<Desc/Clms Page number 1>
. "Panneau composite préfabriqué"
L'évolution des méthodes de construction a rendu nécessaire la préfabrication en usine de la plupart des éléments constitu- tifs d'un bâtiment.
La technique la plus couramment employée consiste à ériger une ossature, les vides étant remplis par des panneaux préfabri- qués fixés soit entre, soit devant ladite ossature.
Les différents panneaux généralement utilisés sont des pan- neaux du type "sandwich" comportant un parement en métal tel que l'aluminium, l'acier inoxydable, ou en bois, en verre, ou encore en amiante, ciment, etc..., collé à une âme isolante.
<Desc/Clms Page number 2>
La particularité de ces revêtements est qu'ils peuvent être utilisés en faible épaisseur,. et donc sous un faible poids, ne nécessitant pas d'autres moyens de fixation que le collage sur l'âme du panneau.
Dans cet esprit, il a déjà été proposé de réaliser de tels panneaux en remplaçant les parements couramment utilisés, cités plus haut, par des parements en pierre naturelle ou en marbre en épaisseur très mince, difficilement compatibles avec les im- pératifs de sciage et de polissage, et également de réaliser de tels panneaux avec des parements en pierre ou en marbre sans spé- cification d'épaisseur.
Dans les deux cas l'âme du panneau est constituée par une mousse rigide de polyuréthane expansée in situ et qui adhère sur les plaques de parements en pierre ou en marbre,. la fixation des plaques étant neulement assurée par l'adhérence de la mousse rigide de polyuréthane, mais, contrairement aux re- vêtements déjà évoqués, les matériaux naturels ne peuvent être utilisés en une aussi faible épaisseur.
Dans la construction traditionnelle, il est bien connu d'uti- liser des plaquas de parements en pierre ou en marbre fixées con- tre les murs au moyen d'agrafes.
Il est connu également de constituer, avec de telles plaques, . pourvues à leur verso de pattes d'agrafage, un coffrage extérieur de mur en béton, de manière qu'après coulée de ce matériau, la plaque soit intimement solidaire du mur et que sa fixation ne soit pas seulement obtenue par l'adhérence du béton.
La présente invention concerne un procédé de pré-fabrication de panneaux composites et les-panneaux obtenus selon ce procédé.
.
Ce procédé et les panneaux obtenus sont caractérisés en ce qu'ils rendent possible l'emploi de revêtements naturels, tradi- tionnels dans la préfabrication des panneaux, tout en assurant
<Desc/Clms Page number 3>
une sécurité de fixation pour le moins équivalente à oelle de la pose classique, cette sécurité de fixation étant obtenue par un dispositif spécial et'nouveau qui constitue une des caractéristi- ques de l'invention.
A la suite d'essais, les demandeurs ont constaté qu'en rai- son de la densité élevée de ces matériaux,'conduisant à un poids inusité quand ils sont employés comme parements, il était indis- pensable de prévoir des dispositions spéciales de sécurité erpê- chant'la séparation fortuite du parement et de l'âme isolante, no- tamment lors d'une exposition à la chaleur et,en particulier, lors d'un inoendie.
]Un effet, on n'évite pas qu'il puisse se produire un effet de fluage de la plaque par rapport à la mousse de polyuréthane qui, étant un matériau cellulaire plastique, est de ce fait assez ; élastique.
De par le propre poids des plaques, la sollicitation au flua- ge est permanente, ce qui est particulièrement grave dans les cas de températures limites où la mousse rigide peut présenter un cer- tain ramol ssement qui provoque un fluage important de la plaque de parement, les cellules n'étant plus assez rigides à remplace- ment du collage pour supporter le poids de la plaque.
Dès que la température baisse, la mousse reprend sa consis- tance normale mais le fluage de la plaque est irréversible et les mouvements de fluage cumulés peuvent provoquer, même si le colla- ge ne cède pas, un arrachement de la mousse entratnant la sépara- tion de la plaque.
Le panneau composite préfabriqué suivant la présente inven- tion, comportant une plaque de parement en pierre naturelle, mar- bre, granit, etc..., un cadre métallique, des joints semi-rigides disposés de chaque coté sur les ailes du cadre, des fixations mé- talliques de sécurité rendant la plaque de parement solidaire
<Desc/Clms Page number 4>
du cadre métallique, une masse en matériau synthétique expansé "in situ", un parement intérieur, une barrière pare-vapeur sur la face interne de la plaque de parement en pierre ou en marbre et éventuellement sur celle du parement intérieur si besoin est, caractérisé en ce qu'au moins une-fixation métallique assure une liaison mécanique entre ledit cadre et ladite plaque de parement;
cette liaison métallique peut notamment être du type décrit dans la demande de brevet français N PV-100.436 du 28 mars 1967 pour "Procédé et dispositifs pour la fixation des plaques de différents matériaux".
Le dessin annexé montre à titre d'exemple un mode de réalisa- ' tion de la présente invention: - La figure 1 est une vue en perspective, avec coupe partiel- le.
- Les figures 2 et 3 sont des vues en coupe faites respective- ment suivant les lignes 11-11 et III-III de la figura 1.
- La figure 4 est une vue en coupe d'un panneau constitué avec plusieurs plaques de parement juxtaposées.
- Les figures 5 à 8 sont des vues en coupe, à plus grande échelle, montrant différentes formes de joints entre ces plaques de parement juxtaposées.
Le panneau représenté est constitué d'une plaque 1 d'un ma- tériau naturel, tel que pierre, marbre, granit, travertin, ardoi- se, etc..., formant parement extérieur, d'un cadre ou bâti 2, en tôle d'acier pliée, galvanisée ou électrozinguée, ou ayant subi tous autres traitements garantissant une protection efficace con- tre la corrosion des cadres constitués par un matériau peu rigide ou combustible n'offriraient pas toute la sécurité requise, d'un parement intérieur 3 qui peut être par exemple en tôle d'acier galvanisée ou électro-zinguée, ou en tout autre matériau au choix du maître de l'oeuvre, tel que fibrociment, matière plastique,
<Desc/Clms Page number 5>
contre-plaqué,
etc... et d'une âme isolahte 4 constituée par de la mousse rigide de polyuréthane injectée in situ.
Le oadre 2 peut être en forme de U ouvert vers l'intérieur, comme montré à la figure 2, ou ouvert vers l'extérieur, comme montré à la figure 3; entre chacune de ses deux ailes et le pare- ment extérieur 1, d'une part, et le parement intérieur 3, d'autre part; sont intercalés des joints 5 et 6 en caoutchouc synthéti- que imputrescible, ininflammable et insensible aux variations de température, qui suppriment toute possibilité de pont thermique ou phonique.
Il est à noter que le pliage de la tôle constitutive des éléments du cadre permet de donner tout profil désiré au champ du panneau, ce qui laisse une très grande souplesse de mise en oeuvre.
Des pièces de fixation assurent la fixation du parement extérieur 1 au'cadre 2; celles-ci peuvent être en forme d'équerre .
7; une de leurs branches 8 est fixée au parement 1 par tous moyens appropriés et l'autre branche 9 est fixée de marne au fond 10 du profilé en U ouvert vers l'extérieur; ces fixations peuvent également être en forme de crochet 11 dont une branche 12 est éga- lement fixée selon le procédé décrit dans la demande de brevet .N PV-100.436 du 28 mars 1967 pour "Procédé et dispositifs pour la fixation de différents matériaux" ou par tous moyens appropriés au parement extérieur 1 et l'autre, de même, à,un prolongement 13 d'une des branches du profilé en forme de U ouvert vers l'in- térieur.
Comme la mousse rigide 4 adhère fortement sur toutes les sur- faces avec lesquelles elle entre en contact pendant son expansion, elle assure le collage de tous les éléments du panneau; on a donc une double fixation de la plaque de revêtement 1 qui est assurée tant par les fixations mécaniques quo par .le collage obtenu par
<Desc/Clms Page number 6>
l'auto-adhérence de la mousse; de la sorte, même en cas de des- truction fortuite de la mousse et dos joints, par exemple lors d'un incendie, la plaque de parement reste fixée au cadre métal- lique qui est lui-même indéformable et reste solidaire de l'ossa- : ture du bâtiment.
Des évents 14 sont évidemment prévus dans les fonds 10 du cadre pour permettre l'évacuation de l'air pendant l'injection; ils sont ensuite obturés pour parfaire l'étanchéité du panneau.
La face intérieure du parement extérieur 1 est rendue étanche par . l'application d'une barrière pare-vapeur 15; une deuxième bar- rière peut également être prévue sur la face intérieure du pare- ment intérieur 3 si besoin est.
Le procédé de préfabrication de tels panneaux se décompose en plusieurs phases comprenant la préparation des éléments, leur assemblage, la mise en oeuvre, puis l'injection de la mousse ri- gide de polyuréthane; toutes ces opérations peuvent être réalisées en usine à l'aide d'une installation industrielle et d'un outil- lage spécialement conçu à cet effet.
Pour obtenir de tels panneaux, on place la face extérieure de la plaque de parement sur une surface de référence, on encolle , le pourtour de la plaque de parement, on pose le cadre métallique préalablement muni de joints, on pose ce cadre en réalisant la fixation mécanique cadre-plaque, on applique le parement inté- rieur, on pose une seconde surface de référence et on immobilise cette seconde surface de référence par rapport à la première,et on injecte alors le matériau cellulaire dans ledit panneau afin qu'il vienne remplir la totalité du volume délimité par la plaque 'de parement, le cadre et le parement intérieur.
Les plaques de pierre, marbre ou granit sont, de.par leur texture, naturellement plus ou moins perméables; c'est pourquoi elles.sont préalablement enduites, à plusieurs couches,d'un produit
<Desc/Clms Page number 7>
étanche à la vapeur et à l'humidité fermant barrière pare-vapeur sur la face interne.
Ce stade de la fabrication est une opération très importante puisqu'elle contribue, presque en totalité, à assurer l'étanchéi- té du panneau et par conséquent à garantir sa durabilité et la conservation des qualités répondant aux exigences thermiques et acoustiques de confort d'habitabilité.
La solution adoptée doit satisfaire à plusieurs impératifs, être) évidemment, étanche à l'eau et à la vapeur d'eau adhérer fortement à la pierre ou au marbre, être un support compatible avec l'adhérence de la mousse rigide de polyuréthane, réslster sans perdre ses caractéristiques physiques et mécaniques à des températures minimales d'utilisation comprises entre - 25 C et + 80 C (tout en supportant- des chocs thermiques brutaux tels qu'un arrosage d'eau à 10 C pendant que le produit appliqué est soumis depuis 3 heures à une température de + 80 C), ne pas présenter de risques d'interaction chimique, dans le temps, avec la mousse de polyuréthane.
Ces prescriptions sévères imposent une sélection difficile parmi les produits susceptibles d'être imperméables à l'eau et surtout à la vapeur.
Les produits d'étanchéité courants à base de bitume ne peu- vent être retenus en raison de leur mauvaise tenue'à la chaleur; les produits contenant du caoutchouc chloré présentent de bonnes qualités d'étanchéité mais leur résistance à la chaleur ne permet pas d'atteindre les températures d'utilisation, leur point de fluage se situant avant + 80 C.
Il a été envisagé d'utiliser, comme barrière pare-vapeur, des laques à base de polyuréthane, en raison de leur compatibilité évidente avec la mousse rigide de polyuréthane et aussi à cause de leur bonne tolérance à la chaleur; malheureusement' ces laques
<Desc/Clms Page number 8>
ne présentent qu'une étanchéité médiocre à la vapeur d'eau, mais ces laques ne présentent qu'une étanchéité médiocre à la vapeur d'eau ; des essais de mesure de perméabilité à la vapeur dits "à la coupelle" ont été effectués, par le Laboratoire National d'Essais du Conservatoire des Arts et Métiers, sur deux éprou- vettes en pierre enduites de deux laques différentes composées de polyuréthane.
Ces essais ont été réalisés suivant le mode opératoire dé- crit dans la Norme française NF-X-41.001, les résultats figurent dune le PV N 159*218 établi par le Laboratoire National d'Essais, ils ont démontré une perméabilité réelle à la vapeur de 23 ot 31 gr./m2/24 h.
Cotte perméabilité est trop importante pour garantir l'étan- ch6it6 du panneau, eu égard également aux normes établies par les Organismes Officiels du Bâtiment pour ce genre de panneaux dit du type "Etanche".
Pour la préfabrication des panneaux objets de la présente invention, c'est avec un produit résultant d'une combinaison chi- mique solvantée à teneur équilibrée en élastomère qu'a été réso- lue l'étanchéité à la vapeur des plaques de parement.
Pour confirmer l'efficacité de cette solution, les marnes essais cités précédemment ont été effectués par le Laboratoire d'Essais du Conservatoire National des Arts et Métiers sur dif- férentes éprouvettes en pierre enduites, sur une face, avec ce produit ; la pierre étant de la même nature que celle utilisée pour les laques à base de polyuréthane.
Les résultats indiquent une perméabilité réelle à la vapeur ' de 5 gr./m2/24 h; ce taux de perméabilité est parfaitement admis- aible et se situe dans les normes admises par les réglementations en vigueur.
Sur ces mêmes éprouvettes il avait été préalablement procédé à des essais de vieillissement accéléré, de tenue au gel, à
<Desc/Clms Page number 9>
la chaleur et aux chocs thermiques; tous ces essais ont été ef- fectués sur des éprouvettes où le produit pare-vapeur était étroitement en contact avec la mousse rigide de polyuréthane, ils avaient pour but de vérifier l'efficacité et la permanence du produit, également de contrôler l'éventualité d'une interac- tion chimique; tous les résultats ont été concluants ainsi que l'atteste le P.V. N 159.218 du Laboratoire National d'Essais.
Cette opération d'étanchéité ayant été faite, la ou les plaques devant servir au parement extérieur du panneau sont dis- posées côte à côte sur une surface de référence absolument plane.-
Dans le cas où le panneau a une hauteur ou une largeur'telle qu'il soit préférable de le constituer par plusieurs plaques de 'parement juxtaposées comme montré à la figure 4, ces plaquas comportent une feuillure en queue d'aronde 16 sur la face interne et sur le chant qui est prolongé pax la feuillure semblable de la plaque juxtaposée.
La réunion de ces deux feuillures constitue un joint trapé- zoidal qui est rempli intégralement par un mastic à base de po- lymère de thiokol catalysé; après polymérisation on a ainsi un joint mécano-chimique, mécanique de par sa forme qui le rend in- dissociable de son logement, et chimique de par sa nature qui en 'fait un joint étanche à l'eau et à la vapeur, qui résiste large- ment aux températures d'utilisation, qui est adhérent et dont les propriétés de flexibilit6et d'élasticité restent constantes.
Le joint peut également être semi-circulaire (figure 6); rectangulaire (figure 7) ou triangulaire (figure 8).
Le parement extérieur 1 du panneau étant réalisé, on vient présenter le cadre métallique 2 sur lequel les joints 5 et 6 ont été fixés, on encolle le pourtour de l'appareillage des plaques sur une largeur correspondante à la portée du joint, on applique ledit cadre et l'on procède alors à la pose des fixations mècani-
<Desc/Clms Page number 10>
ques rendant les plaques solidaires du cadre métallique suivant ' le mode opératoire décrit ci-dessus. ,
On applique le parement intérieur 3, préalablement encollé au pourtour, sur le joint supérieur 6 du cadre 2 de la même façon , mais à l'inverse du collage du cadre sur les plaques de parement 1.
On recouvra le panneau ainsi constitué, d'une surface de ré- férence plane identique à celle utilisée pour supporter les pla- ques de parement, le panneau se trouve ainsi pris en "sandwich" entre ces deux surfaces.
Pour effectuer l'injection de la mousse rigide de.polyurétha-; ne 4 qui est préexpansée mais encore en cours d'expansion et qui continue donc de s'expanser à l'intérieur du panneau, on utilise des contre-surfaces de référence composées d'un bâti, d'un pla- teau inférieur fixe et d'un plateau supérieur qui se lève et s'abaisse automatiquement, en coulissant verticalement par rapport aux colonnes du bâti; ce sont des constructions métalliques, lourdes, robustes et précises, qui rappellent les presses; de par , leur conception, mais qui'n'exercent pas d'effet de pression mé- canique sinon celle du propre poids du plateau supérieur;
elles sont utilisées pour maintenir le panneau à ses côtés en évitant les déformations qui ne manqueraient pas de se produire lors des poussées provoquées par l'expansion de la mousse rigide de poly- uréthane; on voit que ces deux plateaux n'agissent pas comme des presses mais plutôt en "anti-retour".
Contrairement aux matériaux-de parement utilisés classique- ment, les plaques de pierre ou de marbre sont particulièrement fragiles en raison de leur taux de flexion pratiquement nul; elles ne pourraient supporter, sans dommage, la plus légère défor-' mation, cette fragilité implique des caractéristiques spéciales des contre-surfaces de référence: les plateaux sont rendus rigou- reusement plans par rabotage et calage des fers, leur rigidité
<Desc/Clms Page number 11>
est obtenue par un système de poutraiaun triangulée, les efforts pouvant se transmettre au bâti, celui-ci est équipé de vérins com- pensateurs, après avoir été mis préalablement en précontrainte.
Toutes ces dispositions font que l'ensemble présente une ré- sistance à la déformation dont le coefficient est largement supé- rieur aux efforts extrêmes pouvant être envisagés.
Le sandwich constitué par le panneau entre les deux surfaces de références, comme décrit plus haut, est déposé sur le plateau inférieur; on applique des dispositifs de blocage latéraux qui coulissent sur le plateau inférieur ; ces dispositifs sont rapide- ment et automatiquement bloqués contre et sur tout.le pourtour des chants du panneau ; on fait descendre le plateau supérieur jusqu'à venir en butée des réglages d'épaisseur; on bride l'ensemble en réunissant le plateau inférieur au plateau supérieur par des fer- metures rapides.
A cette phase de la fabrication, le panneau dont toas les éléments sont assemblés est entre deux surfaces planes, l'ensemble étant maintenu et bloqué sur ses six faces, dans los contre-aurfa- ces de références (plateau inférieur, plateau supérieur et blocage des chants); le panneau est alors prêt à être injecté.
Conventionnellement, les mousses rigides de polyuréthanes étaient, élaborées en utilisant soit le gaz carbonique, soit le trichlorofluorométhane comme agent d'expansion, puis par la suit, un mélange de trichlorofluorométhane et de d@chlorodifluorométhane en faible quantité.
Or, suivant la présente invention, on utilisa uniquement et intégralement le dichlorodifluorométhane; il en résulte des avanta- ges certains et contrôlés, tant au point de vue des qualités supé- rieures de la mousse rigide obtenue (stabilité, tenue aux tempéra- tvres, résistances mécaniques, homogénéité, cellules plus fines, densité constante pour une même injection, etc...) que des garan-
<Desc/Clms Page number 12>
ties et des facilités de mise en oeuvre (diminution des poussées, - remplissage de volumes importants en une seule injection, adhé- ronce etc...).
Cette technique nécessite la fabrication d'une machine à in- jecter spéciale, particulièrement en ce qui concerne la tête de mélange.
En pratique et plus clairement, cette méthode permet d'injec- ter une mousse préexpansée mais encore en cours d'expansion, alors qu'auparavant on injectait un mélange de composants liquides den- ses et visqueux et plus dernièrement un mélange sous forme de . crème.
Cette nouvelle technique d'élaboration et de mise en oeuvre est spécialement avantageuse dans le cas de panneaux préfabriqués dont l'âme est constituée par de la mousse rigide de polyuréthane.
En effet,il est maintenant notoirement connu que la stabili- té dimonsionnelle de ces panneaux et par conséquent la conserva- tion do lours qualités intrinsèques est en grande partie fonction de la. stabilité de l'âme isolante.
Le grand inconvénient, résidait jusqu'à présent dans le fait qu'il était pratiquement impossible d'éviter que, pendant l'in- jection, il ne se forme, au contact des parements, une croûte dont la densité était nettement supérieure à celle de la plus importan- te partie de l'âme comprise entre ces deux croûtes.
Cet incident a été,reconnu comme très préjudiciable à la sta- bilité de la mousse rigide de polyuréthane, notamment à la chaleur, tout d'abord en raison d'un principe de physique élémentaire mais surtout pour des raisons chimiques.
Qu'il s'agisse d'expansion au gaz carbonique, au trichloro- fluorométhane ou au trichlorofluorométhane additionné de dichloro- difluorométhane, cette élévation de densité est toujours le résul- tat d'un effet mécanique de délaminage sur le mélange réactionnel et c'est parce que l'expansion n'a pas pu s'accomplir entière-
N
<Desc/Clms Page number 13>
ment que la densité est plus élevée à cet endroit.
Cette carence qui se manifeste à l'encontre d'une expansion normale et complète est le signe évident qu'on ne peut maîtriser une densité homogène, cette dernière devant uniquement être scient- ment modifiée en agissant sur la proportion d'agent d'expansion utilisé.
Il résulte de cette augmentation de densité au contact des parois délimitant l'expansion, que les cellules constituant cette croûte contiennent soit du gaz carbonique, soit du trichlorofluo- rométhane à l'état liquide éventuellement mélangé à du dichloro- difluorométhane et que, sous l'effet d'une chaleur tout à fait normale, le panneau subit des déformations pouvant entraîner la destruction des parements puisque le'trichlorofluorométhane entre en ébullition à + 24 C et que le gaz se dilate sous l'effet de la chaleur.
Alors que dans l'application présente et comme il.est men- tionné plus haut, seul le dichlorodifluorométhane est employé comme agent d'expansion et, avec cette formulation et la machine pour la réaliser il est devenu parfaitement possible d'effectuer des panneaux dont l'âme isolante en moussa rigide de polyuréthane est complètement expansée et présente une densité absolument homo- gène dans toute la masse,,et en tous les points du panneau avec lesquels elle est en contact..
Ce résultat véritablement appréciable est obtenu parce que l'expansion se produit bien avant l'injection et surtout avant le début de la réaction de polymérisation supprimant ainsi tous risques de post-expansion, c'est une réalité démontrée et prouvée.
L'injection de le mousse rigide de polyuréthane selon ce processus s'effectue au moyen d'un tube muni d'un détendeur que l'on introduit à l'intérieur du panneau par un orifice ménagé dans un des côtés; ce tube est relié par un flexible haute pros- sion à la tête de mélange de la machine; le temps d'injection
<Desc/Clms Page number 14>
est prédéterminé en fonction du volume à remplir et du débit de la machine; c'ast l'appareillage électronique de la machine qui commande et qui coupe l'injection; il est superfétatoire d'indi- quer que l'air contenu dans le panneau doit pouvoir s'évacuer; les petits trous d'évent 14 ont été prévus à cet effet sur les chants du panneau, ils sont obturés après injection.
Le panneau ayant été injecté, est maintenu dans les surfaces de référence pendant tout le temps de la polymérisation, puis les contre-surfaces sont ouvertes et le panneau est retiré sans contrainte en utilisant, pour le manutentionner, la surface plane inférieure; il est stocké à une température adéquate au temps de maturation.
Toutes .les sécurités de contrôle sont prévues sur la machine : afin d'avoir toujours des mélanges rigoureux et des viscosités constantes et tous les moyens ont été réunis pour obtenir des conditions d'ambiance (température, hygrométrie) et de température des matériaux nécessaires aux impératifs de cette technique.
Les panneaux conformes à l'invention ont de nombreux avan- tages parmi lesquels on peut notamment citer: - Emploi des matériaux naturels les.plus noblea en construction non traditionnelle.
Sécurité de fixation équivalente à celle de la pose classique.
- Obtention d'un panneau rendu absolument monolithique et étanche., - Coefficient d'isolation de la mousse rigide de polyuréthane supérieur à tous les isolants,.. connus:
EMI14.1
À . 0,018 k.cal/m2/h/ C.
- Possibilité de varier à l'infini les revêtements extérieurs des panneaux en raison de la diversité considérable des maté- riaux naturels.
- Garantie et régularité de fabrication grâce à la préfabrication en usine.
- Rapidité de mise en oeuvre.
<Desc/Clms Page number 15>
Il est du reste bien entendu que les modes de réalisation qui ont été décrits ci-dessus en référence au dessin annexé, ont été donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif, et que de nombreuses modifications peuvent être apportées sans qu'on s'écarte pour cela du cadre de la présente invention.