EP4082004B1

EP4082004B1 - Ensemble d'isolation thermique et acoustique comprenant un produit d'isolation thermique et acoustique et une membrane en face avant

Info

Publication number: EP4082004B1
Application number: EP20829300.1A
Authority: EP
Inventors: Gary JACQUS; Carole DURANTET; Pierre Leroy
Original assignee: Saint Gobain Isover SA France
Current assignee: Saint Gobain Isover SA France
Priority date: 2019-12-23
Filing date: 2020-12-21
Publication date: 2026-04-29
Anticipated expiration: 2040-12-21
Also published as: FR3105552B1; CN114787909A; EP4082004A1; WO2021130190A1; FR3105552A1; CN114787909B

Description

L'invention concerne un ensemble d'isolation thermique et acoustique pour les applications marines, telles que par exemple les navires, permettant d'isoler les parois métalliques des navires.
Il est connu d'utiliser des produits d'isolation thermique en laine minérale tels que par exemple le produit Ultimate vendu par la Société Saint-Gobain Isover pour isoler ce type de parois. Afin d'améliorer l'isolation acoustique, une membrane est disposée sur la face avant du produit d'isolation thermique et acoustique, c'est-à-dire la face du produit qui est destinée à être tournée vers la pièce à isoler (face opposée à celle destinée à être tournée vers la paroi). Cette membrane a typiquement une densité surfacique comprise entre 2 et 10 kg/m² et une densité volumique comprise entre 2000 et 2200 kg/m³ pour permettre d'améliorer significativement l'isolation acoustique. Toutefois, l'inconvénient majeur de cette membrane est qu'elle est étanche à l'air, ce qui a un impact négatif sur l'absorption acoustique. Le niveau de bruit dans les pièces d'émission du son peut alors être significativement renforcé.
Le document US2010/0224438 décrit un isolant multicouche pour moteur à combustion interne, comprenant au moins une première couche ayant une résistance à l'écoulement de l'air comprise entre 50 et 150 kNs/m⁴ et une épaisseur comprise entre 5 et 50 mm, une deuxième couche ayant une résistance à l'écoulement de l'air comprise entre 200 et 600 kNs/m⁴ et une épaisseur comprise entre 0,5 et 8 mm, les couches étant connectées deux à deux et en contact, et une couche d'air entre le moteur et la première couche.
Il y a donc un besoin pour un ensemble d'isolation thermique et acoustique, comprenant un produit d'isolation thermique et acoustique et une membrane en face avant, qui permette d'améliorer significativement l'absorption acoustique tout en ne dégradant pas l'isolation acoustique.
Pour cela, l'invention propose un ensemble d'isolation thermique et acoustique selon la revendication 1.
L'invention concerne également l'utilisation de l'ensemble d'isolation thermique et acoustique décrit ci-dessus sur une paroi métallique de navire.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention vont à présent être décrits en regard des dessins sur lesquels :

La Fig. 1 représente une vue en coupe de l'ensemble d'isolation thermique et acoustique selon la présente invention montée sur une paroi métallique de navire.

Les numéros de référence qui sont identiques sur les différentes figures représentent des éléments similaires ou identiques.
L'invention se rapporte à un ensemble d'isolation thermique et acoustique comprenant :

un produit d'isolation thermique et acoustique en laine minérale comprenant une première face, dite face avant, destinée à être tournée vers l'intérieur d'une pièce, et une deuxième face, dite face arrière, destinée à être tournée vers une paroi,
une membrane micro-perforée disposée sur la face avant du produit d'isolation thermique et acoustique.

Les micro-perforations dans la membrane permettent de contrôler à la fois l'absorption acoustique et l'isolation acoustique. En effet, la membrane se comporte comme un voile résistif permettant une plus grande dissipation de l'onde dans le produit d'isolation thermique et acoustique situé derrière la membrane. La présence des micro-perforations ne diminue que légèrement l'isolation acoustique par rapport à une membrane non perforée tout en améliorant l'absorption acoustique. Les dimensions des perforations et le taux de perforation sont dimensionnés de façon à contrôler à la fois l'absorption acoustique et l'isolation acoustique. Un faible taux de perforation permet de limiter la dégradation de l'isolation (comparé au cas d'une membrane étanche de l'art antérieur). Par ailleurs, les dimensions des perforations sont faibles de façon à optimiser la dissipation d'énergie par frottement visqueux de l'air mis en mouvement par l'onde acoustique. L'absorption acoustique est ainsi fortement améliorée.
La figure 1 représente une vue en coupe de l'ensemble d'isolation thermique et acoustique selon la présente invention, monté sur une paroi 2, qui est par exemple une paroi métallique en acier ou en aluminium d'un navire. L'ensemble d'isolation thermique et acoustique comprend un produit 1 d'isolation thermique et acoustique en laine minérale comprenant une première face, dite face avant 1a, destinée à être tournée vers l'intérieur d'une pièce à isoler, et une deuxième face, dite face arrière 1b, destinée à être tournée vers une paroi 2 d'une pièce à isoler. Sur cette figure, la face arrière 1b du produit d'isolation thermique et acoustique est posée contre la paroi 2.
Le produit d'isolation thermique et acoustique est en laine de verre ou en laine de roche, par composé essentiellement de fibres de verre de type aluminosilicate comprenant de l'oxyde d'aluminium, Al₂O₃, en une fraction massique comprise entre 13% et 28%.
L'ensemble d'isolation thermique et acoustique comprend en outre une membrane micro-perforée 3 qui est positionnée sur la face avant 1a du produit 1 d'isolation thermique et acoustique en laine minérale.
La membrane micro-perforée 3 a typiquement une densité surfacique comprise entre 2 et 10 kg/m². Il s'agit donc d'une membrane lourde qui apporte une bonne isolation acoustique à l'ensemble d'isolation thermique et acoustique.
La membrane micro-perforée 3 est une couche viscoélastique ayant de façon optionnelle au moins une des propriétés suivantes :

un amortissement structural η, égal à tanδ et fonction de la fréquence, qui est supérieur ou égal à 5% quelle que soit la fréquence, et/ou
un module d'Young E, également fonction de la fréquence, qui est inférieur ou égal à 500 MPa. Cette « faible » valeur de module d'Young confère une certaine élasticité/maniabilité à la membrane, qui est particulièrement utile pour la pose sur des parois de navire.

Typiquement, la membrane micro-perforée 3 a une résistance à l'écoulement de l'air comprise entre 0,5 kPa.s/m et 10 kPa.s/m, de préférence entre 1 kPa.s/m et 5 kPa.s/m. La résistance à l'écoulement de l'air est mesurée selon la norme ISO 9053.
La résistance à l'écoulement de l'air de la membrane micro-perforée 3 est représentative d'une capacité limitée de passage de l'air à travers celle-ci, qui est liée à la présence des micro-perforations dans la membrane. La résistance à l'écoulement de l'air de la membrane micro-perforée 3 étant comprise entre 0,5 kPa.s/m et 10 kPa.s/m, elle introduit une dissipation d'énergie par frottement visqueux de l'air mis en mouvement par l'onde acoustique. Ainsi, l'absorption est fortement améliorée, notamment aux basses fréquences. Si la résistance à l'écoulement de l'air est trop faible, l'atténuation acoustique causée par la friction interne est minime et l'effet d'absorption apporté par la membrane est faible. Toutefois, la forte perméabilité de la membrane permet à l'onde d'être absorbée par le produit d'isolation thermique et acoustique juste derrière. Si la résistance est trop importante, la plupart des ondes acoustiques sont réfléchies et l'absorption s'affaiblit. Typiquement, en dessous de 0,5 kPa.s/m, voire en-dessous de 1 kPa.s/m, l'isolation acoustique est dégradée. Au-dessus de 10 kPa.s/m, il n'y a plus de gain en absorption.
La membrane micro-perforée 3 a en outre, pour une épaisseur L, un taux de perforation ϕ et un diamètre de perforation D tels que ϕD² = 32η × L/ (σL) où σL désigne la résistance à l'écoulement de l'air de la membrane et η la viscosité dynamique de l'air. Pour une résistance à l'écoulement de l'air donnée, on peut ainsi définir un couple taux de perforation/diamètre de perforation. La membrane micro-perforée peut être percée de micro-perforations multi-diamètres. Les perforations peuvent avoir toutes formes de géométrie, par exemple une forme circulaire, oblongue ou encore en forme de fente.
Ainsi, la membrane micro-perforée 3 a par exemple:

un taux de perforation (en pourcentage de surface de trou/surface totale) compris entre 0,01 et 5%, de préférence entre 0,05% et 2%, voire entre 0,1% et 1%,
un rayon de perforation compris entre 0,01 et 0,5 mm, de préférence entre 0,1 et 0,25 mm.

La gamme de taux de perforation comprise entre 0,01 et 5%, de préférence entre 0,05% et 2%, voire entre 0,1% et 1%, permet d'optimiser à la fois l'isolation acoustique et l'absorption acoustique : pour des valeurs de taux de perforation plus faibles, on tend vers la membrane étanche alors que pour des valeurs plus élevées de taux de perforation, on risque de fortement dégrader l'isolation. Un taux de perforation compris entre 0,01% et 5% permet ainsi avantageusement d'obtenir un compromis acceptable entre un gain significatif d'absorption acoustique et une perte très modérée d'isolation acoustique.
La membrane micro-perforée 3 est de préférence collée ou liée ou couplée au moins en partie à la face avant 1a du produit 1 d'isolation thermique et acoustique. La liaison ou l'adhésion est réalisée de préférence par collage, par exemple sous forme de plots ou de traits de colle. Toute la surface de la couche arrière de la membrane n'est pas nécessairement enduite de colle.
Par ailleurs, le produit 1 d'isolation thermique et acoustique a typiquement une densité comprise entre 13 kg/m³ et 200 kg/m³, de préférence entre 13 kg/m³ et 100 kg/m³, voire entre 24 kg/m³ et 100 kg/m³. Cette gamme de densité confère au produit d'isolation thermique et acoustique des propriétés de tenue mécanique suffisantes pour l'application envisagée, à savoir l'isolation de parois sensiblement verticales de navires.
Le produit 1 d'isolation thermique et acoustique a également typiquement une épaisseur comprise entre 10 mm et 150 mm, de préférence entre 15 mm et 150 mm, voire entre 20 mm et 150 mm. Cette gamme d'épaisseur permet une bonne tenue mécanique du produit d'isolation thermique et acoustique et une absorption suffisante des ondes acoustiques pour l'application envisagée.
De préférence, le produit 1 d'isolation thermique et acoustique a un module d'Young compris entre 5 kPa et 2 MPa et un amortissement compris entre 0% et 50%. Les mesures du module d'Young et de l'amortissement sont réalisées selon la norme ISO 18437 et selon l'article de C. Langlois, R. Panneton et N. Atalla : Polynomial relations for quasi-static mechanical characterization of isotropic poroelastic materials, J. Acoust. Soc. Am., 110 :3032-3040, 2001. Le module d'Young est significatif des propriétés d'isolation acoustique.
De façon optionnelle, l'ensemble d'isolation thermique et acoustique comprend en outre un surfaçage 6 en laine minérale disposé sur la face de la membrane micro-perforée opposée au produit 1 d'isolation thermique et acoustique, donc sur la face avant de la membrane micro-perforée 3, la face arrière de la membrane micro-perforée 3 étant disposée contre la face avant 1a du produit 1 d'isolation thermique et acoustique. Le surfaçage 6 est une couche fine par rapport au produit 1 d'isolation thermique et acoustique. Le surfaçage 6 permet d'améliorer encore l'absorption acoustique, en particulier à plus haute fréquence que la membrane micro-perforée 3.
Le surfaçage 6 a typiquement une densité surfacique comprise entre 0,01 kg/m² et 10 kg/m², de préférence entre 0,1 kg/m² et 5 kg/m². Cette gamme de densité surfacique confère au surfaçage 6 des propriétés d'isolation acoustique.
Le surfaçage 6 a typiquement une densité comprise entre 20 kg/m³ et 200 kg/m³, de préférence entre 30 kg/m³ et 150 kg/m³, voire entre 30 kg/m³ et 90 kg/m³. Cette gamme de densité confère au surfaçage 6 des propriétés de tenue mécanique.
Le surfaçage 6 a typiquement une épaisseur comprise entre 0,5 mm et 20 mm, de préférence entre 5 mm et 15 mm, voire entre 5 mm et 15 mm. Cette gamme de densité confère au surfaçage 6 des propriétés de tenue mécanique et d'absorption acoustique.
Selon le mode de réalisation représenté sur la Figure 1, l'ensemble formé par le produit 1 d'isolation thermique et acoustique et la membrane micro-perforée 3 est fixé à la paroi 2 métallique par l'intermédiaire d'aiguilles 5 et de rondelles 4, les aiguilles 5 traversant les rondelles 4, la membrane micro-perforée 3 et le produit 1 d'isolation thermique et acoustique et étant plantées dans la paroi 2. Le surfaçage 6, lorsqu'il est présent, peut également être tenu par les aiguilles 4 et les rondelles 5 ou, comme représenté sur la figure 1, être collé par-dessus la membrane micro-perforée. Le couplage de l'ensemble d'isolation thermique et acoustique à la paroi 2 métallique peut être fait par tout autre moyen connu pour fixer des membranes à des produits d'isolation.
Trois ensembles d'isolation thermique et acoustique ont été testés en absorption acoustique et en isolation acoustique :

un premier ensemble de référence qui comporte un produit d'isolation thermique et acoustique et une membrane étanche ;
un deuxième ensemble qui comporte le même produit d'isolation thermique et acoustique et une membrane micro-perforée selon l'invention ;
un troisième ensemble qui comporte le même produit d'isolation thermique et acoustique, une membrane micro-perforée selon l'invention et un surfaçage.

Le produit d'isolation thermique et acoustique commun aux trois ensembles d'isolation thermique et acoustique est un panneau en laine minérale de la marque Ultimate chez Saint-Gobain Isover, de densité 24 kg/m³ et d'épaisseur 50 mm.
La membrane étanche du premier ensemble d'isolation thermique et acoustique a une résistance à l'écoulement de l'air de 70 kPa.s/m. Il s'agit de la membrane de la marque SeaProtect dB Flex Alu chez Saint-Gobain Isover.
La membrane micro-perforée des deuxième et troisième ensembles d'isolation thermique et acoustique est la même membrane de la marque SeaProtect dB Flex Alu chez Saint-Gobain Isover, mais qui a été perforée. Après perforation, elle a une résistance à l'écoulement de l'air de 0,640 kPa.s/m, une épaisseur de 1,7 mm, une densité de surface de 3 kg/m², un taux de perforation de 0,4 % et un rayon de micro-perforations de 0,319 mm. La membrane micro-perforée a une densité surfacique de 3,25 kg/m².
Le surfaçage du troisième ensemble d'isolation thermique et acoustique est le surfaçage de la marque Ultimate chez Saint-Gobain Isover. Il a une densité surfacique de 0,36 kg/m², une densité de 24 kg/m³ et une épaisseur de 15 mm.
Le premier ensemble d'isolation thermique et acoustique a une absorption acoustique α_w de 0,05 et une isolation acoustique R_w de 51 dB.
Le deuxième ensemble d'isolation thermique et acoustique a une absorption acoustique α_w de 0,25 et une isolation acoustique R_w de 50 dB.
Le troisième ensemble d'isolation thermique et acoustique a une absorption acoustique α_w de 0,65 et une isolation acoustique R_w de 51 dB.
L'absorption acoustique et l'isolation acoustique ont été mesurées sur les trois produits. L'absorption acoustique αs est mesurée selon la norme ISO 354. L'indicateur α_w est ensuite calculé selon la norme ISO 11654.
L'isolation acoustique est mesurée selon la norme ISO 10140-2 L'indicateur R_w est ensuite calculé selon la norme ISO 717-1.
Il a été observé un gain en absorption acoustique (α_w) de 0,2 et une perte en isolation acoustique (R_w) de -1dB entre le deuxième ensemble d'isolation thermique et acoustique (selon l'invention) et le premier ensemble d'isolation thermique et acoustique (référence), et un gain en absorption acoustique (α_W) de 0,6 et sans perte d'isolation acoustique entre le troisième ensemble d'isolation thermique et acoustique (selon l'invention) et le premier ensemble d'isolation thermique et acoustique (référence).
Il a donc été mis en évidence que l'ensemble d'isolation thermique et acoustique selon l'invention permet bien d'améliorer fortement l'absorption acoustique en dégradant à peine, voire pas du tout, l'isolation acoustique, effet d'autant plus marqué lorsque le surfaçage est présent en plus.
L'invention concerne également l'utilisation de l'ensemble d'isolation thermique et acoustique selon l'invention sur une paroi métallique, en acier ou en aluminium, de navire dans le but d'améliorer fortement l'absorption acoustique en dégradant à peine, voire pas du tout, l'isolation acoustique d'une pièce de navire.

Claims

Ensemble d'isolation thermique et acoustique comprenant :
- un produit (1) d'isolation thermique et acoustique en laine minérale comprenant une première face, dite face avant (1a), destinée à être tournée vers l'intérieur d'une pièce, et une deuxième face, dite face arrière (1b), destinée à être tournée vers une paroi (2),

- une membrane micro-perforée (3) disposée sur la face avant (1a) du produit (1) d'isolation thermique et acoustique,
l'ensemble d'isolation thermique et acoustique étant caractérisé en ce que la membrane micro-perforée (3) est une couche viscoélastique et en ce que la membrane micro-perforée (3) a, pour une épaisseur L, un taux de perforation ϕ et un diamètre de perforation D tels que ϕD² = 32η × L/ (σL) où σL désigne la résistance à l'écoulement de l'air de la membrane et η la viscosité dynamique de l'air.
Ensemble d'isolation thermique et acoustique selon la revendication 1, dans lequel la membrane micro-perforée (3) est une couche viscoélastique, ayant de façon optionnelle :
- un amortissement structural η qui est supérieur ou égal à 5% quelle que soit la fréquence, et/ou

- un module d'Young E qui est inférieur ou égal à 500 MPa quelle que soit la fréquence.
Ensemble d'isolation thermique et acoustique selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la membrane micro-perforée (3) a une résistance à l'écoulement de l'air comprise entre 0,5 kPa.s/m et 10 kPa.s/m, de préférence entre 1 kPa.s/m et 5 kPa.s/m.
Ensemble d'isolation thermique et acoustique selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la membrane micro-perforée (3) a :
- un taux de perforation compris entre 0,01 et 5%, de préférence entre 0,05% et 2%, voire entre 0,1% et 1%,

- un rayon de perforation compris entre 0,01 et 0,5 mm, de préférence entre 0,1 et 0,25 mm.
Ensemble d'isolation thermique et acoustique selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la membrane micro-perforée (3) a une densité surfacique comprise entre 2 et 10 kg/m².
Ensemble d'isolation thermique et acoustique selon l'une des revendications 1 à 5 dans lequel le produit (1) d'isolation thermique et acoustique a une densité comprise entre 13 kg/m³ et 200 kg/m³, de préférence entre 13 kg/m³ et 100 kg/m³, voire entre 24 kg/m³ et 100 kg/m³.
Ensemble d'isolation thermique et acoustique selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le produit (1) d'isolation thermique et acoustique a une épaisseur comprise entre 10 mm et 150 mm, de préférence entre 15 mm et 150 mm, voire entre 20 mm et 150 mm.
Ensemble d'isolation thermique et acoustique selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel le produit (1) d'isolation thermique et acoustique est composé essentiellement de fibres de verre de type aluminosilicate.
Ensemble d'isolation thermique et acoustique selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel la membrane micro-perforée (3) est collée ou liée ou couplée au moins en partie à la face avant du produit d'isolation thermique et acoustique.
Ensemble d'isolation thermique et acoustique selon l'une des revendications 1 à 9, comprenant en outre un surfaçage (6) en laine minérale disposé sur la face de la membrane micro-perforée (3) opposée au produit (1) d'isolation thermique et acoustique.
Ensemble d'isolation thermique et acoustique selon la revendication 10, dans lequel le surfaçage (6) a une densité surfacique comprise entre 0,01 kg/m² et 10 kg/m², de préférence entre 0,1 kg/m² et 5 kg/m².
Ensemble d'isolation thermique et acoustique selon la revendication 10 ou 11, dans lequel le surfaçage (6) a une densité comprise entre 20 kg/m³ et 200 kg/m³, de préférence entre 30 kg/m³ et 150 kg/m³, voire entre 30 kg/m³ et 90 kg/m³.
Ensemble d'isolation thermique et acoustique selon l'une des revendications 10 à 12, dans lequel le surfaçage (6) a une épaisseur comprise entre 0,5 mm et 20 mm, de préférence entre 5 mm et 15 mm, voire entre 5 mm et 15 mm.
Utilisation de l'ensemble d'isolation thermique et acoustique selon l'une des revendications 1 à 13 sur une paroi métallique de navire.