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22/11/2018 - LAURENCE BLONDEEL

ETUDE SCIENTIFIQUE SUR LA CASSE THERMIQUE DES VITRAGES

Une thèse de doctorat au Labo Modelonderzoek de l'Université de Gand, en collaboration avec l'Université d'Anvers, a étudié les aspects fondamentaux de la casse thermique des vitrages. Cette étude peut être divisée en deux gros volets, qui traitent respectivement de la résistance du vitrage au niveau du bord et de l'effet de la charge thermique pendant toute la durée de vie d'un carreau. Ces deux éléments vont être expliqués en détail.

microscheur
Figure 1: Cliché microscopique d'une microfissure sur le bord du vitrage. La casse thermique apparaît toujours au niveau de ces microfissures

RESISTANCE DU VERRE

La littérature existante concernant la résistance du verre ne traite quasiment que de la résistance des côtés de la plaque. Le verre est un matériau fragile, dont la résistance diminue à mesure que des dégâts (petits ou moins petits) apparaissent sur sa surface. Examinée au microscope, la surface du verre est couverte de petites rayures ou de microfissures qui sont en fait des dégâts. Elles sont la conséquence de la production, du transport, de l'installation, de l'entretien, des conditions climatiques, etc. et ne peuvent donc jamais être prévenues. Pire encore: tout au long de la durée de vie de la plaque de verre, ces petits dégâts ne font qu'augmenter. Pensons par exemple à un grain de sable abrasif dans l'éponge du laveur de vitres ou au postier bien intentionné qui cogne contre la fenêtre avec sa bague.

Microfissures

Figure 1: même si ces rayures sont généralement invisibles à l’œil nu, elles sont très importantes, parce qu'elles peuvent augmenter soudainement sous l'effet des contraintes de traction et devenir de grosses fissures capables de briser l'ensemble de la plaque de verre. La taille, la forme et l'orientation de ces microfissures jouent un rôle important à cet égard.

bord des vitragesRésistance du bord du vitrage

Tableau 1: dans l'industrie de transformation du verre, les bords des vitrages sont souvent travaillés. Il existe de nombreuses gradations à cet égard, allant des bords coupés non traités aux bords polis et brillants. Etant donné que le bord du vitrage est couvert de rayures à cause des opérations mécaniques telles que le découpage, le ponçage ou le polissage, ces opérations ont évidemment une influence sur la résistance du bord du vitrage et donc également sur la résistance à la casse thermique.

Dispositifs de test pour solliciter le bord du vitrage

Figures 2, 3, 4 en 5: d'abord, on a démontré de manière expérimentale la concordance entre un dispositif d'essai thermique et un essai de flexion, en sollicitant le bord du vitrage jusqu'à la casse pour les deux types de test. Ensuite, on a testé plus de 3.000 échantillons avec différentes finitions de bord, tous fabriqués selon un protocole strict dans lequel tous les paramètres de production imaginables étaient établis avec précision. Dans le programme expérimental unique, on a entre autres étudié l'influence sur la résistance des différentes finitions de bord, des différents fournisseurs de verre, de l'endroit spécifique où le bris commence sur le bord du vitrage, de la vitesse de la sollicitation, de l'historique de la sollicitation du verre et des dimensions du vitrage (ce qu'on appelle 'l'effet d'échelle').

thermische proefopstelling

Figure 2: Dispositif d'essai thermique avec lequel une plaque de verre (le 'carreau') est soumise à des sources de chaleur rayonnantes, tandis que le bord du vitrage est

EFFETS DE LA CHARGE THERMIQUE

Ensuite, à l'aide de très nombreuses simulations informatiques relativement lourdes, on a calculé l'ampleur des contraintes de traction que l'on peut attendre dans un vitrage de façade pendant sa durée de vie ainsi que le moment spécifique où ces contraintes sont attendues. Les calculs ont été effectués sur la base de banques de données climatologiques, pour différents emplacements géographiques, pour différentes orientations et avec les données de plusieurs périodes de vingt ans.
Cette étude de cas s'est penchée sur une façade double peau spécifique, mais bien sûr, la méthode développée peut également être appliquée à n'importe quelle configuration de façade.  Cette étude permet de comprendre les mécanismes qui sont à la base de la casse thermique.  Ainsi, il est maintenant possible de chiffrer le risque de casse de manière adéquate, ce qui peut, à terme, entraîner une considérable économie de coûts dans la pratique..

typische glasbreuk
Figuur 3: Rupture typique lors d'un test thermique. 
L'origine de la rupture se trouve en haut de la figure

CONCLUSIONS

La casse thermique est un problème assez fréquent dans la pratique. Mais en soi, il peut être assez bien contrôlé en utilisant du vitrage durci thermiquement.
Toutefois, cette solution revient relativement cher si bien que, souvent, elle n'est pas souhaitable ou est même carrément inutile. La réglementation existante donne des directives à cet effet, mais elle n'est guère fondée scientifiquement.
Elle ne permet donc pas de déterminer l'ampleur du risque résiduel de casse thermique. Autrement dit, les facteurs de sécurité sont inconnus.

Vierpuntsbuigproef
Figure 4: Essai de flexion à quatre points pour des bandes de verre. Le verre est sollicité par un moment de flexion constant en son milieu, entraînant une contrainte de traction maximale sur le bord

 

 

Etude des aspects fondamentaux

Une récente étude scientifique a examiné les aspects fondamentaux de la casse thermique. A cet effet, on a effectué un programme expérimental exceptionnellement détaillé, dans lequel on a examiné la résistance du bord du vitrage en tenant compte de nombreux paramètres pertinents, dont les différentes finitions de bord. De cette manière, l'étude comble une lacune qui devient pourtant de plus en plus importante pour la pratique. En outre, à l'aide de nombreuses simulations numériques et de données climatologiques réelles, on a également examiné quelles contraintes de traction apparaissent dans un vitrage pendant une période de vingt ans. Et ce à nouveau en fonction de variables pertinentes, dont l'orientation de la façade.

Méthodologie développée

A l'aide de la méthodologie qui a été développée pendant cette étude, il est en principe possible de chiffrer la sécurité et les risques de casse thermique avec précision.
Ainsi, à l'avenir, on pourra éviter beaucoup de bris thermiques et il sera possible de déterminer en toute connaissance de cause s'il faut une finition de bord spécifique ou un vitrage durci thermiquement. Toutefois, avant que cette méthode puisse vraiment être appliquée de manière générale dans la pratique, il faut calculer les nombreuses configurations de façade supplémentaires.

Références: Vandebroek, Marc. 'Thermische breuk van glas'. Thèse de doctorat, Laboratorium voor Modelonderzoek, Université de Gand et Université d'Anvers, 2014.

glasbreuk
Figure 5: Casse typique lors d'un essai de flexion à quatre points.
L'origine du bris se trouve nécessairement dans la zone avec un moment de flexion constant