Les constructeurs automobiles orientent leurs productions vers des véhicules qui comportent une surface croissante de parois vitrées. Cette tendance qui a touché d'abord les pare-brise et lunettes arrière des véhicules, s'est poursuivie par les parties constituant le toit de ceux-ci. Les toits ouvrants, ont été les premiers à bénéficier de cette évolution-Dans ce cas, le vitrage utilisé présentait des dimensions relativement limitées.

Les propriétés requises à ce stade de cette évolution, étaient essentiellement optiques. Le toit vitré devait offrir une transmission lumineuse suffisante pour produire l'impression « d'ouverture lumineuse », mais cette mme transmission devait rester dans certaines limites pour garder un caractère « privé » à l'habitacle.

Les constructeurs ont plus récemment entrepris de développer des modèles dont le toit est en majorité constitué par des vitrages. Ces vitrages sont soit d'une seule pièce soit composés de plusieurs éléments juxtaposés ou non. Certains de ces vitrages peuvent tre mobiles pour dégager des ouvertures, d'autres sont fixes.

L'accroissement des parties vitrées des toits soulève des problèmes renouvelés. Parmi ceux-ci, se pose la question de leur résistance mécanique et la sécurité de ces parois, Cette question se pose d'autant plus que les premières réalisations dans ce domaine faisaient appel à des vitrages monolithiques trempés.

Pour améliorer la résistance mécanique il a été proposé de remplacer les vitrages trempés par des vitrages feuilletés, du type largement utilisé pour la composition des pare-brise, en modifiant cependant les caractéristiques de transmission lumineuse.

Les pare-brise doivent en effet présenter, selon les normes en vigueur, une transmission qui n'est pas inférieure à 75 ou 70% selon les pays considérés, Les toits, comme indiqué, doivent présenter une transmission beaucoup moins élevée.

Mais l'accroissement des surfaces vitrées, surtout lorsque ces surfaces ne sont pas ouvrantes, pose le problème de'échauffement de l'habitacle notamment sous l'effet du rayonnement solaire. La limitation de la transmission lumineuse, quelle que soit la manière d'y parvenir, s'accompagne automatiquement d'une limitation simultanée de la transmission énergétique. Néanmoins des mesures spécifiques sont le plus souvent nécessaires pour atteindre une réduction suffisante de cette transmission énergétique.

D'autres problèmes sont encore apparus, qui concement la couleur du rayonnement transmis. Pour l'agrément des occupants du véhicule, il apparaît important que le passage du rayonnement solaire ou artificiel par les vitrages constituant le toit ne modifie pas de manière désagréable les couleurs à l'intérieur de l'habitacle, indépendamment des qualités en matière de transmission énergétique et lumineuse. La demande de brevet EP 1200 256 propose en particulier des vitrages répondant à cet ensemble de caractéristiques.

Dans les développements antérieurs, l'essentiel des efforts s'est porté sur la sélectivité de la transmission ; autrement dit sur le rapport existant entre la transmission lumineuse et la transmission énergétique, le plus intéressant étant de parvenir à une sélectivité la meilleure possible. Pour améliorer cette sélectivité deux paramètres ont été systématiquement considérés, la sélectivité intrinsèque des verres entrant dans la constitution de ces vitrages, notamment par un choix approprié de composés colorant ces verres, et l'introduction dans ces vitrages d'intercalaires ou de couches limitant, réfléchissant ou absorbant le rayonnement énergétique incident.

A l'expérience il est apparu que la présence de ces vitrages de toit, pose encore des problèmes de confort pour les passagers lorsque la température extérieure est sensiblement inférieure à celle de l'habitacle. Dans ce cas la présence de cette surface en partie au moins transparente au rayonnement issu de l'habitacle conduit à la sensation que l'on qualifie parfois « d'épaule froide ». Sans que le mécanisme qui conduit à ce désagrément soit parfaitement identifié, il est bien connu et devient d'autant plus gnant que la surface concernée est plus importante.

Pour éviter ce désagrément, les inventeurs proposent de disposer sur ces vitrages constituant une partie au moins du toit du véhicule, des moyens

permettant d'assurer leur chauffage. Pour éviter cette sensation désagréable, le chauffage du vitrage est de préférence tel, qu'il conduise la paroi du vitrage tournée vers l'intérieur de l'habitacle à une température voisine de celle de F atmosphère de l'habitacle ou mme légèrement supérieure, de telle sorte que le rayonnement énergétique émis par cette paroi vers l'intérieur du véhicule soit d'importance comparable à celui du rayonnement qui est émis depuis l'habitacle à l'extérieur du véhicule.

Dans la pratique, le chauffage des vitrages de toit est obtenu électriquement, par effet joule. Les moyens utilisés pour le chauffage de ces vitrages de toit, sont plus diversifiés que ceux mis en oeuvre notamment pour le chauffage des pare-brise, pour ces derniers, en effet, la nécessité de ne pas altérer de façon sensible le champ de vision du conducteur ou mme celui des passagers, limite les moyens de chauffage à l'usage, soit de fils extrmement ténus, soit de couches conductrices transparentes.

Les couches transparentes conservent au vitrage une parfaite uniformité de transmission, mais leur utilisation peut soulever des problèmes en terme de seuil de transmission lumineuse réglementaire. Pour une mme tension appliquée, la puissance délivrée est d'autant plus forte que la résistance électrique de la couche est plus faible. Si la puissance doit tre relativement élevée, il faut que la résistance soit faible. La résistance des couches dépend, entre autres, de leur épaisseur. Pour avoir une résistance faible, une solution consiste donc à accroître l'épaisseur de la couche. Mme si l on parle de couches (transparentes », les couches conductrices ne présentent pas une transmission totale, et celle-ci est d'autant plus réduite que la couche est plus épaisse.

Le chauffage des vitrages latéraux des véhicules, pour des raisons analogues, est aussi soumis à des limitations, mme si la transmission lumineuse peut tre un peu moins importante que pour le pare-brise, notamment en ce qui concerne les vitrages latéraux correspondant aux sièges de l'arrière du véhicule.

Dans le cas des vitrages latéraux, les dimensions relativement limitées font que les résistances restent ordinairement dans des limites pour lesquelles, pour l'obtention d'une résistance suffisamment faible, l'épaisseur des couches ne pose pas

de difficulté. Pour les pare-brise l'obtention d'une résistance suffisamment faible est plus délicate, particulièrement du fait de l'accroissement constant des dimensions sur les modèles les plus récents. Pour les toits, les dimensions sont de l'ordre de celles des pare-brise ou mme supérieures. Les caractéristiques des éléments chauffant mis en oeuvre dans les toits, heureusement, ne sont pas conditionnés par des exigences de transmission lumineuse. Les couches utilisées quelles que soient leurs épaisseurs ne sont pas telles que la transmission lumineuse en soit affectée de façon gnante.

La difficulté dans le cas des toits peut, le cas échéant, pour les couches minces chauffantes, venir des limites habituelles des techniques de dépôts.

Pour la constitution des couches conductrices des vitrages de toits chauffants, les techniques et matériaux habituels pour la formation de couches analogues sur les vitrages tels que les pare-brise, peuvent tre utilisés. Il est également possible d'utiliser des couches habituellement destinées aux vitrages bâtiment. Des couches habituelles sont notamment les couches métalliques et particulièrement les couches d'argent. II est aussi possible d'utiliser des couches de type oxyde d'étain dopé ou tout autre couche conductrice habituellement mise en oeuvre sur des vitrages.

Des empilages de couches préférés sont par exemple ceux à double couche d'argent présentant une structure du type : diélectrique/argentldiélectrique/argen/diélectrique Les couches métalliques conductrices sont habituellement formées par des techniques de dépôt sous vide. Ces couches sont relativement fragiles et, pour cette raison, de préférence, sont situées sur les faces des feuilles de verre qui ne sont pas exposées, autrement dit, elles sont de préférence sur les faces tournées vers l'intercalaire du feuilleté. Si des couches de ce type sont utilisées sur des vitrages monolithiques, elles sont placées sur la face tournée vers l'habitacle et, de préférence, sont protégées par une couche diélectrique résistante à l'abrasion.

Les filaments très fins sont une autre manière de constituer les éléments chauffants des toits. La pratique de t'utilisation de ces fils conduit à les introduire dans des vitrages feuilletés, de préférence au contact direct d'une des feuilles de verre et incrustés dans la feuille intercalaire polymère. Comme pour l'utilisation dans

d'autres vitrages, il s'agir de fils, par exemple de tungstène, de très faible diamètre, de l'ordre d'une dizaine de micromètres. Les fils sont espacés de quelques millimètres, De préférence ils sont ondulés.

Il va de soi que les fils qui peuvent tre intégrés dans les pare-brise, peuvent aussi servir dans des vitrages de toits sans causer de problèmes de vision.

D'autres types de moyens chauffants sont usuellement utilisés sur des vitrages comme les lunettes arrière. Il s'agit des réseaux de fils obtenus par cuisson d'émaux de pâte conductrice, appliqués par sérigraphie. Ces moyens ont pour avantage de présenter une bonne résistance mécanique. Pour cette raison les fils ainsi constitués sont souvent exposés sur la face du vitrage tournée vers L'habitacle, sans interposition d'une protection supplémentaire. Il s'agit donc d'une solution qui peut tre avantageuse dans le cas des vitrages monolithiques. Dans tous les cas les fils formés d'émaux conducteurs présentent vis-à-vis des fils fins métalliques l'inconvénient d'tre beaucoup plus apparents. La largeur habituelle de ces fils sérigraphiés est habituellement de l'ordre de 0,5 à 0, 8mm. Ces dimensions sont acceptables sur les lunettes arrière des véhicules. Néanmoins, mme pour cet usage, les constructeurs souhaitent que ces fils soient aussi discrets que possible. Des fils aussi fins que 0, 3mm ou moins, sont maintenant proposés.

Pour les toits des véhicules automobiles les vitrages feuilletés proposés précédemment, sont notamment ceux qui font l'objet de la publication WO 01/02167. Ces vitrages présentent des assemblages de verre qui comportent des agents colorants divers destinés à favoriser, d'une part un abaissement de la transmission énergétique TE, et, d'autre part, un contrôle de la transmission lumineuse en conservant une maîtrise de la couleur de la lumière transmise dans l'habitacle. La transmission énergétique est maintenue aussi faible que 15% ou moins et la transmission lumineuse reste pour les exemples donnés inférieure à 25%.

Par ailleurs, il est prévu dans ce brevet que le vitrage constituant le toit peut aussi comporter des couches minces sur l'une ou l'autre des feuilles de verre, afin encore de mieux en maîtriser les caractéristiques opto-énergétiques. A titre d'exemple figure l'utilisation de couches anti-solaires notamment à base de métaux tels que l'argent, ou, de matériaux tels que l'oxyde d'étain dopé au fluor ou à l'antimoine. Ces

couches qui permettent de contrôler la transmission énergétique et lumineuse dans l'habitacle, offrent encore l'avantage de pouvoir servir de couche chauffante pour les vitrages considérés dans la mesure où elles sont également conductrices. Répondant aux problèmes les plus délicats attachés à ces vitrages, à savoir, d'une part la maîtrise de l'apport énergétique solaire, et d'autre part le maintien du confort en période hivernale, elles constituent donc des solutions particulièrement satisfaisantes.

L'analyse des facteurs qui déterminent le confort thermique dans l'habitacle quand la température extérieure est sensiblement plus basse que dans l'habitacle, montre que le flux thermique échangé, que ce soit par rayonnement, convection ou conduction, est fondamental, et que ce flux peut tre régulé au moyen d'un toit qui est chauffé électriquement, que le chauffage soit réalisé au moyen de fils fins ou au moyen de couches conductrices minces.

En pratique, en première approximation on peut estimer que le maintien du vitrage constituant le toit du véhicule à une température voisine de celle établie dans l'habitacle par les moyens de « climatisation u ou de simple chauffage, permet d'ecårter ìa sëiisåtiöii de påioi froíde clue l'on peut eprouver en l'åbsence du contrôle de cette température.

Dans la pratique on s'efforce de faire en sorte que la température de la face interne du vitrage ne soit pas inférieure de plus de in'C à la température moyenne de l'atmosphère dans l'habitacle, et de préférence ne soit pas inférieure de plus de 5°C.

Divers facteurs interviennent qui déterminent la température du vitrage du toit, parmi ceux-ci figurent principalement l'écart existant entre la température dans l'habitacle et la température extérieure, et de façon également significative la vitesse de circulation du véhicule qui accroît bien évidemment les échanges par convection.

D'autres facteurs interviennent encore comme l'exposition au rayonnement solaire qui joue, par le biais de l'effet de serre, de manière indépendante de la température atmosphérique.

Pour obtenir un confort permanent, il est nécessaire d'adapter l'apport thermique résultant du chauffage du vitrage du toit, aux variations des conditions

d'utilisation du véhicule.. Un mode simple de régulation consiste à imposer une température de la face interne du vitrage de toit, qui soit sensiblement égale à la température moyenne dans l'habitacle. Des capteurs déterminent dans ce cas les deux températures. Les signaux reçus sont ensuite comparés et sont utilisés par un circuit de commande de l'alimentation du circuit de chauffage du toit jusqu'à ramener la température du toit à une température plus proche de celle de l'habitacle.

La régulation peut tre ajustée de manière plus élaborée pour tenir compte le cas échéant de l'ensoleillement. Dans ce cas, les capteurs déterminent encore l'influence du rayonnement solaire à l'intérieur du véhicule, pour établir les consignes de commande de la régulation du chauffage du toit.

Il va de soi que la puissance disponible pour le chauffage du toit doit tre suffisante pour permettre la régulation envisagée dans toutes les conditions usuelles d'utilisation. La puissance dépend non seulement de la surface chauffée, mais aussi des conditions climatiques dans lesquelles se situe l'utilisation du véhicule.

Compte tenu des utilisations envisagées, dans des climats tempérés, la puissance délivrée est avantageusement comprise entre 400 et 1500w/m2.

L'invention est décrite de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de mise en oeuvre de toits chauffants.

La figure unique jointe illustre les comportements thermiques de divers types de toits, dans des conditions d'utilisation variées.

Un véhicule automobile est équipé d'un toit dont la surface est d'environ 12m2. Pour déterminer l'influence des diverses natures de toits successivement essayées, le véhicule est placé dans une enceinte thermostatée à la température de La soufflerie associée à l'enceinte permet de recréer les conditions de circulation du véhicule. Les conditions sont réglées à l'aide d'un dynamomètre induisant une résistance au roulage correspondant à la vitesse choisie.

Les essais rapportés sont effectués pour des conditions correspondant à des vitesses de 50km/h pendant les 30 premières minutes, et 80'km/h pour la suite des essais.

Dans les conditions des essais, on mesure la balance des flux thermiques de l'intérieur du véhicule vers l'extérieur, et inversement. On considère

dans ces conditions les écarts existant dans l'équilibre des flux suivant la nature des toits soumis à ces essais.

Des mesures sont faites successivement pour un toit métallique garni d'un parement fibreux (courbe 1), un toit en verre feuilleté constitué de deux feuilles de verre respectivement de 2,1 et 2, 1mm d'épaisseur, assemblées au moyen d'une feuille intercalaire en poly-vinyl butyral (PVB) de 0, 76mm d'épaisseur (courbe 2), et du mme toit constitué d'un vitrage feuilleté comportant en plus une couche conductrice chauffante délivrant deux puissances constantes (765 courbe 3, et 920w courbe 4). La couche conductrice chauffante est constituée d'un empilage de couches tel que : diélectrique/argeni/diélecmque/argentAJiélectrique Ce type d'empilage est utilisé en particulier pour constituer des pare-brise chauffants.

La comparaison entre le toit métallique et le toit en verre feuilleté simple montre à l'évidence une différence qui correspond à une déperdition significativement plus élevée dans le cas du vitrage. Ceci explique la sensation de froid ressentie par les occupants.

A l'inverse le toit chauffant permet de retrouver les mmes caractéristiques que pour le toit métallique pour une puissance de 765w. Pour une puissance délivrée de 920w, compte tenu de la surface du toit, la balance des flux est mme légèrement plus élevée pour le vitrage chauffant par rapport au toit métallique, pour les conditions de vitesse simulées. Cette puissance est donc susceptible de maintenir les mmes conditions de confort pour des vitesses encore plus élevées.

Le chauffage des vitrages de toit selon l'invention permet donc bien, tout en gardant aux vitrages de toits les propriétés qui les font choisir au lieu des toits traditionnels, d'éviter l'inconfort thermique qui était lié à l'utilisation de ces toits vitrés.

Une détermination du confort thermique perçu par des passagers est menée dans l'habitacle du véhicule expérimental. La détermination est faite en suivant le protocole de la norme ISO 10551. Il s'agit d'évaluations subjectives menées sur un échantillon diversifié d'individus. Les essais sont faits d'une part avec le véhicule équipé du vitrage de toit non chauffant, d'autre part avec le mme

véhicule équipé du toit chauffant délivrant une puissance de 765w. L'appréciation est faite pour le véhicule à l'arrt et en mouvement.

On constate une différence significative dans les appréciations portées.

Le vitrage chauffant par rapport au vitrage non chauffant, présente un écart positif variant de 0,5 à 2 points, suivant les conditions de circulation, sur l'échelle de confort qui est établie de 0 à 9. La différence la plus sensible est relevée pour le véhicule à l'arrt. L'appréciation « subjective » confirme donc l'avantage conféré par I'utilise} tion des vitrages de toit chauffants selon l'invention.