des structures plus grandes, plus lourdes, et donc plus coûteuses, que nécessaire.
SentryGlas®ouvre de nouveaux horizons
Utilisé depuis des années, le verre de sécurité conventionnel mon o - lithique n’en risque pas moins de se briser soudainement en raison d’inclusions de sulfure de nickel, et donc de voler en éclats – avec tout le danger que cela présente. Le verre de sécurité feuilleté se comporte tout autrement puisqu’il est constitué de deux panneaux de verre, ou plus, laminés avec un intercalaire plastique qui adhère soli- dement au verre. Le feuilleté ainsi obtenu est très transparent, résiste aux éléments naturels, aux actes de vandalisme, au souffle d’une ex- plosion et autres risques pour la sécurité. S’il vient à se briser, les fragments de verre restent collés à l’intercalaire au lieu de se trans- former en projectiles aussi dangereux pour les hommes que pour les ameublements ou les équipements. C’est pourquoi seul le verre de sécurité feuilleté est autorisé pour les vitrages suspendus et ceux qui exigent une plus haute performance après rupture. Actuellement, dans 95 % des cas, on utilise des intercalaires en polyvinyle butyral (PVB, par ex. DuPont™ Butacite®). Toutefois, les nouveaux interca-
laires DuPont™ SentryGlas®gagnent des parts de marché. Initiale- ment développés pour les vitrages des zones sujettes aux ouragans, ceux-ci sont considérablement plus rigides que le PVB. Le feuilleté peut donc porter de plus lourdes charges ou, à charge égale, présen- ter une plus faible épaisseur sans aucune perte de sécurité.
Pour les architectes, cela signifie de nouvelles perspectives, al- liées à une liberté de conception quasiment illimitée, ces nouveaux intercalaires pouvant théoriquement être conçus dans n’importe quelle dimension – la seule limite est la taille des autoclaves. Le plus grand panneau produit à ce jour mesure 3 m de large sur 13,5 m de long. Les autres propriétés de SentryGlas®– transparence cristalline, résistance au jaunissement quasi illimitée, excellente stabilité des bords sous des conditions climatiques extrêmes – le rendent encore plus intéressant pour les applications tant extérieures qu’intérieures.
Cent fois plus rigide
Si deux plaques de verre placées l’une sur l’autre sont soumises à une charge, elles fléchissent indépendamment l’une de l’autre. Il se produit alors un déplacement entre les deux surfaces internes, en contact direct, car l’une des deux est étirée tandis que l’autre est comprimée. Si ces deux plaques sont laminées à un intercalaire plas- tique, celui-ci doit pouvoir compenser cette différence, en d’autres termes être capable d’absorber des forces en cisaillement (fig. 1).
Les intercalaires PVB tels que DuPont™ Butacite®ont cette capa- cité lorsqu’ils sont soumis à des charges soudaines temporaires, et produisent un verre de sécurité feuilleté assurant une excellente pro- tection contre les actes de vandalisme, les ouragans et les explo- sions, par exemple. Toutefois, le PVB est un polymère mou, qui est
F
Déformation en cisaillement
Verre
Verre
Verre
Verre Intercalaire
Intercalaire Ces dernières années, après avoir découvert le
verre de sécurité feuilleté en tant que matériau de construction, les architectes ont appris à mieux exploiter ses remarquables capacités structurelles et son exceptionnelle latitude de conception.
Aujourd’hui, les intercalaires haute rigidité DuPont™ SentryGlas
®associent performance et rentabilité, élargissant ainsi considérablement son champ d’application – des simples maisons aux villas de luxe et gratte-ciel, des usines aux lieux culturels phares.
Fig. 1. Comportement sous charge.
sujet au fluage sous des charges prolongées. Par conséquent, deux plaques de verre laminées avec un PVB et exposées à une charge en flexion prolongée se comportent exactement comme s’il n’y avait pas d’intercalaire. Ainsi, les calculs pour les charges statiques ne consi- dèrent à ce jour que les propriétés des éléments en verre, et non de l’ensemble du feuilleté.
Les intercalaires SentryGlas®réagissent différemment : les tests font apparaître une résistance à la traction considérablement plus élevée que celle du PVB, et ils sont 100 fois plus rigides à tempéra- ture ambiante (fig. 2). Ils offrent aussi un meilleur comportement sous des températures plus élevées (fig. 3).
Feuilletés plus fins, sécurité plus élevée
La différence de comportement sous charge par rapport au PVB impose de reconsidérer la méthode de conception des panneaux de verre feuilleté soumis à des charges statiques, et de tenir compte des propriétés mécaniques de l’intercalaire. Ces nouvelles méthodes sont disponibles auprès de DuPont.
10 ans 1 mois
1 jour 1 h
1 min 3 s 0 50 100 150 200 250
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
0
5 10 15 20 25 30
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
log t (s)
log t (s)
20 °C
DuPont™ SentryGlas® DuPont™ Butacite®
50 °C
Résistance au cisaillement (MPa)Résistance au cisaillement (MPa)
Contrainte en traction (MPa)
Allongement (%)
0 0 10 20 30 40
1 2 3 4 5
PVB
DuPont™ SentryGlas
®1 mm/s / 23 °C
Fig. 2. Comparaison de la résistance et de la rigidité à court terme des intercalaires PVB et SentryGlas®.
Fig. 3. Rigidité (résistance au cisaillement) des intercalaires PVB et SentryGlas®à température ambiante et élevée.
Garde-corps dans un stade de baseball aux États-Unis Un garde-corps en verre de sécurité feuilleté avec l’intercalaire DuPont™
SentryGlas®permet aux spectateurs du stade de baseball Petco Park de San Diego (USA) de suivre les matchs sans aucune entrave. Le choix de SentryGlas®a permis d’éviter tout cadre métallique.
Les possibilités sont illustrées par des tests réalisés par des instances indépendantes sur des vitrages de garde-corps [1], portant sur un verre trempé monolithique de 19 mm, et deux structures feuilletées, constituées de deux panneaux de verre trempé de 10 mm laminés avec un intercalaire de 1,52 mm, soit PVB, soit SentryGlas®. Mesurant environ 1,20 m sur 1,20 m, les panneaux de verre étaient fixés en pied. Pour le premier test, l’extrémité supérieure des panneaux a été soumise à une charge linéaire (1,5 kN/m). Ensuite, une charge ponctuelle (1,5 kN) a été appliquée en leur centre, puis sur l’un de leurs angles
extérieurs. La flèche de leur bord supérieur a été mesurée à température ambiante.
Dans ces trois tests, le verre de sécurité feuilleté produit avec SentryGlas®a présenté une flèche plus de deux fois moins impor- tante que celle du PVB, et similaire, voire inférieure à celle du verre monolithique (fig. 4)– d’où une plus faible tension mécanique accumulée dans le verre.
Ces tests, ainsi que d’autres, permettent les conclusions sui- vantes : la rigidité de SentryGlas®est si élevée que le transfert de charge entre les plaques de verre est quasiment parfait – et ce, sur une vaste plage de température ainsi que sous des charges prolon- gées. Ainsi, SentryGlas®permet de produire des feuilletés à capacité élevée de résistance aux contraintes, dotés d’un rapport poids/per- formance exceptionnel. Par rapport au PVB, cela offre des possibili- tés substantielles pour :
• réduire l’épaisseur du verre, souvent de l’ordre de une à deux unités standards,
• installer des panneaux plus grands pour des charges détermi- nées ou
• réduire le nombre de points de fixation des vitrages sans cadre.
D’où, pour l’utilisateur, une certaine réduction des coûts, asso- ciée à une diminution du poids total du vitrage particulièrement inté- ressante pour les applications mobiles telles que yachts ou matériel roulant.
Les avantages des intercalaires SentryGlas®en matière de résis- tance au choc sont indiquésfig. 5. Les feuilletés, constitués chacun de deux plaques de verre et d’un intercalaire PVB ou SentryGlas®, ont été soumis à une série de chocs à - 12 °C, en commençant par 2 chocs de 4300 N, puis 10 de 8600 N. Les deux feuilletés ont résisté à ce premier test sans se briser. Puis, le feuilleté avec PVB n’a pas
Charge
1,5 kN/m linéaire 1,5 kN - centre 1,5 kN - coin
Flèche (mm)
0 10 20 30 40
Trempé monolithique 19 mm
Verre 10 mm / PVB 1,52 mm / verre 10 mm
Verre 10 mm / DuPont™ SentryGlas® 1,52 mm / verre 10 mm
Fig. 4. Comparaison du taux de flèche des échantillons de verre monolithique et de feuilletés avec intercalaire PVB ou
SentryGlas®, exposés à des charges linéaires et ponctuelles.
Toit du siège d’Endesa
Les architectes Kohn Pedersen Fox ont utilisé un verre de sécurité feuilleté avec l’intercalaire à haute capacité de charge DuPont™
SentryGlas®pour le toit, aussi grand qu’un terrain de football, du siège d’Endesa à Madrid.
Photo: H.G. Esch
résisté au second choc de 12 900 N. Le feuilleté avec SentryGlas® a encore résisté à 10 chocs de 12 900 N, et ne s’est brisé qu’au troisième choc de 17 200 N.
Une plus grande sécurité après rupture
Le verre de sécurité feuilleté destiné aux applications architecturales est le seul vitrage de sécurité qui conserve ses qualités optiques après rupture. En cas d’impact suffisamment violent, le verre se bri- sera, mais ses dangereux fragments resteront collés à l’intercalaire.
Les risques s’en trouvent ainsi considérablement réduits, tandis que le vitrage continue d’assurer une certaine protection contre le vent et la pluie.
Les mesures comparatives montrent que la performance après rupture est considérablement meilleure avec SentryGlas®qu’avec le PVB (fig. 6). Lors des tests, les deux types de feuilletés ont été sou- mis à une charge de 3 300 N, puis le verre a été fracturé avec la charge toujours en place. La déformation (déplacement du centre) a été mesurée au fil du temps. Celle du feuilleté avec PVB était bien plus importante que celle du feuilleté avec SentryGlas®. De plus, le feuilleté avec PVB s’est déchiré après environ 7 minutes, alors que le feuilleté avec SentryGlas®est resté intact.
Excellente résistance aux intempéries
Par rapport aux intercalaires conventionnels, SentryGlas®est aussi plus résistant à l’humidité et aux conditions climatiques sur une plage de température de - 30 °C à + 70 °C, comme en témoignent en permanence des tests en laboratoire et les recherches menées sur des projets concrets. Jusqu’à présent, les bords des panneaux de
Charges jusqu’à rupture
010 20 30 50
40
DuPont™ SentryGlas® PVB
17.200 N 17.200 N 12.900 N 12.900 N
4.300 N 4.300 N
-12 °C
8.600 N 8.600 N
Fig. 5. Comparaison de la résistance au choc de feuilletés avec SentryGlas®ou PVB.
Façade sud du « Triangle de Cologne »
Avec ses 2 500 m2de verre de sécurité feuilleté avec
l’intercalaire DuPont™ SentryGlas®, la façade sud du « Triangle de Cologne » semble défier les lois de l’aérodynamique et de la transparence. Commentaire de Josef Failer, du lamineur Flachglas-Wernberg GmbH : « Notre verre feuilleté SiglaPlus® nous a permis de remplir les exigences structurelles des architectes, des ingénieurs et des codes de construction locaux – dont une très haute résistance au vent – avec une épaisseur d’environ 20 % inférieure à celle d’un verre feuilleté conventionnel. »
Photo: DuPont, © Jens Willebrand
Temps (s)
Déplacement (mm)
0 200 400 600 800 1.000 1.200 1.400 1.600 1.800 0
50 100 150 200 250 300
Feuilleté PVB
Feuilleté DuPont™ SentryGlas®
600 800 1.000 1.200 1.400 1.600 1.800
0 200 400 6
Augmentation charge jusqu’à 3300 N Déchirure
Fig. 6. Comparaison du fluage de feuilletés avec PVB ou SentryGlas®après rupture du verre.
verre feuilleté étaient recouverts afin de dissimuler les éventuels dommages provoqués par les intempéries. Grâce à l’exceptionnelle stabilité des bords de l’intercalaire SentryGlas®, aucune altération telle que délaminage n’a été constatée à ce jour, sur aucune applica- tion, même celles à bords libres exposées depuis sept ans au climat chaud et humide de la Floride.
Jointés avec du silicone, les bords des éléments en verre feuilleté avec l’intercalaire SentryGlas®ne montrent aucune décoloration ou autre altération, même après des années d’exposition aux intempé- ries. Les vitrages de sécurité produits avec SentryGlas®sont utilisés en applications extérieures dans le monde entier. Au bout de plu- sieurs années, ils conservent le même degré de sécurité et des bords aussi parfaits que le jour de leur installation.
Une transparence optimale pendant plusieurs années Outre leur rigidité élevée, les intercalaires SentryGlas®offrent l’avantage de produire des vitrages extrêmement transparents – et qui le restent pendant de nombreuses années. Leur indice de jaunis- sement, de 1,5 maximum contre 6 à 12 pour les intercalaires conven- tionnels, n’augmente pas de manière notable au fil du temps.
Garde-corps à étroit rayon de courbure dans un escalier de cinéma
Grâce à son garde-corps en verre de sécurité feuilleté avec SentryGlas®, l’escalier en spirale d’un cinéma multisalles de Gênes, Italie, est si transparent et si attirant que les usagers l’empruntent bien volontiers bien qu’il couvre plus de deux étages dans un espace des plus réduits. Élément capital de ce succès : le fait d’avoir pu clamper les fixations par points directement dans l’intercalaire SentryGlas®, et non dans le verre – ce qui a réduit la tension sur le verre et permis un rayon de courbure très étroit. La stabilité après rupture constitue un autre avantage clé de SentryGlas®dans cette application.
Des vitrages légers pour les yachts
Le fournisseur de vitrages avancés Viraver Technology s.r.l.
(Padoue, Italie) utilise l’intercalaire DuPont™ SentryGlas®pour les vitrages latéraux et frontaux des nouveaux yachts du chantier naval de Sanlorenzo S.p.a. Mesurant 1 à 3 m de long sur 1 à 1,5 m de large, ces panneaux robustes et résistants aux intempéries conservent leur transparence et leur tenue au choc malgré des expositions prolongées à des climats rigoureux. De plus,
l’intercalaire de DuPont a permis de réduire l’épaisseur du vitrage, et donc son poids total, par rapport à un verre monolithique conventionnel.
Photo: Sanlorenzo S.p.a.
En outre, les feuilletés produits avec SentryGlas®n’exigent aucun adhésif ni autre agent plastifiant ou additif de laminage qui pourrait engendrer une décoloration.
Une utilisation universelle
Grâce aux excellentes propriétés optiques des intercalaires SentryGlas®, les architectes et les designers peuvent désormais spécifier des vitrages extrêmement transparents avec peu de supports métalliques. Voici quelques exemples de leurs multiples applications possibles :
• Immeubles de bureaux et bâtiments publics inondés de lumière naturelle
• Vitrines de commerces et grands magasins
• Vitrages de sécurité pour présentoirs de bijoux
• Baies panoramiques
• Puits de lumière et autres vitrages suspendus
• Vitrages haute sécurité transparents
• Vitrages de serres et abris
• Fenêtres chromatiquement neutres pour les ateliers d’art et studios de photographie
Les architectes et ingénieurs en bâtiment désireux d’exploiter pleinement les avantages spécifiques de SentryGlas®peuvent trou- ver dans le monde entier des lamineurs spécialisés dans la produc- tion de verre feuilleté de hautes performances. Le procédé de laminage est quasiment identique à celui du verre feuilleté clas- sique. Les seules différences résident dans sa présentation (en feuilles au lieu de rouleaux) et dans le fait qu’il n’exige pas d’être stocké dans un local réfrigéré. SentryGlas®peut se mettre en œuvre sur les machines et lignes de productions existantes.
Référence
[1] John Colvin, JCGC Ltd.: Comparison of Monolithic and Laminated Glass, Glass Performance Days 2007, Tampere/Finlande,
Compte-rendu des conférences pages 648-649, www.gpd.fi
Façade d’hypermarché au nord de l’Italie
Teleya, grand spécialiste italien des habillages et des murs rideaux, a développé et breveté un concept de façade ultra minimaliste et transparente dans lequel l’intercalaire DuPont™
SentryGlas®assure la transmission de charge requise. L’une des premières applications de ce système fixé par points a été la façade d’un hypermarché de Cesena, au nord-est de l’Italie.
Outre le haut degré de résistance et de rigidité de cet
intercalaire, sa capacité à adhérer directement au métal joue un rôle fondamental dans la stabilité globale de la façade, car elle permet de transférer efficacement les charges sur les dispositifs de fixation par points en acier inoxydable. Photo: Paola di Petri
Les données techniques contenues dans le présent document sont destinées à servir de guide dans l’utilisation des matériaux de DuPont. Les recommanda- tions fournies dans ce document s’appuient sur des tests et des informations jugés fiables par DuPont mais, la performance dépendant des conditions de mise en œuvre propres à chaque utilisateur, elles devront être vérifiées par l’utilisateur en fonction de l’application visée. Ces informations sont données et accep- tées par l’utilisateur à ses propres risques, et leur validité devra être confirmée au cas par cas. DuPont ne donne aucune garantie, expresse ou tacite, et n’as- sume aucune responsabilité quant à l’utilisation qui sera faite de ces informations. Les présentes informations ne sauraient être interprétées comme une licence d’utilisation ni comme une incitation à enfreindre un quelconque brevet.
ATTENTION : Ne pas utiliser dans des applications médicales impliquant une implantation permanente dans le corps humain. Pour les autres applications médi- cales, veuillez consulter le document DuPont Medical Caution Statement, H-50102.
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