Titre : Vitrage isolant à transmission élevée d'ondes

GSM

L'invention se rapporte au domaine des doubles vitrages à fonction d'isolation thermique.

A l'heure actuelle, le vitrage isolant thermique standard consiste en un double vitrage (en anglais « Double Glazing Unit » - DGU -), qui consiste habituellement en deux panneaux de verre d'épaisseur variable montés parallèlement l'un à l'autre avec un espacement de 16 mm en général, rempli d'air ou d'un gaz tel qu'argon. Cette configuration permet de minimiser le transfert thermique entre l'intérieur et l'extérieur, réduisant ainsi la perte de chauffage et améliorant le confort thermique et les économies d'énergie.

Dans le secteur des transports, par exemple des trains, les doubles vitrages sont employés comme vitrages latéraux, où ils sont habituellement munis de revêtement(s) pour améliorer les performances énergétiques thermiques, pour le contrôle solaire et la bas-émissivité. Le contrôle solaire est la réflexion et la filtration du rayonnement solaire pour diminuer le réchauffement induit à l'intérieur d'un volume clos, la bas-émissivité est la réflexion du rayonnement thermique d'une enceinte pour en garder la chaleur. Cependant, l'un des inconvénients d'utiliser de tels revêtements hautement sélectifs pour le contrôle solaire et la bas-émissivité est l'atténuation de la fréquence GSM dans la bande de fréquence du GHz. Cela est dû à la présence de plusieurs couches métalliques dans les revêtements, qui grâce à leur conductivité se comportent en parfaits réflecteurs des ondes électromagnétiques de l'ordre du GHz. Dans le domaine des vitrages de véhicules de transport notamment, il existe un besoin d'augmenter les niveaux de transmission des fréquences GSM à travers les doubles vitrages munis de revêtement(s) conducteur(s). A cette fin, il est envisageable de soumettre ce(s) revêtement(s) à une ablation laser partielle.

Selon une approche différente, cet objectif a été atteint par l'invention, qui en conséquence a pour objet un vitrage isolant à transmission élevée d'ondes GSM, constitué d'un premier et d'un second vitrages parallèles l'un à l'autre, et ayant chacun une épaisseur au plus égale à 10 mm, séparés l'un de l'autre par une lame de gaz, caractérisé en ce que la lame de gaz a une épaisseur au plus égale à 10 mm. En diminuant l'épaisseur de la lame de gaz entre les deux vitrages constituant le double vitrage, la fréquence de résonance du système est déplacée, augmentant la transmittance des ondes GSM, en particulier dans la bande de fréquences critique entre 3,4 et 3,8 GHz, en comparaison avec un double vitrage standard ayant une lame de gaz de 16 mm d'épaisseur.

La lame de gaz peut être constituée d'air ou de gaz tel qu'argon, xénon, krypton, ou sous vide. En ce qui concerne les performances d'isolation thermique d'un vitrage isolant fabriqué par le procédé de l'invention, il doit être souligné qu'une diminution de 16 à 10 mm de l'épaisseur d'une lame d'air induit une variation extrêmement limitée du coefficient Ug du vitrage isolant de seulement 0,2 W/m ² K.

De préférence, le premier et le second vitrages comprennent des feuilles de matériau polymère et de verre minéral dont la teneur en Fe est au plus égale à 0,1 % en poids. Le premier et le second vitrages sont, indépendamment l'un de l'autre, monolithiques c'est-à-dire constitués d'une seule feuille rigide transparente, ou feuilletés, plus précisément constitués alors de deux feuilles rigides transparentes collées l'une à l'autre par une couche adhésive intercalaire. Une feuille rigide transparente est en matériau polymère tel que polyméthacrylate de méthyle (PMMA), polycarbonate (PC), polyuréthane (PU) par exemple, ou en verre minéral tel que sodocalcique, aluminosilicate, borosilicate... Une couche adhésive intercalaire est par exemple en polyvinylbutyral (PVB), polyuréthane thermoplastique (TPU) ou éthylène - acétate de vinyle (EVA). En employant, pour constituer le premier et/ou le second vitrage(s) du vitrage isolant, du verre minéral dont la teneur en Fe est limitée à 0,1 % en poids au plus, on garantit, par rapport à une teneur plus élevée, une meilleure transmission des ondes GSM entre 3,4 et 3,8 GHz, ainsi que jusqu'à 28 GHz. Du verre borosilicate ou aluminosilicate sont alors, par exemple, bien appropriés. De manière particulièrement préférée, le verre minéral a une teneur en Fe comprise entre 0,01 et 0,099 % en poids.

Dans une réalisation avantageuse du vitrage isolant de l'invention, l'un des premier et second vitrages, ou les deux, a (ont) une épaisseur au plus égale à 5 mm. Cette finesse relative du double vitrage suffit à garantir dans bien des applications la résistance mécanique requise tout en limitant le poids du vitrage. Elle est de plus favorable à la transmission des ondes GSM. De préférence, la lame de gaz est sous vide et d'épaisseur au plus égale à 0,3 mm. Une lame de gaz sous vide aussi fine procure une isolation thermique équivalente à celle d'une lame de gaz à pression atmosphérique beaucoup plus épaisse, ainsi qu'une transmission des ondes GSM proche de celle d'un vitrage massif (monolithique) d'épaisseur égale à l'épaisseur totale des deux vitrages du double vitrage.

Dans une réalisation préférée du vitrage isolant de l'invention, l'un au moins des premier et second vitrages est un vitrage feuilleté constitué de deux feuilles de verre minéral collées l'une à l'autre au moyen d'une couche adhésive intercalaire. Un vitrage feuilleté procure une résistance à la pénétration / effraction pour une épaisseur et un poids surfacique raisonnables.

La couche adhésive intercalaire est alors de préférence choisie parmi les polyvinylbutyral (PVB), polyuréthane thermoplastique (TPU), éthylène - acétate de vinyle (EVA).

De préférence, le vitrage isolant comporte au moins une couche mince de contrôle solaire et/ou une couche mince bas-émissive, qui a (ont) été soumise(s) à une ablation laser partielle pour laisser passer les ondes GSM. Les termes « couche mince » se réfèrent à une seule couche, ou bien plus souvent à un empilement de plusieurs couches d'épaisseur (totale) de l'ordre de quelques dizaines de nanomètres au plus. L'empilement comprend souvent une alternance de couches conductrices d'électricité, y compris métalliques, et diélectriques. La fonction de ces couches minces est de réfléchir différents rayonnements thermiques dans l'infra rouge, comme mentionné précédemment (rayonnement solaire, chaleur intérieure d'un volume clos). Ces couches minces ne transmettant pas des ondes électromagnétiques telles que GSM, il est envisageable, selon cette variante du procédé de l'invention, d'en retirer des parties de préférence régulièrement réparties sur toute la surface de la couche mince, par ablation laser, ce qui permet de laisser passer les ondes GSM.

Un autre objet de l'invention consiste en l'application d'un vitrage isolant décrit ci-dessus, comme vitrage de véhicule terrestre, aquatique ou aérien, ou comme vitrage de bâtiment, et en particulier comme vitrage latéral de train. L'invention est illustrée au moyen des exemples de réalisation suivants.

Dans une première série d'essais, on mesure la transmission d'ondes GSM à travers des doubles vitrages constitués chacun de deux vitrages feuilletés séparés par une lame d'air.

La constitution de chaque double vitrage est consignée dans le tableau ci-dessous. Le premier vitrage feuilleté est constitué de deux feuilles de verre désignées par I (Verre I) et II (Verre II) collées l'une à l'autre par du PVB, le second vitrage feuilleté de deux feuilles de verre désignées par III (Verre III) et IV (Verre IV) également collées l'une à l'autre par du PVB. Le verre est sodocacique à défaut de précision, ou borosilicate flotté. Les épaisseurs de tous les constituants de chaque double vitrage sont indiquées en mm.

Tous les doubles vitrages ont une épaisseur totale de

26.25 mm.

[Tableau 1]

La transmission minimale (en dB) des ondes GSM est consignée, par valeurs de domaines de fréquences ou de fréquences discrètes (en GHz), pour chacun des six doubles vitrages, dans le tableau ci-dessous.

[Tableau 2]

Les doubles vitrages « PVB épais » et « verre épais », qui présentent une lame d'air de 10 mm environ, ont une meilleure transmission GSM dans le domaine de fréquences critique de 3.4-3.8 GHz, comparés au double vitrage standard (lame d'air de 14 mm). La situation à cet égard est encore meilleure en remplaçant le verre sodocalcique par du borosilicate flotté (Borosilicate PVB épais, et Borosilicate verre épais).

Le verre borosilicate permet aussi d'atteindre une bonne transmittance GSM pour une fréquence jusqu'à 28 GHz, qui est critique pour les futures applications 5G. II est possible d'améliorer considérablement la transmittance GSM même avec du verre sodocalcique uniquement en diminuant l'épaisseur de la lame d'air. Or la perte de coefficient Ug (propriété d'isolation thermique du double vitrage), en passant d'une lame d'air de 16 à 10 mm, est seulement de 0.2 W/m ² K. Dans une deuxième série d'essais, on mesure la transmission d'ondes GSM à travers des doubles vitrages constitués chacun de deux vitrages séparés par une lame d'air sous vide d'une part, à pression atmosphérique d'autre part, et à travers des vitrages en verre minéral monolithique.

La constitution de chaque vitrage est consignée dans le tableau ci-dessous. Pour les doubles vitrages, le premier vitrage est désigné par I (Verre I) et le second vitrage par II (Verre II). Le verre est sodocacique (PLC pour Planiclear® commercialisé par la Société Saint-Gobain Glass France), ou borosilicate flotté. Les épaisseurs de tous les constituants de chaque double vitrage sont indiquées en mm. Pour les vitrages monolithiques, l'épaisseur de la lame d'air et du second vitrage II sont indiquées égales à 0 par convention.

[Tableau 3]

Les doubles vitrages 5 et 6 comprennent deux vitrages feuilletés constitués d'une feuille de verre de 2.1 mm d'épaisseur, collée à une feuille de verre de 1.6 mm d'épaisseur par l'intermédiaire d'une couche de PVB de 0.76 mm d'épaisseur.

On mesure la transmission minimale en dB des ondes GSM entre 0.7 et 28 GHz à travers tous ces vitrages. La transmission des ondes GSM est la même pour deux vitrages ne se différentiant qu'en ce que la lame d'air de 0.1 mm d'épaisseur est à pression atmosphérique pour l'un et sous vide pour l'autre.

La transmission des ondes GSM est meilleure à travers les vitrages à base de verre à plus faible teneur en Fe (Vitrages N° 1, respectivement 3, respectivement 5) qu'à travers les vitrages correspondants, ne se différentiant de ceux-ci que par la composition du verre (teneur supérieure en Fe) (Vitrages 2, respectivement 4, respectivement 6). Sont consignées, dans le tableau ci-dessous, les transmissions minimales en dB des ondes GSM à 2.6, 3.8, 6 et 28 GHz à travers les vitrages 1, 3 et 5 ci-dessus. [Tableau 4]

La comparaison des vitrages 1 et 3 montre qu'un double vitrage avec une fine lame d'air sous vide (vitrage 3) transmet quasiment à l'identique les ondes GSM qu'un vitrage monolithique du même verre que ce double vitrage et d'épaisseur identique (vitrage 1).

Le vitrage N°5 montre qu'il est possible, avec un verre à relativement faible teneur en Fe, de concevoir un double vitrage à deux vitrages feuilletés dont la transmission des hautes fréquences, dans le cadre de l'invention, est supérieure à -5 dB.

En utilisant une lame d'air sous vide de 0.1 mm, on peut obtenir un double vitrage présentant une isolation thermique (coefficient Ug) équivalente à celle d'un double vitrage standard à deux feuilles de verre de 6 et 4 mm, séparées par une lame d'air de 16 mm. Ce vitrage présente de plus une faible atténuation des ondes GSM.