Utilisation du verre feuilleté dans les applications structurales 2009/03.09

Au cours de ces vingt dernières années, plusieurs projets de recherche ont été menés à travers l'Europe afin de mieux comprendre et décrire les propriétés mécaniques des intercalaires et les performances des verres feuilletés. En Belgique, une recherche conduite par le CSTC ainsi que plusieurs projets de recherche menés à l'Université de Gand ont permis notamment de faire le point sur cette technologie et ses applications pour le bâtiment.
Le verre feuilleté est une superposition de plusieurs couches de verre assemblées par un ou plusieurs intercalaires. Il est utilisé depuis de nombreuses années pour différents types de vitrages dits de sécurité. Son utilisation dans des applications structurales reste plus marginale pour deux raisons majeures : son caractère fragile (le verre inquiète les concepteurs) et le cadre normatif concernant les méthodes de dimensionnement restreint, voire inexistant.

Comportement mécanique du verre feuilleté

Le comportement mécanique du verre feuilleté, c.-à.-d. sa manière de réagir à une sollicitation, dépend directement des propriétés mécaniques du verre et de l'intercalaire, mais surtout de l'interaction entre ces matériaux.

Pour les vitrages de sécurité, les propriétés de résistance aux chocs sont déterminantes pour le choix de la composition du vitrage. Pour les applications structurales (poutres, dalles de plancher, …), le comportement sous charges statiques ainsi que la stabilité en cas de rupture accidentelle d'une ou plusieurs feuilles de verre sont les principales performances que les fabricants et concepteurs doivent pouvoir garantir.

Le comportement du verre feuilleté en flexion se situe toujours entre deux limites. La limite inférieure correspond à un comportement du composite où l'intercalaire ne transmet aucun effort entre les feuilles de verre qui glissent librement l'une par rapport à l'autre. La limite supérieure représente le comportement 'monolithique' du composite, où les différentes feuilles de verre sont parfaitement solidarisées. Le comportement réel d'un élément en verre feuilleté dépend, d'une part, des propriétés de l'intercalaire, fort sensibles à la température et à la durée de chargement, et, d'autre part, du mode de chargement et des conditions d'appui.

Pour étudier ces aspects, deux types de tests ont été réalisés : des essais de cisaillement sur pastilles forées et des essais de flexion '4 points'.

Essais de cisaillement

Les essais de cisaillement sur des pastilles de verre feuilleté ont permis de mettre en évidence la très grande sensibilité de ce genre d'épreuves à des paramètres tels que la vitesse de chargement, l'épaisseur des intercalaires, le diamètre des pastilles, … Ces essais rapides et peu onéreux peuvent néanmoins s'avérer intéressants dans un second temps si l'on souhaite vérifier des caractéristiques connues d'un matériau et les comparer à des valeurs de référence (à définir) ou à d'autres matériaux de même catégorie.

Comportement en flexion

Essai de flexion sur un verre feuilleté.
Essai de flexion sur un verre feuilleté.
Les essais de flexion '4 points', plus représentatifs des conditions réelles de sollicitation du verre feuilleté, ont permis de mieux connaître l'interaction entre les différents éléments du composite. Un premier élément pouvant influencer le comportement en flexion du verre feuilleté est le caractère viscoélastique de l'intercalaire. Il est apparu qu'à charge constante, quand l'intercalaire est composé de PVB ou d'une résine, la flèche augmente progressivement. Un autre facteur crucial dans l'évolution temporelle du comportement du verre feuilleté est la température à laquelle il est soumis. Une température élevée agit comme un accélérateur de la flèche, alors qu'à basse température, l'évolution de cette dernière est pratiquement nulle.

Il importe également de rappeler la sensibilité particulière du verre aux charges ponctuelles ainsi que l'influence de la durée de chargement sur les caractéristiques intrinsèques du matériau (diminution de la résistance en flexion, par exemple).

Vieillissement

L'évolution dans le temps des caractéristiques d'un matériau est une donnée importante pour sa modélisation et son utilisation dans des applications réelles. Un vieillissement aux UV et un vieillissement en conditions humides ont été réalisés en vue d'étudier l'influence du vieillissement sur le comportement du verre feuilleté.

Les essais en cisaillement et en flexion '4 points' réalisés sur échantillons vieillis semblent indiquer, pour les deux types d'intercalaires testés, que le vieillissement n'a pas d'effet majeur sur la résistance du composite.

Perspectives

Toutes les avancées liées à la recherche sont actuellement valorisées dans le cadre de la rédaction d'une Note d'information technique consacrée aux ouvrages particuliers en verre. Le premier des deux tomes de cette NIT sera consacré aux applications structurales du verre, telles que les dalles de plancher, les marches d'escalier ou les parois vitrées de bassin.


G. Zarmati, ir., chercheur, laboratoire 'Structures', CSTC
B. Parmentier, ir., chef de la division 'Structures', CSTC


Informations utiles
Cette recherche a été subsidiée par le SPF Economie.