Examen de la charge

Date : 2 septembre 2022

Cet article présente une étude sur le développement d'un joint de bord collé pour les vitrages isolants remplis de fluide. Ces nouveaux éléments de façade permettent des enveloppes de bâtiment multifonctionnelles et une efficacité énergétique améliorée des bâtiments. Le joint de bord collé d'un vitrage rempli de liquide est fortement sollicité en raison de la pression hydrostatique qui s'ajoute aux charges typiques sur les façades. L'exposition permanente au fluide peut également provoquer de graves effets de vieillissement. Par conséquent, le joint périphérique est conçu de telle manière que les contraintes chimiques et physiques se répartissent sur deux zones fonctionnelles. La première zone fonctionnelle sert de joint de protection et sépare le fluide de la deuxième zone fonctionnelle porteuse. Les adhésifs pour les deux zones fonctionnelles ont été sélectionnés à l'aide d'un vaste programme de tests.

Une fois les matériaux sélectionnés, les nouveaux éléments de façade sont testés lors d'essais de composants à grande échelle. Les maquettes sont construites à l'échelle 1:2 par rapport à la taille originale des éléments de façade prévus. Puisque l’étude se concentre sur les performances du bord collé, les détails du bord sont réalisés dans leur taille originale tandis que la taille du verre est plus petite. L'épaisseur du verre est modifiée pour obtenir des rotations dans la zone périphérique qui correspondent aux éléments de façade en taille originale. Les tests sont effectués dans un banc d'essai pour murs-rideaux, qui permet le chargement simultané de l'élément par la pression cyclique du vent et la pression constante de l'eau. Le collage supporte toutes les charges à l'exception du poids mort des vitres. Les résultats des tests sont comparés aux calculs numériques et une estimation du comportement porteur est réalisée.

Il n’y a pratiquement aucun autre aspect d’un bâtiment qui incarne mieux l’architecture moderne que les façades en verre. C'est particulièrement dans les bâtiments de représentation et d'administration qu'une transparence et une utilisation maximale de la lumière du jour sont souhaitées. Malgré la conception optimisée des vitrages isolants multi-carreaux (IGU) hautes performances, les vitrages de grande taille sont associés à des pertes d'énergie relativement élevées. Cela s'applique aussi bien à l'apport d'énergie provoqué par le rayonnement solaire en été qu'à la dissipation d'énergie par conduction thermique, rayonnement thermique et convection lorsque les températures extérieures sont basses en hiver. C'est pourquoi des recherches sont constamment menées pour optimiser la façade. L’objectif est de créer des enveloppes de bâtiment multifonctionnelles pour la construction de maisons à très basse consommation d’énergie. Ces dernières années, divers projets de recherche ont été menés sur des éléments de façade remplis de fluides. À l'aide d'un fluide, les éléments de façade peuvent être régulés thermiquement.

L'idée de remplir la cavité de la vitre avec un fluide repose sur la capacité thermique spécifique élevée de l'eau, qui s'élève à environ quatre fois celle de l'air. Cela fait de l’eau un très bon caloporteur ou liquide de refroidissement. Cette propriété n’est pas modifiée par l’ajout d’additifs chimiques, nécessaires pour empêcher la croissance des algues. L'utilisation d'un mélange eau-éthylène glycol a fait ses preuves dans plusieurs projets de recherche. Le mélange fluide peut être maintenu à une température constante avec seulement une petite quantité d’énergie. Les éléments de façade remplis de fluide peuvent ainsi contribuer à améliorer la température intérieure. Il est également envisageable d'ajouter au mélange fluide des particules magnétiques qui réagissent au rayonnement solaire incident et assombrissent la vitre.

Dans le même temps, les exigences esthétiques concernant l’enveloppe du bâtiment augmentent. Les façades vitrées à mastic structurel (façades SSG) sont très demandées en raison de leur surface homogène. La figure 1 montre deux coupes transversales de façades SSG. Le principe général repose sur un collage porteur au dos soit de la vitre extérieure (vitrages isolants étagés), soit de la vitre intérieure (vitrages isolants standards). Le meilleur résultat esthétique est obtenu si les pinces externes sont évitées. Le résultat est de grands panneaux de verre avec un minimum d'encadrement.

Cependant, si la cavité entre les vitres est remplie d'un fluide au lieu d'un mélange air-gaz, la pression hydrostatique et les processus de dégradation provoqués par le fluide entraînent des contraintes élevées sur le mastic d'étanchéité des bords. C'est pourquoi les premières applications pilotes résultant de projets de recherche récents ont toujours été réalisées à l'aide de pinces ou de fixations supplémentaires. La figure 2 montre à titre d'exemple la maison aux algues BIQ, construite dans le cadre du Salon international du bâtiment 2006-2013 à Hambourg. La première façade de photobioréacteur au monde est une telle application d'éléments de vitrage remplis de fluide dans la façade. Le rayonnement solaire incident est utilisé pour produire de la chaleur et de la biomasse. Les éléments de façade sont à hauteur d'étage. Le cadre de serrage extérieur qui maintient les vitres ensemble est clairement visible, fig. 2 à droite.