Plastiques: en Architecture et Construction 9783034611855

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PlasTiques en Architecture eT Construction

Stephan Engelsmann Valerie Spalding Stefan Peters

PlasTiques en Architecture et Construction

Birkhäuser Basel

Préface 

7

1  V ers l’architecture en plastique 

La Construction

9

5 Semi-produits et produits finis  Plaques profilées  2 Propriétés des matériaux 

Mousses 

des pièces 

Profilés 

15

Résistance aux intempéries  Propriétés mécaniques 

76

79

16

Propriétés thermiques 

17

Combustibilité

6 Construire

et inflammabilité 

avec les plastiques 

17

Additifs, charges et agents

 Thermoplastiques  Vissage 

18

Collage  3 Connaissance des matériaux  Structure des polymères 

21

81

82 85

 Thermodurcissables 

21

Morphologie des macromolécules 

Soudage  Vissage 

87

Classification des plastiques selon

Collage 

88

leur taux de réticulation 

Dimensionnement 

Procédés de synthèse 

4  T ypes de plastiques et fabrication 

39

Façonnage 

45

Recyclage 

52 59

95 96

Hongkong, Chine ; Tokyo, Japon ; New York, ­États-Unis

BMW Bubble 

98

Francfort, Berlin, Allemagne

Composants

Propriétés 

94

Exemples et projets

Chanel Mobile Art Pavilion 

 Thermodurcissables 

Fabrication 

Résistance et durabilité 

enveloppante 

32

46

des matériaux 

92

7 Le plastique en fonction

32

Fabrication 

86

29

29

 Thermoplastiques  Matériaux 

27

24

22

81

81

81

Encliquetage 

Élastomères 

70

77

Produits spéciaux 

16

61

66

Panneaux sandwich 

15

Malléabilité et fabrication

renforçants 

61

Plaques monolithiques 

Les Principes

48

48

Kunsthaus Graz 

100

Graz, Autriche

Gare ferroviaire d’Emsdetten 

102

Emsdetten, Allemagne

Idee Workstation 

106

Tokyo, Japon

Reiss Headquarters 

108

Londres, Grande-Bretagne

Bâtiment administratif et de production de Fiberline  Middelfart, Danemark

110

Farben des Konsums 

10 Perspectives de

112

Berlin, Allemagne

Laban Creekside 

développement  114

Londres, Grande-Bretagne

 Terminal V 

159

Matériaux ultraperformants pour structures porteuses 

116

159

Lauterach, Autriche

Matériaux ultraperformants

Forum Soft  118 Yverdon, Suisse

pour enveloppes de bâtiments 

Polymer Engineering Centre 

120

matériaux 

Melbourne, Australie

Le Musée Dornier 

162

Renforcement a posteriori

122

Friedrichshafen, Allemagne

des structures porteuses 

Centre de conférences

 Techniques d’assemblage

et auditorium 

160

Combinaison de plusieurs

adaptées aux matériaux 

124

Badajoz, Espagne

164

164

Nouveaux modes de production   Transfert de technologies 

165

166

8 Le plastique en fonction porteuse 

127

Sculpture-tour en plastique 

Glossaire 

128

167

Stuttgart, Allemagne

Bibliographie 

La Tour D 

Auteurs 

130

Doetinchem, Pays-Bas

Remerciements 

Arrêt de bus de Hoofddorp 

 Toiture du centre Yitzhak-Rabin 

136

Tel Aviv, Israël 138

Dusseldorf, Allemagne

Structure en plastique plissé  

140

Stuttgart, Allemagne

9 Le plastique en fonction porteuse et enveloppante  Clip-On 

144

Utrecht, Pays-Bas

Eiertempel 

146

Berne, Suisse

Cinq Bulles 

148

Vienne, Autriche

fg 2000 

150

Altenstadt, Allemagne

Futuro 

152

divers lieux dans le monde

MYKO 

154

Weimar, Rostock, Allemagne

Bâtiment de réception de Novartis Campus  Bâle, Suisse

156

173

Index des noms et de bâtiments 

132

Hoofddorp, Pays-Bas

Pavillon Verre / GFK 

170

173

143

Index de sujets 

174

Crédits des illustrations 

176

174

7



Préface

Avec le livre « Plastiques en architecture et construction », les auteurs souhaitent susciter l’intérêt de construire avec les matières plastiques. La réalisation de bâtiments totalement ou partiellement dans ce matériau est l’un des domaines de l’architecture les plus captivants du point de vue construction et ingénierie. Cet ouvrage a pour but de traiter l’essentiel des informations disponibles d’une manière structurée et intelligible et de donner aux maîtres d’œuvre, mais aussi aux profanes intéressés par le sujet, la possibilité de se familiariser avec ces matériaux de construction et avec leurs possibilités d’utilisation en architecture. Le livre s’ouvre sur un bref historique, suivi d’une introduction sur les principes chimiques et techniques. La description de leurs caractéristiques et exigences se borne à celles des matières jouant un rôle important en BTP. Leur fabrication et mise en œuvre sont également traitées car elles revêtent une importance non négligeable pour la conception et la construction. Le chapitre suivant présente une sélection de produits et de semi-produits et propose aux architectes et ingénieurs une vue d’ensemble sur les éléments les plus intéressants. Une partie est également consacrée au dimensionnement, aux principes de construction et aux techniques d’assemblage dont la connaissance est une condition indispensable à l’emploi des plastiques dans le bâtiment. Des exemples illustrent leurs possibilités d’utilisation. À quelques exceptions près, ce livre passe surtout en revue les bâtiments récents car ils reflètent mieux le niveau actuel des connaissances, l’architecture en plastique des années 1960 et 1970 ayant déjà fait l’objet de publications détaillées. Les explications mettent l’accent sur le contexte et les solutions constructives. Le choix opéré est subjectif et ne prétend pas être exhaustif. Pour que ce livre ne soit pas trop volumineux, il ne prend en compte que les édifices en plastique et ne traite donc pas des structures pneumatiques ou textiles tissés ou non tissés. Il n’aborde pas non plus les diverses et intéressantes utilisations des plastiques relevant de l’ingénierie, par exemple dans la construction de ponts. De l’avis des auteurs, ces dernières méritent un ouvrage spécifique. En revanche, on y évoque certaines tendances de l’évolution actuelle, ce qui permet de se faire une idée de la recherche et du développement dans ce domaine.

9



1

Vers l’architecture en plastique

Les plastiques sont des matériaux ultraperformants dotés de caractéristiques très diverses ; sous des formes et des applications variées, ils sont omniprésents dans notre vie quotidienne. Un de leurs domaines d’utilisation privilégiés est le bâtiment : les polymères y représentent un champ d’expérience passionnant. Nous retraçons ci-après les principales étapes du développement conduisant à l’architecture en plastique. Bien que leurs précurseurs naturels, les produits en caoutchouc tirés du latex, soient connus depuis plus de 500 ans, les plastiques sont des matériaux assez jeunes. En règle générale, ils sont aujourd’hui fabriqués artificiellement. Leur développement au début de l’ère industrielle est dû au besoin de produire des matériaux synthétiques susceptibles de remplacer des matières premières coûteuses. Il s’ensuivit un intense travail de recherche portant sur des produits de synthèse économiques pouvant se substituer aux produits naturels et être fabriqués en masse. Outre le besoin de fabriquer des matériaux synthétiques, l’une des principales raisons du développement des plastiques réside dans l’optimisation de leurs spécificités. Une part considérable des matériaux de synthèse utilisés aujourd’hui dans le 1.1

bâtiment fut développée dès la fin des années 1940. Parmi ceux-ci se trouvent le polychlorure de vinyle (PVC), le polyméthacrylate de méthyle (PMMA), le poly­ styrène (PS), le polyéthylène (PE), le polyuréthane (PUR) et le polytétrafluoro­ éthylène (PTFE). À côté des types de base, existe un grand nombre de variétés dont les compositions particulières furent mises au point par les fabricants pour des domaines d’utilisation précis. Les matières plastiques, en particulier celles renforcées de fibres, offrent principalement la possibilité d’obtenir un matériau destiné à une application spécifique. C’est pourquoi, aujourd’hui, l’amélioration ou plutôt l’optimisation des caractéristiques repose moins sur le développement de nouveaux matériaux que sur le perfectionnement de ceux déjà connus et sur leur combinaison pour créer des composites. C’est le développement de la résine polyester en association avec la fibre de verre produite à l’échelle industrielle qui jeta les bases d’un matériau composite ultraperformant dans les années 1940. Ce principe de composite trouva très vite de multiples applications, par exemple pour les pièces détachées d’avions, de bateaux et d’automobiles. Ces nouveaux produits se sont rapidement imposés dans de nombreux secteurs industriels.

10

INTRODUCTION

1.1 Couverture du premier numéro de la revue Kunststoffe, paru le 1er janvier 1911.  1.2 Dôme géo­ désique composé d’éléments en GFK, R. Buckminster Fuller, 1954.  1.3 Cabine hôtelière mobile, I. Schein, R.-A. Coulon, Y. Magnant, 1956. La cellule en GFK, de conception modulaire, facile à transporter.

1.1

1.2

1.3

Les caractéristiques particulières des plastiques renforcés de fibres, notamment leur faible poids, leur forte résistance aux intempéries et leur exceptionnelle malléabilité, associées à une solidité relativement élevée, les rendirent rapidement intéressants pour une utilisation en architecture. Les premiers projets de maisons en plastique furent élaborés en Grande-Bretagne dès les années 1940. Après la fin de la Seconde Guerre mondiale, ces bâtiments constitués d’éléments préfabriqués, conçus pour une production en série, étaient destinés à compenser la pénurie de matériaux de construction traditionnels causée par la guerre. Cependant, ces projets ne furent pas réalisés. Après la guerre, différents fabricants de matières plastiques à la recherche de nouveaux débouchés cherchèrent à s’implanter dans le domaine de l’architecture. Les premiers architectes et ingénieurs firent des expériences avec les nouveaux matériaux. On utilisa pour la première fois en BTP les plastiques renforcés de fibres de verre (GFK) en 1954 pour l’enveloppe de stations radar militaires ; la 1.2

légèreté, la translucidité et la perméabilité au rayonnement électromagnétique de ces coupoles géodésiques imaginées par Richard Buckminster Fuller convenaient on ne peut mieux à cette destination.

VERS L’ARCHITECTURE EN PLASTIQUE

Contrairement aux thermoplastiques, les éléments en résine polyester renforcée de fibres peuvent être fabriqués sans équipement mécanique important et se prêtent donc bien à la réalisation de prototypes. La première maison en plastique fut construite en France en 1956. Les architectes Ionel Schein et René-André Coulon, associés à l’ingénieur Yves Magnant et 1.3

en collaboration avec l’entreprise chimique Camus & Cie, conçurent différentes cellules d’habitation et un pavillon tout en plastique baptisé « Maison escargot » du fait de son plan en spirale ; il était constitué de panneaux sandwich en GFK plans et cintrés suivant un seul axe, avec des entretoises de la même matière. L’espace organique de la cellule sanitaire ainsi que la cabine hôtelière mobile conçue la même année révèlent déjà le potentiel de créativité offert par ce nouveau matériau. Le développement de pièces réalisées dans une structure sandwich où les plastiques renforcés de fibres sont combinés avec des isolants en polyuréthane constitue une étape importante. Cette technologie consistant à combiner de minces couches de GFK avec une couche centrale isolante contribua à produire des éléments sandwich à la fois légers et rigides, pouvant parfaitement être

1.4

utilisés dans l’enveloppe autoporteuse de bâtiments. La « Maison du futur » de Monsanto (architectes : Richard Hamilton, Marvin Goody, ingénieur : Albert Dietz, USA, 1957) exploita ce principe. Ce fut la première maison en plastique prête pour une production en série. Pourtant, seul le prototype fut réalisé. Cela démontra néanmoins les capacités constructives de ce matériau du point de vue structure statique et physique du bâtiment mais aussi, par le langage des formes futuriste, ses possibilités conceptuelles. Dans le monde entier, se manifesta un grand intérêt pour les maisons en plastique. Ingénieurs et architectes étudièrent le matériau et élaborèrent une multitude de projets mettant en valeur ses avantages. Les années 1960 ont tout particulièrement été marquées par de multiples expériences architecturales tendant à trouver des formes à la hauteur des nouvelles possibilités. L’emploi de matières neuves donna aussi naissance à un vocabulaire nouveau. Sur de nombreuses maisons en plastique, les formes arrondies et les éléments courbes sont plus ou moins présents. Outre l’engouement général de l’époque pour les courbes, on peut également attribuer le recours au cintrage et/ou au coudage au souci de compenser la rigidité relativement faible du matériau et de renforcer ainsi l’enveloppe très fine des bâtiments. La possibilité de préfabriquer les pièces et le faible niveau de maintenance requis par les constructions en plastique furent cependant tout aussi déterminants. L’architecture en plastique connut son heure de gloire lors

1.5

de l’exposition internationale de maisons en plastique à Lüdenscheid ; on y présenta une série de prototypes d’habitations et de maisons de vacances à partir de 1971 et dans les années qui suivirent. Citons entre autres « Futuro » (architecte : Matti Suuronen, ingénieur : Yrjö Ronkka), « Rondo » (architectes : Casoni & Casoni, ingénieur : René Walther), « fg 2000 » (architecte : Wolfgang Feierbach, ingénieurs : Gerhard Dietrich, Carsten Langlie) et « Bulle six coques » (architecte : Jean Benjamin Maneval, ingénieur : Yves Magnant). Bien que les prototypes mêmes aient requis un grand nombre d’heures de travail manuel, les réflexions des concepteurs portaient souvent sur les exigences

11

12

INTRODUCTION

techniques d’une fabrication en grande série. Ces derniers voulaient recourir aux méthodes de fabrication existantes dans l’industrie pour parvenir à construire à faible coût des immeubles en plastique offrant des normes techniques de haut niveau. En 1973, l’IBK de Darmstadt, un institut qui est specialisé dans la construction avec les matières plastiques, publia un volumineux rapport documentant 232 projets conçus et réalisés au plan international. Les projets restèrent pour la plupart à l’état de prototype, seuls 38 % des exemples présentés firent l’objet de plusieurs commandes, la plupart du temps en très petites séries. Seule la villa « Polyvilla », une construction mixte en plastique et béton léger, rectangulaire et inspirée des formes traditionnelles, fut construite à plus de 500 exemplaires. La conclusion du rapport prévoyait un bel avenir aux maisons en plastique en termes de fabrication industrielle en série, tout en reconnaissant que la standardisation qui en découle entravait sa commercialisation. Les constructions réellement effectuées montrent que les matières plastiques peuvent fondamentalement être prises en compte en architecture et remplacer les matériaux de construction traditionnels en termes de résistance, durabilité et exigences relatives à la physique du bâtiment. Leur utilisation se limita la plupart du temps à des édifices d’un étage. Outre les bâtiments complets, livrés sous forme de produits finis avec équipements intégrés, ce sont avant tout des compo1.6

sants en plastique, tels que des éléments de façade sandwich, des cellules sanitaires préfabriquées et des toitures, qui furent employés. Les modèles expérimentaux de cette époque, traduction de nombreuses réflexions fondamentales, apportèrent une importante contribution à l’architecture en plastique. Le potentiel en termes de structure porteuse ou plutôt les capacités techniques des plastiques renforcés de fibres furent surtout exploités pour les couvertures de grande portée. Plusieurs ingénieurs mirent au point des structures por-

1.8

teuses exceptionnellement bien conçues et ultraperformantes. Le pavillon « Les échanges » de l’ingénieur suisse Heinz Hossdorf à l’Expo 1964 de Lausanne en témoigne, avec sa construction parasol précontrainte, composée d’éléments en GFK de 3 mm d’épaisseur d’une portée de 18 m chacun. Les structures en coque modulaires de l’ingénieur français Stéphane du Château sont une autre illustration des structures porteuses en GFK de grande portée. La coupole segmentée du

1.7

marché couvert d’Argenteuil constituée de 30 coques en GFK de 6 mm d’épaisseur atteint, en combinaison avec une construction légère en acier, un diamètre de 30 m. Les constructions pionnières des années 1950 à 1970 n’ont pas abouti à une large diffusion des maisons en plastique. Jusqu’en 1973, aucune habitation tout en plastique ne fut produite en grande série. Les immenses espoirs placés par les concepteurs et l’industrie dans les nouveaux matériaux ne se réalisèrent pas, la demande escomptée ne fut pas au rendez-vous. À cela, de multiples raisons, comme par exemple la crise pétrolière des années 1970 qui provoqua un renchérissement sensible des matières plastiques. Mais l’arrêt de la progression de cette architecture n’est pas dû à cette seule cause. C’est surtout la faible acceptation publique des formes et des concepts d’habitation, appropriés certes au matériau, mais pas à l’esthétique traditionnelle, qui joua un rôle non négligeable. En effet, quel maître d’ouvrage aurait pu souhaiter voir son rêve de maison individuelle

13

VERS L’ARCHITECTURE EN PLASTIQUE

1.4 La « Maison du futur » de Monsanto, R. Hamilton, M. Goody, A. Dietz, 1957, fut la première maison en plastique prête pour une fabrication en série.  1.5 Exposition internationale de maisons en plastique IKA Lüdenscheid, 1971. Au premier plan à gauche « Futuro » (M. Suuronen, Y. Ronkka), au premier plan à droite « Bulle six coques » (J. B. Maneval, Y. Magnant), « Rondo » (Casoni & Casoni, R. Walther).

1.4

1.5

prendre la forme d’un habitat fabriqué industriellement à des milliers d’exemplaires et de surcroît guère plus économique qu’une construction traditionnelle ? La faiblesse de la demande empêcha à son tour une fabrication en série qui aurait permis une réduction des coûts et une meilleure compétitivité par rapport aux maisons préfabriquées traditionnelles. À cela s’ajoutèrent d’autres problèmes, tels que l’obligation d’agrément technique : les carences des prototypes, du point de vue physique du bâtiment et médiocre protection contre l’incendie, mirent un terme prématuré à leur essor. Nonobstant, quelques maisons en plastique telles que « Futuro » ou la « fg 2000 » devinrent des jalons de l’architecture moderne. Après cette période, les plastiques furent diversement employés dans des éléments de construction mais des maisons intégralement dans ce matériau ne furent réalisées que rarement, et seulement en réponse à des exigences particulières. Depuis quelques années, l’utilisation des polymères dans le bâtiment est revalorisée. Ceux-ci se trouvent dans des éléments préfabriqués et des composants de l’équipement technique ou structurel des bâtiments, tels que les conduites et les isolants, et sont aussi de plus en plus considérés comme des matériaux performants pour les structures porteuses et les enveloppes. Il convient avant tout de distinguer ici les applications pour les éléments porteurs et les non porteurs. Les secondes concernent par exemple les aménagements intérieurs et surtout les façades. Si leur quantité est assez élevée, ces composants peuvent être produits par des procédés hautement automatisés avec une complexité géométrique et une précision extrêmes. L’emploi des matières plastiques pour les enveloppes dépend des exigences en matière de physique du bâtiment. Pour les structures porteuses, on a toujours recours en particulier aux plastiques renforcés de fibres. Leurs domaines d’application sont les systèmes porteurs mais aussi la construction industrielle et les ouvrages d’art. Les plastiques peuvent aussi être judicieusement employés pour des éléments spéciaux à géométrie complexe. S’il est vrai que la fabrication des moules de formage pour ce type de pièces requiert en général un énorme travail artisanal avec des coûts de main-d’œuvre correspondants, les matières plastiques permettent

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INTRODUCTION

1.6 façade modulaire en plastique constituée d’éléments sandwich préfabriqués. 1.7 marché couvert, argenteuil près de Paris, s. du château, 1967. la coupole d’un diamètre de 30 m est constituée de 30 coques préfabriquées en GfK de 6 mm d’épaisseur, supportées par une structure tubulaire en acier. 1.8 Pavillon « les échanges », expo lausanne, h. hossdorf, 1964. une couverture modulaire en GfK, en forme de paraboloïde hyperbolique, collée et tendue sur des structures d’acier.

1.6

1.7

1.8

malgré tout de fabriquer en grand nombre des pièces extrêmement différenciées avec de faibles tolérances. cet aspect est particulièrement important pour les systèmes modulaires. le faible poids du matériau présente surtout un avantage pour le transport. les coûts d’investissement élevés doivent être compensés par le grand nombre d’exemplaires vendus. Par ailleurs, dans le domaine de la conservation des bâtiments, les matières plastiques renforcées de fibres de carbone jouent depuis longtemps un grand rôle pour l’amélioration des constructions en béton. il est surprenant de voir que les plastiques ont la réputation d’être de piètres matériaux de substitution. ce sont pourtant des produits de haute technologie. l’exploitation de leurs propriétés exceptionnelles et le renouveau de l’architecture en plastique supposent une perception adéquate des plastiques. À cet égard, la question des formes de construction adaptées au matériau revêt une importance considérable. un grand travail de développement reste à faire sur ce point.

15



2

PROPRIÉTÉS DES MATÉRIAUX

Les plastiques forment un groupe de matériaux que l’étendue de leurs propriétés destine à de nombreux domaines d’utilisation. On distingue quatre familles : les élastomères et les thermodurcissables ont une structure moléculaire réticulée, les thermoplastiques, une structure non réticulée. Les élastomères thermoplastiques (TPE) résultent de la combinaison de composants thermoplastiques et d’élastomères ; ils sont pourvus de propriétés des deux groupes. Selon le taux de réticulation, les plastiques se distinguent par la solidité, la rigidité et la stabilité thermique et chimique. Les valeurs caractéristiques de chacun sont en général très spécifiques ; ils possèdent néanmoins une série de points communs décrits ci-après dans la mesure où l’architecture est concernée.

MALLÉABILITÉ ET FABRICATION DES PIÈCES L’une des propriétés majeures de nombreuses matières plastiques est leur malléabilité, ce qui les destine à une utilisation pour les pièces à géométrie complexe. La réalisation de formes spéciales uniques, comme l’architecture en conçoit souvent, peut cependant conduire à des coûts élevés. Des prototypes en plastiques thermodurcissables renforcés de fibres, de grandes dimensions (jusqu’à plusieurs mètres), peuvent être fabriqués manuellement, ce qui nécessite une nombreuse 2.1

main-d’œuvre et est donc onéreux. Certains thermoplastiques peuvent toutefois être travaillés par des procédés de prototypage rapide évitant la coûteuse confection d’un moule. La fabrication d’une pièce en trois dimensions se fait d’après un

2.2

modèle numérique. Les machines CNC commandées par ordinateur sont, par exemple, des presses ou des fraiseuses ; elles n’usinent en général que des pièces de faibles dimensions. Les élastomères et les thermoplastiques conviennent également à la fabrication en grandes séries de pièces à géométrie fortement différenciée. Pour le BTP, la préfabrication de pièces présente de gros avantages, car fabrication et montage se font indépendamment des conditions météorologiques. Souvent, avec les plastiques, la fabrication du matériau et le formage de la pièce se font en une seule opération. Ce procédé permet de fabriquer des matériaux adaptés aux contraintes auxquelles ils sont soumis, par exemple la mise en place ciblée des fibres de renfort dans la matrice. On peut ainsi optimiser des propriétés telles que solidité ou rigidité.

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PROPRIÉTÉS DES MATÉRIAUX

2.1 Tour en plastique, Staatliche Akademie der Bildenden Künste, Stuttgart, 2007. Pièces spéciales à géométrie complexe fabriquées par moulage au contact.  2.2 Maquette d’architecture réalisée par ­prototypage rapide.

2.1

2.2

RÉSISTANCE AUX INTEMPÉRIES Les plastiques sont en général résistants aux intempéries. Cependant, l’absorption d’humidité et le rayonnement UV peuvent altérer leur solidité ainsi que leur longévité. La résistance aux UV de nombreux plastiques peut être améliorée par des additifs appropriés. Leur résistance au vieillissement dépend aussi de la protection contre les intempéries. En outre, la plupart de ces matières sont résistantes aux attaques chimiques, notamment aux sels et aux acides. Dans l’ensemble, elles ne requièrent que peu d’entretien.

PROPRIÉTÉS MÉCANIQUES Les plastiques renforcés de fibres ont la particularité de faire preuve d’une résistance relativement élevée par rapport à leur poids. C’est pourquoi ils conviennent très bien pour des structures soumises à de fortes sollicitations. Malheureusement l’utilisation de nombreux produits en plastique dans le bâtiment se heurte à l’absence d’agrément technique. Pour les produits standard, on dispose en partie des autorisations et des spécifications des fabricants, mais pour les constructions spéciales, il faut souvent faire des essais coûteux et passer par des procédures d’autorisation compliquées. En comparaison avec d’autres matériaux employés dans le bâtiment, les plastiques ont une rigidité faible. Pour les éléments porteurs, cet inconvénient peut en partie être compensé par le choix d’une forme appropriée.

COMBUSTIBILITÉ

On peut rigidifier un élément de construction, par exemple en en relevant les bords, en le cintrant ou en lui donnant une structure sandwich. Il est aussi possible de raidir la structure globale en optant pour un système porteur spatial insensible aux déformations. Les éléments porteurs comme les coques et les structures plissées se prêtent particulièrement à l’emploi de matières plastiques. Vu leur coût, de telles pièces ne sont habituellement fabriquées qu’avec une faible épaisseur, mais elles peuvent être combinées avec des structures porteuses performantes. Certains thermoplastiques ont une résistance aux chocs élevée tandis que d’autres sont plutôt cassants. Sur toute une série de ces matières, il est possible de moduler cette résistance dans une certaine fourchette. Une autre possibilité de l’augmenter chez les thermoplastiques et les thermodurcissables est l’ajout de fibres de renfort.

PROPRIÉTÉS THERMIQUES Les thermoplastiques ont un coefficient de dilatation thermique élevé dont il faut tenir compte pour la réalisation des finitions. Si l’on fait appel à du PMMA (Plexiglas) ou à du polycarbonate dans l’enveloppe d’un bâtiment, il faudra tenir compte dès la conception d’écarts dimensionnels environ sept fois supérieurs à ceux du verre. La plupart des matières plastiques ont une faible conductivité thermique et électrique et une résistance aux chocs thermiques satisfaisante. La température maximale d’utilisation à long terme des thermoplastiques courants dans le bâtiment est d’environ 80 °C ; les températures inférieures à – 30 °C peuvent provoquer une certaine fragilisation s’ils n’ont pas été modifiés en conséquence.

COMBUSTIBILITÉ ET INFLAMMABILITÉ Les exigences de protection des bâtiments contre l’incendie jouent un rôle important dans l’utilisation des matières plastiques en architecture. En France, les directives déterminantes relatives aux exigences de protection contre l’incendie sont données par le Code de la construction et de l’habitation. Vu leur structure organique, les matières plastiques peuvent brûler et ont une courte durée de résistance au feu. C’est une des principales raisons pour lesquelles l’emploi des matières plastiques doit se limiter aux éléments/structures avec de faibles exigences de protection incendie, comme les façades, aux structures temporaires ou aux toitures, dans la mesure où aucune disposition particulière n’est prise. Les plans de protection contre l’incendie comportent des mesures concernant le bâtiment et des mesures techniques et organisationnelles. Pour les éléments porteurs et pour des raisons de rigidité, seuls entrent en ligne de compte des plastiques renforcés de fibres, pouvant à leur tour, selon les cas, être soumis à agrément. Les essais au feu et les évaluations en termes de résistance au feu peuvent être considérés en relation avec la contrainte mécanique. L’emploi des plastiques 2.3

renforcés de fibres pour les structures porteuses de bâtiments à plusieurs étages est très rare dans la pratique. Le Eyecatcher Building à Bâle en est un prototype. Fondamentalement, on distingue combustibilité et inflammabilité. Le ­premier décrit les processus chimiques et physiques intervenant dans le matériau lors d’une application contrôlée des flammes, tandis que le second est important

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18

PROPRIÉTÉS DES MATÉRIAUX

pour l’emploi des matières plastiques et/ou des produits exposés à un feu incontrôlé. Combustibilité et inflammabilité ne sont pas des propriétés intrinsèques du matériau, car tous deux sont influencés par des paramètres extérieurs, comme par exemple la forme et les dimensions de la pièce, le type de montage, la nature et l’intensité de la source d’inflammation ainsi que l’apport d’oxygène. Un incendie comporte trois phases : le feu naissant, généralisé et décroissant. Une fois la seconde phase atteinte, les matières plastiques brûlent dans tous les cas, en raison de leur structure organique. Elles peuvent faire l’objet d’une ignifugation, surtout efficace en début d’incendie, parce que les retardateurs de flammes sont conçus pour empêcher l’allumage et réduire la propagation des flammes. Le comportement des matières plastiques et des éléments de construction en cas d’incendie est évalué, entre autres, selon les critères de l’inflammabilité, la propagation de la flamme, le dégagement de chaleur, le développement de fumée et la toxicité. Un des problèmes spécifiques de certains thermoplastiques en cas d’incendie est la formation de gouttelettes incandescentes qui peuvent entraîner la propagation du foyer de l’incendie. Les produits purement en plastique, même pourvus d’additifs retardateurs de flammes, atteignent au mieux la classification B1 (combustible, difficilement inflammable selon DIN 4102). Pour les matériaux composites à faible proportion de plastique, une classification A2 (incombustible, avec des composants organiques, justificatif exigé) est possible. Les règles régissant les tests qui déterminent ce classement varient suivant 2.4

les pays de l’Union européenne. Pour aller vers une harmonisation des spécifications techniques au sein des États membres, la norme DIN EN 13501 « Réaction au feu des produits et éléments de construction » a été établie, parallèlement aux directives nationales en vigueur, à savoir, actuellement pour l’Allemagne, la norme DIN 4102. La partie 1 définit les classes de réaction au feu : A1, A2, B, C, D, E et F. Comme dans la réglementation allemande, la catégorie A de la norme européenne est celle de la plus haute résistance au feu. À cela s’ajoutent d’autres critères caractérisant un incendie. Les classes s1, s2 et s3 décrivent le développement de fumée, les classes d0, d1 et d2, la formation de gouttelettes et débris enflammés. Ces critères supplémentaires font partie des Euroclasses : plus le chiffre est élevé, plus le dégagement de fumée ou la formation de gouttes et de débris incandescents sont importants.

ADDITIFS, CHARGES ET AGENTS RENFORÇANTS On ajoute à la plupart des polymères diverses matières destinées à influencer et optimiser leurs propriétés. En voici quelques exemples. Les charges  et les agents renforçants sont des matières solides, tandis que les additifs sont des matières chimiques qui peuvent influencer positivement certaines caractéristiques comme la combustibilité, la résistance aux UV, aux chocs, la couleur, la solidité ou l’aptitude au façonnage. Les charges  sont employées notamment pour améliorer l’aptitude au façonnage et accroître le poids et le volume en vue de réduire les frais de mise en œuvre. Elles peuvent également contribuer à améliorer la stabilité dimensionnelle à chaud ou la résistance aux chocs. En voici quelques-unes : kaolin, craie, micro-

19

ADDITIFS

2.3 Eyecatcher Building, Swissbau Bâle, Artevetro Architekten, Felix Knobel, 1999. La structure porteuse

de cet immeuble de bureaux de cinq étages est constituée de profilés pultrudés en GFK difficilement i­ nflammables et autoextinguibles.  2.4 Essai de réaction au feu des vitres en PMMA pour la façade du Kunsthaus de Graz, Arbeitsgemeinschaft Kunsthaus, 2003.

2.3

2.4

billes de verre ou talc. Elles peuvent cependant avoir une répercussion négative sur la résistance. Les agents renforçants  sont incorporés dans la matrice sous forme de fibres, stratifils (« rovings »), nattes ou textiles. Les matrices peuvent être des élastomères, des thermoplastiques ou des thermodurcissables. En BTP, les plastiques renforcés de fibres se trouvent surtout sous forme de thermodurcissables avec une matrice de résine polyester. Les stabilisants  sont des additifs visant à retarder la dégradation thermo et photooxydante des polymères due à l’environnement. Le rayonnement solaire, l’humidité et les températures élevées entraînent leur décomposition et altèrent leur solidité et leur résistance au vieillissement. Les antioxydants et les agents de protection contre la lumière préviennent cette décomposition. Les additifs ignifugeants  tels que l’alumine hydratée, l’hydroxyde de ­magnésium, le chlore, le brome et le phosphore agissent en réduisant ou empêchant com­ plètement le processus de combustion. Les retardateurs de flammes réactifs sont ajoutés à la masse plastique pendant la polymérisation, les substances

20

PROPRIÉTÉS DES MATÉRIAUX

­additives, après. Comme matière ajoutée, l’alumine hydratée déclenche, en cas d’incendie, une réaction endothermique dans le polymère, empêchant que la température nécessaire à la combustion soit atteinte. Une autre solution consiste à ajouter des charges inertes, ce qui entraîne une raréfaction du matériau combustible. Comme dans la construction métallique, les systèmes intumescents sont des revêtements qui se mettent à gonfler sous l’effet de la chaleur et forment une couche de mousse isolante. Les retardateurs de flammes peuvent toutefois aussi influencer négativement les propriétés mécaniques du matériau et sa conductivité électrique. Les agents gonflants  sont des matières liquides ou solides ajoutées pour transformer le plastique en mousse. Des bulles de gaz se forment à la polymérisation, allégeant ainsi le matériau et/ou améliorant le pouvoir isolant thermique. Les promoteurs d’adhésion  améliorent l’adhérence du polymère sur d’autres substances organiques comme les fibres de verre. Ils sont en outre utilisés pour mélanger des polymères incompatibles entre eux. Les colorants  sont soit des pigments insolubles en poudre soit des colorants solubles, incorporés à la matière de moulage. Par rapport aux colorants anorganiques, les pigments organiques permettent d’obtenir une meilleure brillance des couleurs ; les additifs anorganiques résistent à la lumière et se distinguent par une meilleure stabilité thermique.

21



3

CONNAISSANCE DES MATÉRIAUX

La majorité des matières plastiques se composent des éléments suivants : carbone (C), hydrogène (H) et oxygène (O). Des éléments comme le soufre (S), l’azote (N), le chlore (Cl), le fluor (F), le silicium (Si) ou le bore (B) peuvent également être présents. Bien que la plupart des matières plastiques ne soient constituées que d’un petit nombre d’éléments différents, leurs propriétés peuvent être extrêmement variées. Leurs différences proviennent de leur structure moléculaire. La fréquence et la répartition de chaque élément influencent les forces de liaison des chaînes polymériques et, de ce fait, leur agencement et leur cohésion au sein de la structure globale. La régularité de la structure et la réticulation des chaînes polymériques varient, d’où les importantes différences du point de vue comportement thermique, aptitude au façonnage, dureté ou encore transparence. Il faut connaître la structure moléculaire des matières plastiques pour en comprendre les propriétés. Les matières plastiques sont des macromolécules organiques dont le motif structural appelé monomère se répète. Dans la nature, des macromolécules sont les constituants de glucoses comme la cellulose, à partir de laquelle se développent les fibres végétales, ou de composés hydrocarbonés comme le pétrole. La plus grande partie des matières premières pour la fabrication des plastiques provient de l’industrie pétrolière et gazière. Les bioplastiques issus de ressources renouvelables revêtent une importance croissante. Le procédé de synthèse, appelé en général polymérisation, par lequel des monomères vont se lier entre eux pour former des polymères permet d’obtenir des 3.1

matières plastiques. La polymérisation suppose qu’un monomère puisse établir au moins deux liaisons avec d’autres monomères voisins. Le nombre de liaisons en détermine la fonctionnalité. Les monomères bifonctionnels fournissent des chaînes polymériques linéaires, les monomères polyfonctionnels, par contre, des polymères ramifiés. La synthèse peut être conduite par catalyseur ou par les paramètres de température et de pression pour influencer de manière ciblée la formation des chaînes polymériques ou plutôt la structure moléculaire. Cela permet de produire des matières plastiques dotées de propriétés définies.

STRUCTURE DES POLYMÈRES Un polymère obtenu à partir d’un seul type de monomère est un homopolymère. 3.2

Par contre, dès que plusieurs types de monomères sont utilisés, il s’agit soit de copolymère soit de mélange polymère. Lors de la synthèse des copolymères, une macromolécule se forme par liaison entre atomes des composants de base.

22

CONNAISSANCE DES MATÉRIAUX

3.1  Polymères formés à partir de monomères : exemple, chlorure de polyvinyle (PVC).  3.2  Types de polymères.

3.1

Monomère chlorure de vinyle

Monomère chlorure de vinyle

3.2 Homopolymère

Copolymère alterné

Copolymère Polymérisation par ouverture de la double liaison

Copolymère à blocs séquencés ou Exemple Polymère chlorure de polyvinyle

Copolymère greffé ou

Mélange

Polymère réticulé comme matrice

Chaînes macro­ moléculaires, incorporées à la matrice

Il en résulte un nouveau matériau doté de propriétés spécifiques autres que celles des composants de base. Les différents types de copolymères se distinguent par l’agencement des composants de base. Avec les mélanges polymères, il s’agit seulement du mélange de polymères hétérogènes dont les chaînes respectives, contrairement aux copolymères, ne créent pas de liaisons chimiques entre elles. Les mélanges hétérogènes permettent de combiner entre elles les propriétés intéressantes des composants de base pour améliorer, par exemple, l’aptitude au façonnage. Les mélanges homogènes à base de molécules constituent l’exception car le processus de mélange est gourmand en énergie. À l’origine, les mélanges furent développés pour augmenter ­l’aptitude au façonnage et la résistance aux chocs. Mais ils peuvent également améliorer des propriétés telles que la stabilité dimensionnelle à chaud, la réduction de la formation de fissures sous tension ou la combustibilité.

MORPHOLOGIE DES MACROMOLÉCULES Les polymères forment des structures en chaîne linéaires ou ramifiées dont la disposition au sein de la macromolécule est influencée par la nature et le nombre 3.3

des forces de liaison respectives. Les forces de valence principale plus fortes sont responsables de la formation et de la cohésion au sein des monomères et chaînes

23

STRUCTURE CHIMIQUE

3.3  Macromolécule avec liaisons de valence principale et secondaire.  3.4.  Structure de base des polymères.  3.5  Conformation en pelote statistique d’une macromolécule constituée de chaînes polymériques linéaires.  3.6  Polymère avec des zones amorphes et des zones cristallines ordonnées. La structure cristalline repose sur la cohésion des chaînes polymériques entre elles assurée par des forces de valence secondaire fusibles par réchauffement.

3.3

3.4

Liaison de valence principale

Liaison de valence secondaire Atome

linéaire

ramifié

connecté en réseau

3.5

3.6

polymériques, tandis que les chaînes polymériques sont liées entre elles par des forces de valence secondaire. Ces forces de valence secondaire sont sensibles à la température et se dissolvent quand il y a apport d’énergie. C’est pourquoi les polymères dont la structure macromoléculaire est déterminée par des forces de valence secondaire ont une capacité de déformation plastique permanente sous l’action de la chaleur. La structure macromoléculaire a donc une influence considérable sur des propriétés telles que la stabilité dimensionnelle à chaud. Les macromolécules présentent en général une structure amorphe ou cristal3.5

line, ou plutôt semi-cristalline. Alors que les chaînes polymériques d’une macromolécule amorphe sont en désordre, il y a, dans une structure cristalline, une organisation tridimensionnelle régulière. Une conformation régulière des macromolécules et une structure moléculaire souple favorisent la faculté de cristallisation parce que les chaînes de molécules peuvent se rapprocher suffisamment et adopter une disposition parallèle ou pliée dont la cohésion repose sur des liaisons de valence secondaire.

24

CONNAISSANCE DES MATÉRIAUX

Plus le degré de cristallisation augmente, plus la cohésion et, par là, la solidité du matériau s’accroissent. Toutefois, les plastiques sont toujours semi-cristallins. Les facteurs qui contrarient la cristallisation sont surtout l’entrelacement des chaînes polymériques et la dimension de la macromolécule à cristalliser. La cristallisation ne peut se faire que dans une étroite plage de températures dans laquelle la mobilité thermique des chaînes polymériques est réduite. Les plastiques se distinguent par des plages de températures de transition entre solide et liquide floues, contrairement aux points de congélation, fusion et ébullition clairement définis des éléments. Selon l’apport énergétique, l’état des plastiques va 3.6

de dur à souple en passant par une élasticité caoutchoutique. Ils se décomposent avant de pouvoir passer à l’état gazeux.

CLASSIFICATION DES PLASTIQUES SELON LEUR TAUX DE RÉTICULATION En règle générale, les plastiques sont répertoriés selon leur taux de réticulation. Cette classification semble pertinente dans la mesure où ce taux conditionne directement certaines de leurs propriétés fondamentales comme la solidité, la température de déformation thermique, la dureté, l’aptitude au façonnage et la thermoplasticité. En fonction de leur nature et de leur taux de réticulation, on distingue quatre groupes : thermodurcissables, élastomères, thermoplastiques et élastomères thermoplastiques (TPE). Les frontières sont mal définies et le classement dans 3.4

l’un de ces groupes n’est pas toujours évident. Les matériaux présentant une structure semi-cristalline ne sont pas réticulés et font partie des thermoplastiques. Les plastiques amorphes sont présents dans tous les groupes ; ils peuvent avoir une structure soit non réticulée (thermoplastiques) soit plus ou moins réticulée tridimensionnelle (thermodurcissables, élastomères). THERMOPLASTIQUES  Les thermoplastiques, non réticulés, sont constitués de

chaînes polymériques linéaires ou ramifiées. Ils peuvent être mis en forme sous l’action de la chaleur car il n’y a pas de liaisons d’atome entre les chaînes polymériques mais seulement des liaisons par forces de valence secondaire. Cette opération de mise en forme peut être répétée. Les thermoplastiques peuvent être amorphes ou semi-cristallins. Les thermoplastiques amorphes présentent des chaînes moléculaires linéaires ou ramifiées avec une structure en pelote statistique. Étant donné leur fragilité, ils sont fortement sujets aux fissures sous tension. Leur apparence varie d’opaque à transparent. Les thermoplastiques amorphes 3.7

sont solubles avec des solvants adéquats. Citons le PMMA, le polystyrène (PS) et le chlorure de polyvinyle (PVC). Par contre, les thermoplastiques semi-cristallins possèdent des zones cristallines où les chaînes moléculaires ont une structure tridimensionnelle régulière. La densité plus élevée de l’état cristallin par rapport à l’état amorphe occasionne une augmentation de volume en cas d’apport énergétique. Les thermoplastiques semicristallins sont plus difficilement solubles que les thermoplastiques amorphes. On

3.8

compte parmi eux le polyéthylène (PE), le polypropylène (PP) ou les polyamides (PA).

25

STRUCTURE CHIMIQUE

3.7 thermoplastique amorphe : chaînes polymériques formant une structure désordonnée.

3.8 thermoplastique semi-cristallin : à côté de zones amorphes désordonnées se trouvent des zones cristallines ordonnées. 3.9 élastomère : chaînes polymériques amorphes à conformation en pelote statistique sont largement réticulées par des liaisons entre atomes. 3.10 thermodurcissable : chaînes polymériques amorphes présentant une réticulation par des liaisons entre atomes. 3.11 élastomère thermoplastique, exemple de mélange de polymères.

3.7

3.8

3.9

3.10

3.11

26

CONNAISSANCE DES MATÉRIAUX

3.12  Polymérisation avec l’exemple du chlorure de vinyle : la double liaison d’un monomère est r­ ompue pour permettre la liaison avec d’autres monomères.  3.13  Polyaddition : le déplacement de l’atome H du monomère 2 au monomère 1 ouvre la double liaison entre l’atome N et C, permettant ainsi le rattachement des deux monomères à l’atome C.  3.14  Polycondensation : deux monomères s’assemblent en réaction par étapes avec élimination de sous-produits.

3.12 Monomère dans une chaîne polymérique

Monomère Réactif Dégagement de chaleur Exemple : chlorure de vinyle

3.13

Polychlorure de vinyle

Monomère 2

Monomère 1

Réactif

Dégagement de chaleur

3.14

Élimination de sous-produits

ÉLASTOMÈRES   Les élastomères se caractérisent par une structure amorphe tridi-

mensionnelle légèrement réticulée qui ne peut être dissoute sous l’effet de la chaleur sans que le matériau se décompose. C’est pourquoi ils ne peuvent pas être mis en forme sous l’action de la chaleur, ils sont infusibles et insoudables. La conformation en pelote statistique des chaînes polymériques explique leur extrême élasticité ; après le retrait de la contrainte, les élastomères retournent à leur état initial. 3.9

Le caoutchouc d’éthylène-propylène-diène (EPDM) et le grand groupe des caoutchoucs sont des plastiques élastomères. THERMODURCISSABLES   Les thermodurcissables, ou duroplastes, ont une struc-

ture amorphe tridimensionnelle fortement réticulée. Ils sont en général fabriqués

PROCÉDÉS DE SYNTHÈSE

à partir de différents composants liquides qui réagissent chimiquement entre eux et forment une structure moléculaire tridimensionnelle fortement réticulée, déterminée essentiellement par des liaisons de valence principale. Sous l’action de la chaleur, la mobilité de chaque atome est si limitée que la température de fusion est plus élevée que la température de décomposition à laquelle se produit la rupture des liaisons entre atomes. En raison de leur forte réticulation, les thermodurcissables sont durs et cassants mais résistants aux acides et solutions alcalines. Leur solidité et leur rigidité sont sensiblement supérieures à celles des élastomères. Dans le bâtiment, les résines époxydes et polyester sont les plus représentées. La frontière entre élas3.10

tomères et thermodurcissables dépend des conventions usuelles dans la pratique, la distinction se fait d’après la dureté et la rigidité. ÉLASTOMÈRES THERMOPLASTIQUES   Les élastomères thermoplastiques (TPE)

associent les propriétés élastiques des élastomères à l’aptitude au façonnage des thermoplastiques. Cela est dû à la réticulation tridimensionnelle des chaînes polymériques par des liaisons physiques, et donc thermoréversibles. Contrairement aux élastomères thermoplastiques, les élastomères purs sont, quant à eux, basés sur une réticulation faite via des liaisons entre atomes qui ne peuvent être rompues. Une autre solution consiste à mélanger des polymères réticulés et non réticulés en vue de produire un matériau où les composants élastomères font office de matrice dans laquelle les composants thermoplastiques s’incorporent. En raison de leur faible réticulation, les TPE présentent, sur une large plage de températures, une élasticité caoutchoutique sans toutefois pouvoir subir une déformation plastique. Par contre, au-delà de cette fourchette, ils peuvent être mis en forme et sont soudables comme les thermoplastiques. Entre autres élastomères 3.11

thermoplastiques, on trouve les TPS (élastomères thermoplastiques styréniques) sous forme de copolymères en blocs de styrène et de butadiène, les TPV (thermoplastiques vulcanisés) à base de caoutchouc réticulé et les TPA à base polyamide (thermo­plastiques armés).

PROCÉDÉS DE SYNTHÈSE Les matières plastiques sont fabriquées à partir de différents procédés de synthèse qui peuvent être combinés. Voici les trois grands procédés de synthèse. POLYMÉRISATION  Les composants de base forment la plupart du temps des

liaisons insaturées, c’est-à-dire instables avec des doubles liaisons ou des liaisons annulaires. Celles-ci sont rompues sous l’effet de réactifs et forment, au dégagement de chaleur, de longues chaînes de polymères. Il s’ensuit une réaction exothermique en chaîne sans aucune élimination. Les produits de la polymérisation sont appelés polymérisats ; ce sont par exemple le polyéthylène (PE), le polypro3.12

pylène (PP), le chlorure de polyvinyle (PVC), le polystyrène (PS) et les résines poly­ ester insaturées (UP). POLYADDITION   Les composants de base de la polyaddition sont des monomères

de différentes natures, un groupe au moins devant présenter des doubles liaisons.

27

28

CONNAISSANCE DES MATÉRIAUX

Par le déplacement intermoléculaire des atomes d’hydrogène, il y a rupture des doubles liaisons, ce qui permet aux monomères de s’accrocher les uns aux autres. À l’instar de la polymérisation, la polyaddition nécessite l’adjonction de réactifs ; le processus est une réaction par étapes au dégagement de chaleur et sans élimination de sous-produits. Il convient de doser précisément chacun des composants. 3.13

Les plastiques issus de cette synthèse sont appelés polymères d’addition ; ce sont par exemple les résines époxydes (EP) et le polyuréthane (PUR). POLYCONDENSATION   Les composants de base destinés à la ­polycondensation

comprennent au moins deux groupes fonctionnels, particulièrement réactifs, comme un groupe hydroxyde (–OH). Ceux-ci réagissent en éliminant des sous-produits volatils de faible masse moléculaire, comme l’eau ou l’alcool. La polycondensation est une réaction par étapes nécessitant l’élimination continue des sous3.14

produits afin de maintenir la réaction. Il y a par exemple les polyamides (PA) et les résines phénoliques (PF). Il n’est pas toujours possible de classer toutes les matières plastiques selon le procédé de synthèse mis en œuvre pour la polymérisation. Il arrive qu’exceptionnellement il soit possible de fabriquer un type de polymère particulier aussi bien par polymérisation que par polyaddition ou polycondensation. D’autre part, lors de la synthèse, différents processus peuvent s’accomplir à différentes étapes.

29



4

 T YPES DE PLASTIQUES ET FABRICATION

Les matières plastiques, couramment appelées plastiques, sont réalisées dans 4.1

un grand nombre de variétés. Passée de 1,5 à 245 millions de tonnes entre 1950 et 2008, leur production mondiale est destinée en grande partie à l’industrie du bâtiment sous forme de profilés pour portes et fenêtres, de tubes et de produits d’isolation, mais également de membranes, de panneaux et plaques, de revêtements de sol et muraux ainsi que de produits d’étanchéité. Le secteur de l’isolation est celui qui se développe le plus du fait des exigences croissantes en termes d’économie d’énergie. On constate que la majeure partie des polymères sert à l’équipe-

4.2

ment technique. En revanche, dans les structures porteuses et les enveloppes de bâtiments, hormis pour l’isolation, leur part est quantitativement faible. Nous allons décrire ci-après en détail les plastiques utilisés en architecture, avec leurs spécificités. Ils sont répartis en trois classes, les élastomères, les thermoplastiques et les thermodurcissables. Des sigles sont communément utilisés

4.3

provenant de leur composition chimique, par exemple PVC pour chlorure de polyvinyle (polyvinylchloride en anglais). Ces abréviations caractérisent l’appartenance d’un produit à une famille chimique. Dans de nombreux cas cependant, le matériau d’un fabricant possède des caractéristiques spécifiques qui le différencient de ceux de la même famille. Ils sont fréquemment commercialisés non pas sous un sigle, mais sous une dénomination spécifique à la société qui les fabrique, dans le seul but de permettre une identification sans équivoque. Les noms commerciaux cités ci-après représentent une sélection subjective sans aucune prétention à l’exhaustivité.

ÉlastomÈres Possédant un faible coefficient d’élasticité, les élastomères sont toutefois flexibles à leur température d’utilisation continue (TUC). Ils ne sont ni malléables ni soudables par procédé thermoplastique et se décomposent sans se liquéfier une fois leur TUC dépassée. La transformation en pièces moulées ou en semi-produits est généralement réalisée par extrusion ou calandrage. Dans le bâtiment, les élastomères sont principalement utilisés pour l’étanchéité : profilés et bandes d’étanchéité ou application de couches. Les duretés Shore A et D selon la norme DIN 53505/ISO 868 sont les valeurs caractéristiques qui se retrouvent le plus fréquemment pour les élastomères et, dans une moindre mesure, pour les thermoplastiques souples. Elles constituent l’une des nombreuses échelles qui donnent une information sur la dureté d’un 4.5

plastique. Un dispositif expérimental consiste à mesurer la résistance qu’oppose un plastique à la pénétration d’une éprouvette définie.

30

TYPES DE PLASTIQUES ET FABRICATION

4.1 Utilisation des plastiques en Allemagne, 2007.  4.2 Applications dans le bâtiment en Allemagne,

2007.  4.3 Abréviations pour les plastiques selon DIN EN ISO 1043-1 (polymères de base) et DIN ISO 1629 (caoutchoucs et latex).

4.1

Électronique 7,4 % Meubles 3,8 % Produits à usage domestique 2,9 % Agriculture 2,5 % Médecine 1,7 %

4.2 Véhicules 9,2 %

Emballages 32,4 %

4.3

Divers 14,9 % Isolation 27 % Profilés 34 %

Tubes 24 %

Bâtiment 25,2 %

Divers 15 %

Abréviation

Dénomination chimique

Abréviation

Dénomination chimique

ABS

Copolymère acrylonitrile butadiène styrène

PE-HD

Polyéthylène haute densité

ACM

Caoutchouc éthylacrylate

PE-LD

Polyéthylène basse densité

ACS

Acrylonitrile-styrène-acrylate chloré

PE-LLD

Polyéthylène à basse densité linéaire

ASA

Copolymère acrylonitrile-styrène-acrylate

MD-PE

Polyéthylène moyenne densité

AU

Caoutchouc polyuréthane

PE-UHMW

Polyéthylène de masse moléculaire très élevée

BR

Caoutchouc butadiène

PE-ULD

Polyéthylène ultra basse densité

CA

Acétate de cellulose

PE-VLD

Polyéthylène très basse densité

CH

Cellulose hydratée, cellulose régénérée (cellophane)

PEEK

Polyétheréthercétone

CR

Caoutchouc chloroprène (Néoprène©)

PEK

Polyéthercétone

CSF

Résine caséine-formaldéhyde (galalithe)

PET

Polyéthylène téréphthalate

EP

Résines époxy

PET-G

Polyéthylène téréphthalate modifié au glycol

EPDM

Monomère d’éthylène-propylène-diène

PF

Phénol-formaldéhyde

EPM

Monomère d’éthylène-propylène

PI

Polyimide

ETFE

Copolymère d’éthylène tétrafluoroéthylène

PMA

Polyméthacrylate

EU

Caoutchouc polyéther-uréthane

PMMA

Polyméthacrylate de méthyle

EVA

Copolymère d’éthylène et d’acétate de vinyle

PMMI

Polyméthacryméthylimide

IIR

Caoutchouc butyle

POM

Polyoxyméthylène (= Polyacétal)

IR

Polyisoprène synthétique

PP

Polypropylène

LCP

Polymère à cristaux liquides

PPE

Éther de polyphénylène

MF

Mélamine-formaldéhyde

PS

Polystyrène

MPF

Mélamine-phénol-formaldéhyde

PTFE

Polytétrafluoroéthylène

MUF

Mélamine-urée-formaldéhyde

PUR

Polyuréthane

NBR

Caoutchouc d’acrylonitrile-butadiène

PVAC

Acétate de polyvinyle

NR

Caoutchouc naturel

PVB

Polyvinylbutyral Polychlorure de vinyle

PA

Polyamide

PVC

PAC

Polyacétylène

SAN

Copolymère styrène acrylonitrile

PAEK

Polyacryléther-cétone

SB

Copolymère styrène butadiène

PAN

Polyacrylonitrile

SP

Polyester aromatique (saturé)

PB

Polybutène

TPE

Élastomère thermoplastique

PBT

Polybutylène téréphthalate

UF

Urée-formaldéhyde

PC

Polycarbonate

UP

Polyester insaturée

PE

Polyéthylène

31

ÉLASTOMÈRES

4.4 Profilés d’étanchéité en EPDM

4.5 éprouvette pour la détermination de la dureté des plastiques

d’après la méthode shore.

4.4

4.5

3 1,25

30°

2,5

0,1

shore d

3 1,25

2,5 35° shore a

0,79

la méthode shore a sert à déterminer la dureté des plastiques souples au moyen d’un tronc de cône dont la pointe mesure 0,79 mm de large. Pour des plastiques plus durs, on se sert de la méthode shore d, c’est-à-dire d’un duromètre avec une aiguille dont le diamètre de la pointe est de 0,1 mm. l’échelle de dureté shore (a, d, etc.) est graduée de 0 à 100, la résistance augmentant avec le nombre. MONOMÈRE D’ÉTHYLÈNE-PROPYLÈNE-DIÈNE (EPDM) Parmi les élastomères, 4.4

l’ePdm est le caoutchouc le plus répandu dans le bâtiment. le polymère de base ePm (éthylène-propylène) présente une résistance extraordinaire au vieillissement, aux agents atmosphériques et aux produits chimiques. en rajoutant un diène, il est possible de réticuler les chaînes polymériques par des pontages de soufre pour obtenir le monomère d’éthylène-propylène-diène (ePdm). ce matériau possède une élasticité permanente et présente également de bonnes caractéristiques mécaniques, même en utilisation longue durée. il est préconisé pour une utilisation en extérieur en raison de sa résistance exceptionnelle aux uV et à l’ozone. ce matériau possède une plage de température d’utilisation de – 30 à + 140 °c. il supporte les milieux organiques (les alcools par exemple) et inorganiques, ainsi que les milieux salins, alcalins et acides. l’ePdm présente une forte propension au gonflement dans les huiles et les carburants, ce qui diminue, le cas échéant, sa durée de vie. Désignations commerciales nordel (duPont), Buna (lanxess), dutral (Polimeri), Keltan (dsm), Vistalon (exxon mobil chemical) Fabrication Calandrage de lés d’étanchéité de toiture, extrusion de flexibles, profilés et tubes Façonnage, assemblage collage ; les lés d’étanchéité de toiture en ePdm peuvent être raccordés le long des bords en Pe non réticulé par soudage à air chaud. Applications appuis de ponts, étanchéité d’ouvrages, par exemple lés d’étanchéité sur toitures-terrasses, joints d’étanchéité aux fenêtres et aux façades, bandesjoints dans les joints de construction des bâtiments en béton.

32

TYPES DE PLASTIQUES ET FABRICATION

4.6 Structure moléculaire du polycarbonate.  4.7  Panneaux alvéolaires et plaques en polycarbonate.

4.6

4.7

 THERMOPLASTIQUES En général, les thermoplastiques sont obtenus en fondant des granulats au début d’une chaîne de production mécanisée d’où sortent des semi-produits ou des produits finis. On les retrouve dans le bâtiment, principalement sous forme de composants non porteurs sur des façades et en architecture intérieure. Ils sont également très fréquents dans l’équipement technique des bâtiments. Les thermoplastiques peuvent être usinés par des machines-outils ou être fondus puis moulés à chaud. Ce sont des matériaux inflammables, classés en Allemagne dans les catégories B1 à B3 (correspondant en France à M0 et M1) selon leur composition. Il est en partie possible de les recycler en fonction de leur degré de pureté. La sélection ci-dessous illustre les caractéristiques de base de chaque famille chimique. Suivant le produit, il peut y avoir des différences dues à l’addition d’adjuvants ou d’autres sortes de plastiques. Les thermoplastiques se répartissent en plastiques techniques et en plastiques standard, ces derniers représentant plus de 80 % de la production mondiale. On trouve parmi les premiers les PC, PMMA, ABS, SAN, PA, POM et PBT, et parmi les seconds notamment les PVC, PE, PS et EPS, PP et PET.

MATÉRIAUX POLYCARBONATE (PC)   Le polycarbonate fait partie du groupe des polyesters

saturés. Des anneaux benzéniques confèrent à ces polymères une grande stabi4.6

lité dimensionnelle et une température de fusion élevée. En raison de sa structure amorphe, le PC est très transparent et peut être utilisé pour remplacer le verre. Pour une épaisseur de 3 mm, sa transmission lumineuse est d’environ 88 %, légèrement inférieure donc à celle d’un verre blanc de même épaisseur (91,7 %). Ses avan-

4.18

tages par rapport au verre sont d’une part une densité faible (1,2 g/cm3 – son poids propre est ainsi d’environ moitié moindre) et, d’autre part, une résistance aux chocs 250 fois supérieure. Le polycarbonate peut être teinté dans la masse à différents degrés de transparence et possède une brillance superficielle. Sa température d’utilisation continue se situe dans une plage relativement large de – 150 à + 130 °C.

33

THERMOPLASTIQUES

4.8  Structure moléculaire du polyméthacrylate de méthyle (PMMA).  4.9  Produits divers en PMMA.

4.8

4.9

Son coefficient de dilatation thermique sept fois plus élevé que celui du verre doit être pris en compte dans sa mise en œuvre. Comme tous les thermoplastiques, le polycarbonate offre un coefficient d’élasticité faible : de 2300 à 2400 MPa. Il présente toutefois une résistance durable aux agents atmosphériques, malgré une certaine propension au jaunissement sans traitement supplémentaire ; pour en prévenir le vieillissement, il est généralement nécessaire d’appliquer une couche de protection anti-UV. Sa résistance chimique aux alcalins, à l’acétone ou aux hydrocarbures est limitée, ce qui peut entraîner des fissures de contrainte. Le PC est également utilisé comme composant dans des mélanges, afin de produire des matériaux dotés de propriétés spécialement adaptées. Le matériau peut également être renforcé à la fibre de verre, ce qui augmente sa rigidité et réduit le risque de fissuration. Désignations commerciales Makrolon, Apec (Bayer), Lexan (Sabic) Fabrication Extrusion permettant d’obtenir des plaques plates et des plaques alvéolaires doubles Façonnage, assemblage Collage : colle type solvant à base de dichlorométhane, colles bi-composants ; soudage ; vissage ; usinage ; formage à chaud (180 à 220 °C) 4.7

Applications  Plaques et panneaux, plaques alvéolaires simples et doubles, plaques ondulées pour façades et pour l’aménagement des espaces d’exposition ; composants résistants aux chocs pour des vitrages feuilletés ; en cas de contrainte mécanique élevée. polymÉthacrylate de mÉthyle (PMMA)   Développé en 1933 pour la première

4.8

fois pour remplacer le verre dans les cockpits d’avions, le polyméthacrylate de méthyle (PMMA) est aujourd’hui l’un des matériaux plastiques les plus fréquemment utilisés dans le bâtiment. Il est possible de fabriquer des semi-produits en PMMA par moulage (PMMA GS) ou par extrusion (PMMA XT). Le premier permet un plus grand nombre de formes que le second, parce que le processus d’extrusion est plus complexe et entraîne des coûts plus élevés pour les produits personnalisés. La température d’utilisation continue se situe entre – 40 et + 70 °C pour le PMMA extrudé et jusqu’à 80 °C pour le PMMA moulé.

34

TYPES DE PLASTIQUES ET FABRICATION

Ce matériau se caractérise principalement par une excellente transparence et une grande résistance aux UV et aux agents atmosphériques. Avec un pourcentage de 92 % pour 3 mm d’épaisseur, il présente le meilleur taux de transmission lumineuse de tous les plastiques. La structure moléculaire amorphe lui conférant ce degré de transparence entraîne cependant une certaine fragilité, une tendance à se fissurer ; il ne peut en conséquence être travaillé qu’avec des outils spéciaux. En raison de sa déformation linéaire thermique huit fois supérieure à celle du verre, les éléments dans ce matériau doivent être stockés sans contrainte. Tout en restant relativement faible, de 3100 à 3300 MPa, son coefficient d’élasticité est encore nettement supérieur à celui du polycarbonate. Le PMMA est résistant aux acides, aux solutions alcalines, aux graisses, aux huiles et à l’eau en faible quantité. Le PMMA GS étiré ne dégoutte pas une fois brûlé et est classé en catégorie de combustibilité B1 (correspondant à la classification M1/M2 en France). Le PMMA-HI (High Impact) est une variante à résistance élevée aux chocs. Il se compose d’une matrice PMMA dans laquelle les élastomères acryliques modifiés au styrène sont répartis de manière très fine. Grâce à ce mélange, on obtient une sensibilité aux fissures de contrainte plus faible et une meilleure résistance à l’eau chaude, tout en conservant transparence et résistance aux agents atmosphériques. En principe, le PMMA est facilement recyclable. Désignations commerciales Acrylite, Plexiglas (Evonik), Perspex (Lucite) Fabrication  Extrusion pour obtenir des profilés, des plaques plates et alvéolaires doubles ; moulage par injection pour des prismes de systèmes de guidage lumineux ; par coulée pour obtenir des plaques plates Façonnage, assemblage Soudage (air très chaud, air chaud, ultrasons) ; usinage (tournage, fraisage, perçage) ; collage (colle bi-composants à base de méthacrylate, de cyanacrylate ou d’EP) ; vissage 4.9

Applications Lanterneaux ; plaques et panneaux, plaques alvéolaires simples et doubles, plaques ondulées pour façades, serres agricoles, prismes optiques et lamelles optiques pour les installations de lumière naturelle, isolation thermique translucide (TWD). PolyCHLORURE DE VINYLE (PVC)   Le polychlorure de vinyle polymérisé à partir

d’éthylène et de chlore a été développé en 1912 et est fabriqué à l’échelle indus4.10

trielle depuis 1928. De nos jours, près de 60 % du PVC produit en Allemagne sont utilisés dans le bâtiment sous forme de fenêtres, de tubes ou de membranes. C’est un matériau amorphe dont les caractéristiques sont déterminées par le taux de polymérisation. La matière brute est généralement traitée sous forme pulvérulente. Il est fait une distinction fondamentale entre PVC rigide (PVC-U) et PVC souple (PVC-P). Dans le cadre de cette classification, différentes variétés courantes diffèrent notamment en ce qui concerne la méthode de polymérisation, la transparence, l’aptitude au façonnage, la résistance aux milieux physiques et les propriétés hygroscopiques. D’autre part, le PVC est traité en diverses combinaisons avec des copolymères ou des mélanges. Selon le produit, le PVC est classé en catégorie de matériaux B1 ou B2 (correspondant à la classification M2/3 et M3 en France). Le recyclage du PVC dans le domaine de la construction est géré par un système de récupération global qui consiste à collecter des composants de

35

THERMOPLASTIQUES

4.10 Structure moléculaire du polychlorure de vinyle, PVC.  4.11  Plaques de PVC (teintées dans la masse,

avec structure alvéolaire intégrale) et films.

4.10

4.11

construction tels que profilés de fenêtres, volets roulants et tubes, à les trier et à les récupérer. Le PVC rigide (PVC-U) possède une résistance forte, par rapport à celle des thermoplastiques, et un coefficient d’élasticité élevé. Ce matériau est en outre résistant aux fissures de contrainte et difficilement inflammable. S’il est utilisé en extérieur, le PVC rigide doit être stabilisé. En revanche, les inconvénients rencontrés sont sa faible résistance à l’usure et une stabilité dimensionnelle réduite à des températures dépassant 65 à 75 °C. En dessous du point de congélation, la fragilisation est relativement rapide. Dans l’ensemble, il s’agit d’un matériau présentant un rapport qualité/prix intéressant et qui, modifié de manière adéquate, peut être utilisé dans de nombreux domaines. Le PVC souple (PVC-P) est mélangé à des molécules de plastifiant dans des proportions de 10 à 50 % du volume ; cela élargit les écarts entre les chaînes, affaiblissant ainsi l’interconnexion moléculaire. De ce fait, il possède une ténacité plus élevée à basse température que le PVC rigide. Le phénomène dit de ressuage du plastifiant peut entraîner un risque de fragilisation. Désignations commerciales Membranes : Alkorflex (Renolit), Ultrashield (PolyOne Th Bergmann), Pentadur, Pentalan (Kloeckner Pentaplast) Plaques et panneaux : Forex (Hartschaum, Alcan), Dural (AlphaGary), PVC Glas (Simona)

36

TYPES DE PLASTIQUES ET FABRICATION

4.12 Produits en polystyrène : ePs, xPs et panneaux non alvéolés teintés et transparents.

rigide et membrane élastomère en polyurèthane (Pur).

4.13 mousse

4.14 structure moléculaire du polystyrène.

4.12

4.13

4.14

Tubes, profilés : renodur, Benvic (solvay) Fabrication Calandrage pour les membranes, extrusion pour les tubes, profilés, panneaux ; compression pour les plaques Façonnage, assemblage soudage ; collage 4.11

Applications Plaques et panneaux ; plaques ondulées ; profilés de fenêtres ; volets roulants ; tubes et gouttières/chéneaux ; lés d’étanchéité de toiture ; bandes couvre-joints, mains courantes, gaines de câbles, revêtements muraux et de sol. POLYSTYRÈNE (PS) le polystyrène est un thermoplastique amorphe dur à forte

transmission lumineuse qui peut être façonné en produit semi-fini ayant la transparence du verre. ce matériau économique est insensible au froid et à l’humidité et résistant aux solutions salines et alcalines. il présente des propriétés hygrosco4.14

piques faibles. le polystyrène étant un homopolymère, il est cassant et a une forte propension aux fissures de contrainte ; la régulation de la température à la fabrication doit en conséquence être gérée avec soin. l’utilisation de processus de formage thermoplastique est assez restreinte. la limite supérieure de la température d’utilisation du polystyrène se situe de 60 à 80°c. les produits en polystyrène doivent être stabilisés aux rayons uV mais, même avec ce traitement, ils ne sont pas adaptés pour des applications en extérieur. Facilement inflammable, ce matériau continue de brûler après inflammation. un grand nombre de copolymères et de mélanges à base de polystyrène possèdent des propriétés spécifiques relatives à la sensibilité aux fissures de contrainte, la stabilité dimensionnelle à la chaleur, la rigidité, la résistance aux chocs et aux produits chimiques. en additionnant des adjuvants, il est possible de fabriquer des mousses à partir de matières à mouler en styrène. elles sont surtout utilisées dans la construction. le polystyrène expansé (ePs) est par exemple utilisé pour des éléments

THERMOPLASTIQUES

­tridimensionnels en ayant recours au moulage par injection de mousse thermoplastique en plusieurs cycles. Le polystyrène extrudé (XPS) est une mousse à alvéoles fermées et à surface comprimée qui est extrudée sous forme de plaques au moyen de buses à embout plat. Désignations commerciales  Styropor, Styrodur C (BASF), Styraclear (Westlake Plastics), Bapolan (Bamberger Polymers), Benelit (Folie, Benecke-Kaliko) Fabrication  Moulage par injection ; extrusion pour des profilés et les panneaux Façonnage, assemblage  Soudage ; collage (colle type solvant, colle bi-composants) ; usinage avec les outils appropriés, métallisation à vide avec de l’aluminium 4.12

Applications  Éléments d’isolation thermique en mousse de polystyrène ; modélisme ; tableaux lumineux. POLYURÉTHANE (PUR)   Le polyuréthane possède une place privilégiée parmi les

plastiques car sa structure polymère et sa consistance offrent de nombreuses variantes. L’élément uréthane est à la source de la dénomination mais ne joue qu’un rôle mineur dans la structure moléculaire. Les caractéristiques de ces plastiques sont déterminées par les autres composants impliqués dans le polymère, qui expliquent également la grande diversité de matériaux et de propriétés des 4.13

polyuréthanes. La fabrication est réalisée à partir de diverses formulations, par polyaddition de composants généralement liquides. Outre des segments rigides, les molécules contiennent des segments souples qui procurent au matériau une certaine élasticité et influencent beaucoup son comportement à la température. En tant qu’élastomère réticulé, le PUR présente de grandes qualités de résistance à la traction et d’allongement à la rupture. Ce matériau est également doté d’une grande résistance à l’usure et, sous forme de membrane, d’une grande résistance à la propagation du déchirement. La plage de température d’utilisation continue se situe entre – 40 et + 80 °C. Le polyuréthane thermoplastique est très présent dans le bâtiment sous forme de mousses. On utilise des adjuvants (agents moussants) pour fabriquer des blocs de mousse par des méthodes exothermes à plusieurs phases à partir de la masse de réaction. Des mousses souples ayant une masse volumique apparente de 20 à 40 kg/m3 présentant une structure à alvéoles ouvertes sont utilisées pour des éléments préformés souples et des mousses de remplissage. Les mousses rigides présentent une structure cellulaire fermée. Leur masse volumique apparente va jusqu’à 90 kg/m3. Elles sont fabriquées sous forme de blocs ou de plaques et se caractérisent par des qualités hygroscopiques faibles et de très bonnes caractéristiques isolantes. Par ailleurs, les polyuréthanes non alvéolés sont utilisés sous forme de laques, de peintures, de revêtements et de colles. Désignations commerciales  Adiprene (Elastomer, Chemtura), Technogel (Technogel), Baydur, Desmodur, Vull. POLYTÉTRAFLUORoÉTHYLÈNE (PTFE)   Le polytétrafluoroéthylène fait également

4.15

partie, comme l’ETFE, du groupe de polymères fluorés dans lequel les atomes d’hydrogène sont en totalité ou en partie remplacés par des atomes de fluor. De par

37

38

TYPES DE PLASTIQUES ET FABRICATION

4.15  Structure moléculaire polytétrafluoroéthylène (PTFE).  4.16 Structure moléculaire éthylène tétrafluoroéthylène (ETFE).  4.17 Coussins en membranes ETFE sur le projet Eden à St. Austell ; Grimshaw ­Architects, 2001.  4.18 Comparaison des valeurs caractéristiques des plastiques et du verre.

4.15

4.17

4.16

4.18

PC

PMMA hautement moléculaire

PVC-U

PVC-P avec DOP 60/40

PP

Verre

Densité (g/cm3)

1,2

1,17–1,19

1,38–1,4

1,15–1,3

0,9

2,5

Coefficient d’élasticité en traction (MPa)

2300–2400

3300

2700–3000

–

1300–1800

70 000

Tension admissible en flexiontraction (MPa)

–

–

–

–

–

18 (plat) 50 (verre ESG)

Allongement à la rupture (%)

–

4,5–5,5

-

–

–

Tension à la rupture (MPa)

–

70–80

-

–

-

Allongement à l’étirement (%)

6–7

–

4–6

–

8–18

Tension à l’allongement (MPa)

55–65

–

50–60

–

25–40

Température inférieure d’utilisation (°C) (fragilisation induite)

–150

–40

–5 (à –40)

–10 à –50

0

Température supérieure d’utilisation (°C)

+ 130

+ 70–80

+ 65

+ 80

+ 100

Coefficient de dilatation thermique à 23–55 °C 10–6/K

65–70

70

70–80

230–250

120–150

Catégorie de matériau DIN 4102 (en Allemagne)

B1(B2*)

B2

B1

9 A1

* avec retardateur de flamme

leur liaison fluor-carbone stable, les polymères fluorés présentent fondamentalement une résistance élevée, tant chimique que thermique. La plage de température d’utilisation continue se situe entre – 270 et + 260 °C. Le PTFE a une densité relativement élevée pour un plastique, de l’ordre de 2,2 g/cm3. Les plastiques fluorés présentent une grande résistance aux produits chimiques, aux agents atmosphériques sans stabilisation, ils ne sont pas inflammables et peu fragiles. Ils sont résistants au flambage, très mouillables et non hydrophiles. Ils sont particulièrement adaptés pour les applications en extérieur et souvent utilisés dans le bâtiment sous forme de membranes (tissus) ainsi que pour les revêtements en fibre de verre. En revanche, ils présentent certains inconvénients : leur prix est élevé et leurs résistance et rigidité sont relativement faibles. Par ailleurs, ils ne se prêtent ni au

THERMOPLASTIQUES

soudage ni au collage comme techniques d’assemblage en raison de leurs caractéristiques anti-adhésives prononcées. Désignations commerciales  Algoflon (Solvay Solexis), Hostaflon (Hoechst), Teflon (DuPont), Tenara (Gore). COPOLYMÈRE ÉthylÈne tÉtrafluoroÉthylÈne (ETFE)   Si l’on mélange du

PTFE avec de l’éthylène, on obtient le copolymère d’éthylène tétrafluoroéthylène 4.16

qui facilite le traitement thermoplastique. Sa stabilité dimensionnelle à chaud est moins prononcée, en revanche sa rigidité et sa résistance à la traction et au déchirement sont nettement améliorées. Ce matériau transparent présente une résistance aux produits chimiques similaire à celle du PTFE mais doit être stabilisé contre les dégradations thermiques et photochimiques. Sa résistance au flambage est moins élevée que celle du PTFE. Contrairement à ce dernier, utilisé sous forme de tissus ou de revêtements, l’ETFE est généralement produit sous forme

4.17

de films au moyen d’extrudeuses à buses plates. Son application typique est pour des constructions en membranes (d’une épaisseur de 0,05 à 0,25 mm) pré-tendues pneumatiquement, par exemple sous forme de coussins. Les films ETFE se prêtent au soudage. Leur translucidité est d’environ 95 %. Elles présentent en revanche une résistance relativement faible, c’est pourquoi elles ne peuvent être utilisées sans renfort ou soutènement que sur des portées faibles. Mais il est possible de consolider les coussins par un filet métallique ou de les étayer par une sous-construction, afin de d’obtenir une structure assemblée de plus grande dimension. Désignations commerciales  Dyneon ETFE (3M/Dyneon), Nowoflon ET (Nowofol), Toyoflon (Toray).

FABRICATION Les thermoplastiques sont fabriqués à l’échelle industrielle pour obtenir des semiproduits ou des produits finis. Le coût d’investissement élevé des installations de production des plastiques élastomères et thermoplastiques n’est amorti que par un débit de production très élevé. Les machines servant à la fabrication sont appelées outils (ou outillages). Afin d’éviter les reprises, ces derniers sont conçus avec une grande précision et les éléments sont fabriqués dans leurs dimensions finales. Après ce processus de formage, les produits et semi-produits peuvent être travaillés à chaud ou par usinage. Les matières premières nécessaires à la fabrication des plastiques peuvent être traitées sous forme de composants fluides ou solides – poudre ou granulat. 4.19

On obtient des poudres en passant les matières premières dans un broyeur. En général, ce broyage s’effectue en plusieurs étapes afin d’éviter un échauffement et donc une polymérisation prématurée de la masse. Pour obtenir des granulats, on confectionne une pâte fondue en barre ou en bande que l’on coupe puis que l’on refroidit et sèche. La transformation ultérieure de cette matière première est réalisée sous apport de chaleur. Les principes de base des méthodes de fabrication généralement utilisées pour les semi-produits et les éléments moulés thermoplastiques sont décrits ci-après, en se cantonnant toutefois aux procédés liés aux produits destinés au BTP.

39

40

TYPES DE PLASTIQUES ET FABRICATION

4.19 le granulat de matériaux thermoplastiques est fondu puis transformé en semi-produits ou en produits finis. 4.20 extrusion : la matière est chargée grâce à un entonnoir dans une vis où elle est fondue, puis comprimée par une buse qui lui donne sa forme définitive. 4.21 moulage sandwich par injection : la matière 1, qui constitue la surface, est injectée tout d’abord dans l’outil. Puis la matière 2, qui constitue l’âme, est introduite pour comprimer la matière 1 contre la surface. 4.22 moulage par injection : la matière à mouler est chargée via un entonnoir dans une vis rotative, transformée en masse fondue puis comprimée par une buse dans un moule.

4.19

4.20

tête d’extrudeuse (outil) matière à mouler

Profilé extrudé

4.22

outil Vis sans fin

4.21

Granulat

outil

injection matière à mouler 1

matière à mouler 2

Plastification

éjection

MOULAGE PAR INJECTION le moulage par injection est le procédé le plus courant 4.22

pour fabriquer des pièces moulées en grande qualité, qui nécessitent peu ou pas de reprises. la matière, en général du granulat, est versée dans l’outil au moyen d’un entonnoir. elle est ensuite transformée en pâte dans une vis rotative et acheminée vers la buse. cette pâte est alors comprimée par la buse dans un outil de formage tempéré que l’on ouvre ensuite pour en retirer la pièce moulée. ce principe peut varier selon la matière et la forme. MOULAGE SANDWICH PAR INJECTION le moulage sandwich par injection est

4.21

adapté pour les éléments moulés ayant une structure composite. Préparées séparément, deux matières différentes sont injectées successivement dans un outil par une buse. la première étape consiste à injecter dans l’outil l’une des deux matières. au cours de la deuxième étape, l’autre matière est introduite dans l’outil et comprime la première contre les parois du moule. la première matière constitue la peau extérieure, la deuxième, l’âme. ce procédé permet de réaliser diverses combinaisons.

41

THERMOPLASTIQUES

4.23  Calandrage : la matière à mouler sous forme pulvérisée est d’abord fondue puis laminée en membranes de plus en plus fines par plusieurs passages entre des rouleaux chauds et froids.  4.24  Moulage par compression : la matière est chargée dans un moule négatif chauffé, puis comprimée par un poinçon correspondant à la forme souhaitée.

4.23 Extrudeuse à rouleaux

Bobineuse Refroidissement

Calandre à rouleaux

Matière à mouler

4.24

Poinçon Ébauche moulée

Matière à mouler

ExtruSION   Comme pour le moulage par injection, la matière est acheminée en 4.20

continu par un entonnoir sur une vis sans fin où, sous l’effet de la chaleur produite par la friction ou par chauffage de l’outil, elle est fondue, homogénéisée et compactée. À la fin de la vis, le mélange est comprimé par une buse qui donne à la masse sa forme définitive. Pour terminer, les éléments ainsi extrudés sont refroidis et coupés à la longueur voulue. L’outil est adapté à la forme à réaliser. Ce procédé permet d’extruder des profilés creux, par exemple des tubes, des plaques, des membranes, des gaines-membranes et des monofilaments pouvant mesurer plusieurs mètres de long. La coextrusion (ou extrusion multicouches) est une variante de l’extrusion. Elle consiste à faire converger des pâtes fondues provenant de diverses vis à la sortie de l’outil ou juste après et à les fondre de manière indissociable par fusion à haute température. En plusieurs couches, il est ainsi possible d’associer des plastiques identiques ou différents pour constituer des éléments ayant des propriétés combinées. Les applications courantes sont des profilés, des plaques ou des membranes avec revêtement ou enrobage. CALANDRAGE   Les bancs de calandrage permettent également de produire des

4.23

membranes. Une matière, généralement sous forme de poudre, est mélangée et malaxée jusqu’à l’obtention d’une pâte avant d’être laminée de manière régulière en membranes de plus en plus fines par plusieurs passages entre des rouleaux alternativement chauffés et refroidis. Il est possible d’y faire des incrustations à partir de gravures sur ces rouleaux. Après le calandrage, la membrane est embobinée. Ce procédé est notamment adapté pour des plastiques issus de pâtes visqueuses, comme par exemple le PVC. Des calandres spéciales permettent de traiter des matériaux comme le PMMA ou le PC.

42

TYPES DE PLASTIQUES ET FABRICATION

4.25 Coulée de mousse thermoplastique (TSG) : en additionnant des adjuvants, il est possible de f­ abriquer des mousses intégrales de densité réduite.  4.26  Moulage par coulée : ce procédé sans ­compression consiste à verser la pâte dans un outil ouvert où elle se polymérisera par apport d’énergie.  4.27  Expansion : on additionne des adjuvants (agents moussants) qui forment des inclusions d’air.

4.25

Expansion

4.26

Conditionnement intermédiaire

Bloc de mousse

4.27 Matière ­à mouler

Pré-expansion

Polymère

Pâte liquide

Outil à surface lisse pouvant être ouvert

Outil chauffé Outil

Mise en pression

Adjuvant (agent moussant)

Il est possible de fabriquer des membranes multicouches en liant les différents films, soit par la chaleur, soit par compression, soit en additionnant des colles et en comprimant l’assemblage. Pour le revêtement de membranes, ce procédé peut être modifié en appliquant des couches sous forme liquide sur un matériau porteur de type textile ou membrane. MOULAGE PAR COMPRESSION  La masse à mouler est chargée dans une matrice 4.24

et comprimée à la forme souhaitée au moyen d’un poinçon. Les ébauches moulées doivent être refroidies avant l’ouverture de l’outil ; les cycles de production peuvent donc être relativement longs. Ce procédé permet de fabriquer des panneaux et des blocs et également de confectionner des semi-produits et des préimprégnés thermoplastiques renforcés de fibres. Il est également utilisé pour l’application de bandes calandrées destinées à optimiser la surface. MOULAGE PAR COULÉE   Ce procédé de fabrication sans pression est utilisé pour

4.26

la production de plaques et d’éléments moulés massifs. Pour couler des composants de grande dimension, les thermoplastiques semi-cristallins sont très adaptés car ils peuvent être façonnés sous forme de pâte très liquide. Celle-ci est chargée dans un outil ouvert où elle est polymérisée par apport d’énergie. Comme la synthèse permettant d’obtenir un polymère ne se produit que dans le moule et que le démoulage ne peut être réalisé qu’après la polymérisation, les cycles de production peuvent durer une semaine selon la dimension de la pièce coulée. Ce procédé est très répandu, par exemple pour la fabrication de PMMA GS qui présente, en tant que semi-produit coulé, une plus faible propension aux ­fissures de contrainte que le matériau extrudé et est donc mieux adapté au formage et au façonnage. Il est possible de couler des plaques ayant une épaisseur de 2 à 250 mm ; cependant, la polymérisation des plaques de grande épaisseur et de grande dimension peut demander plusieurs semaines. MOUSSES EXPANSÉES   Les mousses expansées sont des matériaux ayant une

4.27

faible masse volumique, entièrement constitués d’alvéoles. On distingue entre mousses à alvéoles ouvertes, fermées et mixtes. Des adjuvants additionnés à la

THERMOPLASTIQUES

4.28  La mousse intégrale possède une âme poreuse et une surface non alvéolée.

4.28

matière ou des gaz émis pendant la polymérisation y forment des inclusions dont l’air s’évapore sous l’effet de la chaleur. Le processus se fait en trois étapes : préexpansion, conditionnement intermédiaire et expansion. Lors de la dernière étape, le matériau pré-expansé reçoit sa forme définitive dans l’outil. Les procédés courants sont le moulage par injection ou le In-Mould-Skinning pour les pièces moulées en mousse intégrale, ou encore l’extrusion pour obtenir des semi-produits. Bien que, théoriquement, on puisse fabriquer des mousses expansées à partir de tous les thermoplastiques, on utilise le plus souvent du polystyrène ou du polyuréthane. Les mousses se différencient de la forme compacte de leur matériau d’origine par une masse volumique plus faible et donc par une conductibilité thermique fortement réduite. Elles sont de ce fait idéales comme isolant thermique. La rigidité des mousses rigides peut en revanche être supérieure à celle du matériau d’origine sous forme compacte tout en conservant son inflammabilité. Le procédé de moulage de mousse thermoplastique (TSG) est une variante du moulage par injection, par laquelle des mousses dites intégrales à densité 4.25

réduite sont produites en additionnant des adjuvants comme du CO 2 ou de l’azote.

4.28

Le moussage est limité par les dimensions de l’outil qui donne sa forme à la pièce moulée. La structure de mousse obtenue présente donc une âme poreuse alvéolée et une surface non alvéolée. Direct Digital Manufacturing DDM  Les procédés regroupés sous le terme général de DDM (Direct Digital Manufacturing) sont des méthodes d’élaboration d’éléments moulés physiques à partir de fichiers numériques : Rapid Prototyping (ou prototypage rapide) (RP), Rapid Tooling (ou outillage rapide) (RT) et Rapid Manufacturing (RM). Les procédés DDM sont principalement des méthodes utilisant des adjuvants permettant de générer des éléments tridimensionnels par application des matières couche par couche. Le fraisage CNC (Computerized Numerical Control) constitue une exception en la matière. Il consiste à usiner un bloc massif de manière à obtenir une pièce à partir d’un modèle numérique. Comme le moule utilisé dans les méthodes de production traditionnelles est alors remplacé par la modélisation numérique, on parvient à une grande flexibilité de production au niveau de la forme, de la quantité de travaux préparatoires. Les ­procédés

43

44

TYPES DE PLASTIQUES ET FABRICATION

4.29 Fused Deposition Modelling (FDM) : la matière liquide est appliquée en couches au moyen d’une buse d’extrusion.

4.29

Thermoplastique

Modélisation numérique

Buse Plateforme

DDM permettent de réaliser des prototypes et des séries limitées qui ne pouvaient jusqu’alors être produits qu’au moyen de moules spécialement développés pour un projet spécifique. La rentabilité du procédé doit être évaluée en fonction du nombre d’unités à produire et en comparaison avec les coûts engendrés par des méthodes de fabrication traditionnelles comme par exemple le moulage par injection. En ce qui concerne la forme, il n’est pas nécessaire de tenir compte des contraintes de démoulage. Les tests et contrôles directs du prototype permettent d’éviter les erreurs de conception et de fabrication. L’utilisation de ces procédés est cependant encore limitée par les dimensions des éléments à fabriquer ; mais il a été possible, dans certains cas, de réaliser des éléments de plusieurs mètres de long. Les résistances obtenues pour ces pièces dépendent du procédé et du matériau ; elles sont néanmoins inférieures aux valeurs obtenues par un procédé thermoplastique traditionnel. Le prototypage rapide (RP – Rapid-Prototyping) permet de réaliser des prototypes physiques tridimensionnels présentant une géométrie complexe et comportant des cavités. Diverses techniques sont adoptées, assistées ou non par laser. Selon la méthode de fabrication, les matières plastiques mises en œuvre sont à l’état fluide ou solide : par exemple ABS, polyamide, polycarbonate ou des photopolymères mais également des plastiques élastiques, du papier, de la cire, de la céramique et du métal. Il est également possible de combiner divers matériaux. Quelques méthodes ayant fait leurs preuves : Stéréolithographie (STL)  Stratification d’un photopolymère liquide en tranches fines au moyen d’un rayon laser. Matériaux : résines thermodurcissables. Solid Ground Curing (SGC)  Stratification d’un photopolymère liquide en tranches fines au moyen de rayons UV. Matériaux : résines thermodurcissables. Vitrification sélective au laser, vitrification au laser (SLS, LS)  Vitrification locale (ou frittage) par fusion de couches de matières pulvérulentes. Matériaux : plastiques thermoplastiques, cire, métal. Layer Laminated Manufacturing (LLM) Des membranes autocollantes sont découpées au laser par couches. Matériaux : films de plastique, papier, céramique.

45

THERMOPLASTIQUES

4.30 Thermoformage par emboutissage : une plaque de plastique plate est chauffée au-dessus d’un ­outil de manière à obtenir une forme tridimensionnelle.  4.31  Façonnage de mousse PUR par fraisage CNC.  4.32  Façonnage 3D d’une plaque sandwich en polycarbonate avec une scie circulaire.

4.30

4.31

4.29

4.32

Fused Deposition Modelling (FDM) Application par couches de matières fondues au moyen d’une buse d’extrusion. Matériaux : ABS, PC, cire. Impression 3D Application en couches de poudres qui sont ensuite consolidées au moyen d’un liant (infiltration) Matériaux : polymères et céramique. Rapid Manufacturing (RM) Ce procédé utilise la technologie du prototypage rapide pour fabriquer des produits finis en petites et moyennes séries. Le RM permet par exemple de réaliser très rapidement des pièces de rechange. Rapid Tooling (RT) Cette technologie sert à confectionner, au moyen de procédés de prototypage rapide comme la vitrification au laser ou la stéréolithographie, des outils qui peuvent être, eux, utilisés dans la production en série. Les exigences de résistance thermique et mécanique de l’outil produit par ce procédé doivent être prises en compte lors du choix du matériau.

FAÇONNAGE THERMOFORMAGE  Les procédés de thermoformage conviennent pour les semi-

produits plats ayant une faible épaisseur. Cette technique engendrant une augmentation de la surface, l’épaisseur de la matière diminue en conséquence. Le thermoformage par emboutissage se fait par pression d’un outil sur une 4.30

plaque de plastique fixée au-dessus de ce dernier et chauffée. Le moule est lente-

46

TYPES DE PLASTIQUES ET FABRICATION

ment relevé et attire la matière ramollie vers le haut. En créant un vide à l’intérieur de l’installation, le plastique est aspiré contre le moule pour obtenir une forme tridimensionnelle. Il est également possible de mouler la plaque de plastique en utilisant de l’air comprimé. La température requise dépend du type de plastique utilisé. Le polypropylène et le polystyrène peuvent être moulés à environ 150 °C, alors que le polycarbonate et le PMMA nécessitent des températures entre 180 et 220 °C. Le PMMA requiert ensuite le maintien d’une température élevée pendant deux à trois heures qui permet la relaxation des contraintes initiales. Le thermoformage par emboutissage permet de fabriquer des prototypes ou des séries limitées à moindre frais. Le thermoformage sous vide consiste aussi à pré-tendre et à chauffer une plaque de plastique avec de l’air comprimé puis à la comprimer avec un poinçon contre un moule négatif. USINAGE   L’usinage est en principe possible avec de nombreux thermoplastiques.

Il est cependant nécessaire de tenir compte de la propension au ramollissement des thermoplastiques souples, par exemple le polyéthylène, lorsque l’outil tourne à grande vitesse : ils se déforment dans la zone à usiner et encrassent l’outil. Ce phénomène peut être évité en utilisant des outils appropriés et en réduisant la vitesse de rotation. Le fraisage est approprié pour usiner les surfaces et les bords des semi-pro4.31

duits plats. Le fraisage CNC permet l’usinage tridimensionnel d’éléments. Il s’agira par exemple de façonner des mousses plastiques pour en faire des moules de formage destinés à la réalisation d’éléments renforcés de fibres. Les mousses les plus appropriées sont les rigides, en PUR ou en PS. Les opérations de découpe et de perçage dépendent généralement de la sen-

4.32

sibilité des matériaux aux fissures de contrainte. Par exemple, le polycarbonate peut être usiné comme un matériau dérivé du bois, alors que le PMMA, matériau fragile, est sujet aux fissures de contrainte et doit être usiné avec des forets et des lames de scie spéciales.

RECYCLAGE 4.35

Il est possible de se servir durablement des matériaux plastiques dans le bâtiment, à condition que ceux utilisés fassent partie intégrante d’un circuit cohérent de recyclage. Ils doivent donc pouvoir être réutilisés, sous une forme ou sous une autre, à la fin de la durée de vie des ouvrages dont ils font partie. Cela ne signifie pas qu’ils sont nécessairement employés de la même manière. En raison de leur diversité, il n’est toutefois pas facile d’intégrer les plastiques dans un cycle fonctionnel. Des critères tels les pourcentages de réticulation et de pureté sont primordiaux pour déterminer le type de recyclage. Les conditions préalables sont de disposer d’un système de récupération global des produits plastiques, assorti de la possibilité d’un tri par variétés et de la préparation des produits recyclables. Le tri se fait en prenant comme critères le matériau, la matière première et l’énergie. La décision quant aux méthodes à adopter est fonction des points de vue, écologique ou économique. Les déchets de plastiques qui n’entrent dans aucune des catégories indiquées ci-dessous devront être déposés en déchetterie.

47

THERMOPLASTIQUES

4.33  La mouture obtenue à partir de profilés en PVC peut être réutilisée comme charge dans la pro­ duction des plastiques.  4.34  Exemple de matériau issu d’un plastique recyclé.  4.35  Types de recyclage des déchets de plastiques.

4.33

4.34

4.35 Déchets plastiques

Recyclage par matériau

Recyclage par matière première

Recyclage énergétique

Préparation en produits recyclés par tri, nettoyage, broyage

Fission des macromolécules en monomères

Incinération

Produits en plastique contenant un pourcentage de matériaux recyclés

Recyclage des huiles, gaz et cires dans des raffineries et des installations chimiques

Récupération d’énergie sous forme d’électricité, de chaleur

RECYCLAGE PAR MATÉRIAU   On a recours au recyclage par matériaux surtout pour

les thermoplastiques : ils peuvent être récupérés soit comme déchets de production non pollués et non composites, soit par des systèmes de collecte basés sur le tri par matériaux et formes. C’est là qu’une identification appropriée est intéres4.33

sante. Le matériau va passer par plusieurs phases : tri, nettoyage, broyage pour obtenir soit de la mouture, soit du granulat, soit un produit similaire qui puisse être intégré à un process de production. Les matières recyclées sont réparties en différentes qualités en fonction de leur pureté. Il est fréquent d’insérer un certain pour-

4.34

centage de matériaux recyclés dans le produit fini ; cependant, il est également possible de trouver sur le marché des produits entièrement fabriqués à partir de matériaux recyclés. La réutilisation des déchets polymères dépend aussi en grande partie de leurs adjuvants. Par exemple, quand ils contiennent certains produits ignifugeants, on ne peut pas les récupérer. En raison des exigences posées aux produits, le contrôle de la qualité lors du tri est lié à un effort logistique et financier très important. La méthode de recyclage des déchets plastiques collectés dépend donc non seulement de facteurs techniques mais avant tout de considérations économiques. Une bonne gestion de ces données constitue une base pour assurer la compétitivité des matériaux recyclés par rapport aux produits neufs.

48

TYPES DE PLASTIQUES ET FABRICATION

Le recyclage des produits en PVC est un exemple type de circuit en grande partie fermé. Depuis le début des années 1990, de nombreux fabricants et entreprises de transformation du PVC ont créé des groupements pour assurer la récupération et le recyclage de divers produits, par exemple revêtements de sol, fenêtres, volets roulants, lés d’étanchéité. Ces produits sont collectés et triés par matériau, les corps étrangers étant éliminés : le PVC ainsi nettoyé est ensuite retraité pour être transformé en produit neuf. En ce qui concerne la récupération des élastomères et thermodurcissables, elle est plus limitée en raison de la réticulation. Des déchets de polymères réticulés peuvent cependant être transformés en mouture et réutilisés comme charge dans la production des plastiques. En général, le pourcentage en masse est assez faible, à quelques exceptions près. RECYCLAGE PAR MATIÈRE PREMIÈRE   Il consiste à décomposer par traitement

chimique les déchets mélangés ou pollués de manière à récupérer leur matière d’origine. On dépolymérise ensuite les macromolécules par divers procédés utilisant la chaleur et la pression, et on les réintroduit dans le circuit de production sous forme de monomères, d’huiles ou de gaz. Le recyclage ne se limite pas à la production de nouveaux plastiques. Les matériaux obtenus sont également utilisés dans des raffineries et des usines chimiques. RECYCLAGE ÉNERGÉTIQUE   Le recyclage énergétique utilise le haut pouvoir calo-

rifique des plastiques. Les produits très pollués et difficilement séparables sont incinérés. L’énergie ainsi récupérée sert à générer de l’électricité et de la chaleur industrielle. Les plastiques non recyclables ou ne pouvant l’être –de manière rentable– par les processus de recyclage par matériau ou par matière première peuvent ainsi au moins contribuer à récupérer de l’énergie.

 THERMODURCISSABLES COMPOSANTS DES MATÉRIAUX Dans la pratique, les thermodurcissables sont presque toujours appliqués en tant 4.36

que plastiques renforcés de fibres. Les themocurcissables non renforcés ne trouvent presque aucune application. Les plastiques renforcés de fibres sont composés de deux matériaux, de fibres et d’une matrice, généralement en résine thermodurcissable. Cette matrice peut être en thermoplastique, mais c’est rare dans le secteur du bâtiment. Les fibres servent de renfort et déterminent donc les propriétés mécaniques, telles la résistance et la rigidité, du matériau composite, alors que la matrice lui confère sa forme. Elle a plusieurs fonctions : fixer les fibres dans la disposition géométrique souhaitée, assurer le transfert des forces aux fibres, stabiliser ces dernières dans le cas de contrainte de pression et, enfin, protéger les fibres contre les influences de l’environnement (humidité, produits chimiques, etc.). Elle est également déterminante quant aux propriétés chimiques, électriques et thermiques du matériau.

49

THERMODURCISSABLES

4.36  Structure fondamentale d’un plastique renforcé de fibres ; ici, exemple avec disposition des fibres unidirectionnelles. 4.36 Enduit gélifié (gelcoat)

Résine de matrice Ensimage Fibres unidirectionnelles

MATÉRIAUX DE LA MATRICE   Les résines polyester sont des solutions de polyester

non saturé (UP) transparentes à légèrement jaunâtre dans des solvants réactifs, en général du styrène. Le processus de durcissement est déclenché par l’addition d’un durcisseur à base de peroxyde organique ; des accélérateurs ou des retardateurs peuvent le moduler. Les polyesters non saturés sont faciles à façonner, aussi bien à température ambiante qu’avec apport de chaleur sans pression. Comme ce sont des résines économiques et polyvalentes, ils sont très employés dans le secteur de l’artisanat et des PME/PMI, par exemple pour des profilés et des revêtements de façade. Pour des éléments moins exigeants en termes de résistance et de stabilité dimensionnelle, il est possible d’utiliser des résines polyester à base d’acide orthophthalique. Elles sont les plus économiques et répondent aux applications les plus variées ; elles réunissent en outre de bonnes propriétés mécaniques et une résistance suffisante à la température et aux produits chimiques. Les résines polyester à base d’acide isophthalique sont utilisées dans les cas où les exigences de résistance à l’humidité, à la température ou aux produits chimiques sont élevées. Leur prix élevé est justifié par leurs propriétés mécaniques très performantes, telles l’allongement à la rupture et la rigidité. Ces polyesters sont, par exemple, utilisés pour la fabrication de profilés pultrudés. Les résines vinylesters (VE) sont, aussi, dissoutes dans du styrène et présentent de bonnes propriétés chimiques. Leur résistance à la chaleur et notamment aux produits chimiques est plus élevée que celle des résines UP et EP. Leur prix se situe entre ces deux dernières. Les résines époxy (EP) sont des systèmes bi-composants sans solvant. Leurs deux composants sont mélangés à l’état liquide. Le mécanisme de réaction est une polyaddition qui nécessite de maintenir avec précision la proportion entre les deux. Les résines EP sont environ trois à quatre fois plus onéreuses que les résines UP. Outre le fait qu’elles présentent de meilleures propriétés mécaniques, leur avantage majeur est d’avoir un meilleur comportement au retrait. En effet, contrairement aux résines UP, ce dernier se produit avant la gélification, donc à l’état « mouillé ». Ceci permet de fabriquer des composants de construction à la cote précise et sans tension. Il est néanmoins exigé de prévoir des équipements de pro-

50

TYPES DE PLASTIQUES ET FABRICATION

4.37  Fabrication des fibres de verre : les composants en verre sont fondus à environ 1400 °C, ­homo­généisés puis acheminés sous forme liquide jusqu’aux filières en passant par l’avant-creuset.

4.37

Alimentation Four de fusion

Homogénéisation

Matière ramollie

Avant-creuset

Bobineuse

tection appropriés pour leur manipulation et leur façonnage (comme pour tous les autres systèmes de résine). Les résines phénoliques (PF) sont les plus anciens thermodurcissables encore utilisés. Il s’agit d’un produit de condensation de phénol et de formaldéhyde ayant une très bonne résistance à la chaleur. Leur température de transition vitreuse est d’environ 300 °C. FIBRES DE RENFORT   En général, les fibres de renfort des éléments de construc-

tion en plastique sont inorganiques, à savoir en verre ou en carbone ; elles sont rarement synthétiques, en aramide par exemple. L’un des avantages des fibres de verre est leur coût peu élevé. Pour des applications spécifiques, il est possible de les optimiser en y intégrant d’autres composants, par exemple du verre non alcalin (verre E), très répandu et peu coûteux. D’autres filaments ont été améliorés pour obtenir une meilleure résistance chimique (verre C) ou une meilleure résistance à la température et à l’effort : verre R pour « resistance » et verre S pour « strength ». Contrairement aux fibres de carbone ou d’aramide, celles de verre sont isotropes, du fait de leur structure amorphe. En outre, elles ne sont pas inflammables ; des expositions continues à une température supérieure à 250 °C n’ont pas d’incidence sur leurs propriétés mécaniques. La fabrication du verre E consiste à fondre à environ 1400 °C du sable sili4.37

ceux, de la chaux, du kaolin, de la dolomite, de l’acide borique et de la fluorine ; ce mélange est ensuite homogénéisé pendant plusieurs jours puis acheminé à l’état liquide vers les filières par des canaux appelés avant-creusets. Les filières sont en alliage de platine ; elles sont chauffées jusqu’à ce que le verre liquide s’écoule par les orifices en forme de buses et se solidifie sous forme de filament. Les filaments ont une épaisseur d’environ 2 mm. À l’état visqueux, ceux-ci sont ensuite étirés au moyen d’une bobineuse à rotation rapide jusqu’à obtention du diamètre souhaité entre 9 et 24 μm. En assemblant les fibres en parallèle, on obtient ce que l’on appelle les fils de base. Après l’étirage, on applique une émulsion aqueuse sur les filaments. Ce procédé appelé ensimage permet d’encoller les filaments de manière à constituer un fil de base manipulable, à protéger les surfaces fragiles des filaments de verre cassants et à améliorer l’adhérence entre la résine organique et les fibres inorganiques.

THERMODURCISSABLES

4.38  Tissu en fibres de verre.  4.39  Tissu en fibres de carbone.  4.40  Tissu en fibres d’aramide.

4.38 4.39 4.40

Les fibres de carbone, plus coûteuses mais présentant un coefficient d’élasticité élevé, sont préconisées pour des applications pour lesquelles les fibres de 4.39

verre n’offrent pas la rigidité requise. Elles sont constituées à plus de 90 % de carbone, pour des diamètres de 5 à 10 μm. En fonction de leurs propriétés mécaniques, on les répartit en trois catégories : fibres à module standard (hT), fibres à module intermédiaire (iM) et fibres à haut module (hM). Les fibres de carbone sont très légères, d’une résistance exceptionnelle à la corrosion, présentent une bonne conductibilité thermique et électrique et une résistance à la fatigue quasi totale. Elles présentent une forte anisotropie en raison de leur structure moléculaire principalement mono ou bidimensionnelle dans l’axe des fibres. Les résistances mécaniques perpendiculaires aux fibres sont bien moindres que les longitudinales. Deux procédés de fabrication sont essentiellement utilisés à l’échelle industrielle. Le premier est basé sur le produit d’origine, le polyacrylonitrile (PAN), qui est d’abord étiré de manière à obtenir une orientation homogène des molécules le long de l’axe des fibres. Cette opération est suivie de trois traitements thermiques à des températures différentes allant jusqu’à 3000 °C avec étirement simultané des fibres. Le deuxième procédé utilise comme matières premières des goudrons de houille ou des poix de pétrole. À partir de la pâte obtenue, on arrive à atteindre, par filage, un pourcentage élevé de filaments orientés dans le sens axial. Un traitement thermique permet ensuite leur transformation en carbone. Les fibres d’aramide possèdent aussi des qualités mécaniques intéressantes, notamment une bonne résistance à la traction pour un poids propre très faible.

4.40

Elles sont composées de polyamides aromatiques. Les polymères organiques qui présentent de bonnes qualités de résistance et de rigidité sont transformés en filaments de diamètre d’environ 12 μm. Comme pour les fibres de carbone, leurs propriétés sont très anisotropes, leur résistance à la compression est nettement moins élevée qu’à la traction. Bien qu’il soit possible de fabriquer en fibres d’aramide des tissus très résistants aux chocs, comme par exemple pour des gilets de protection, certains inconvénients expliquent que ce matériau soit relativement peu utilisé dans le bâtiment. Ces fibres ont une propension hydrophile qui affecte leur adhérence à la matrice. En outre, leur résistance aux UV et aux températures est assez médiocre.

51

52

TYPES DE PLASTIQUES ET FABRICATION

FABRICATION Le matériau fini à base de plastiques renforcés de fibres n’est obtenu qu’au moment de son formage ; c’est pourquoi le type de traitement a une influence déterminante non seulement sur les possibilités de mise en forme, mais également sur les propriétés du matériau, en particulier sur sa résistance et sa rigidité. Dès le process de fabrication, il est possible de tenir compte des forces qui s’exerceront sur l’élément final en orientant les fibres de manière ciblée dans les différentes couches. Les techniques d’élaboration des thermodurcissables renforcés à la fibre de verre sont très diverses, de la fabrication manuelle aux processus de fabrication hautement automatisés : les technologies les plus connues sont la stratification manuelle, la projection simultanée, sous vide, par infusion, par compression, par injection, SMC (sheet moulding compound), par enroulement filamentaire (filament winding), par centrifugation, par tressage et par pultrusion. MODES DE CONFECTION DES FIBRES   Les fibres de verre, de carbone et d’ara-

mide peuvent être produites sous les formes les plus diverses. Les fils de base très fins et très longs obtenus par étirage sont ensuite transformés en stratifils ou en 4.41

fils. Les stratifils (ou rovings) sont des boyaux de 1000 à 10 000 filaments associés parallèlement sans torsion pour former un écheveau. Les fils et stratifils peuvent être transformés pour la confection de structures textiles planes : mats à fils coupés, systèmes ne formant pas de mailles (tissus, intissés, treillis) ou systèmes à mailles (tissus tricotés). Les mats à fils coupés ou les mats en verre textile se composent de fils de

4.38 4.42

verre E coupés, posés à plat aléatoirement et agglomérés en plusieurs couches au moyen d’un liant. Cette disposition des fibres permet d’obtenir des propriétés mécaniques surfaciques isotropes pour des stratifiés. En jouant sur le diamètre des fibres et sur les liants, il est possible d’adapter les mats à diverses applications. Ils sont par exemple utilisés dans l’industrie automobile pour la fabrication de citernes, de réservoirs et pour des éléments techniques les plus divers. Les mats sandwich sont particuliers. Ils se composent d’une âme en intissé et de mats à fils coupés en verre textile de part et d’autre. Ces trois couches sont reliées mécaniquement par une couture piquée. Les mats sandwich à l’état non imprégné se prêtent aisément au drapage et sont donc très adaptés pour réaliser des éléments voûtés. Les tissus de verre (ou silionnes) se composent de deux assemblage s de systèmes de fils de verre E se croisant à angle droit en chaîne et en trame. Le fil de trame, perpendiculaire à la chaîne et donc parallèle au sens de tissage, est tissé avec cette dernière. Différentes manières de passer les fils permettent d’influer sur les propriétés du tissu. L’armure toile est le mode de tissage le plus simple : croisement d’un fil de trame avec un fil de chaîne. Elle procure une bonne stabilité dimensionnelle et une découpe nette. L’armure serge consiste à sauter deux à trois fils de chaîne, et l’armure satin à sauter jusqu’à sept fils de chaîne. Ces tissus sont flexibles et drapables ; ils sont particulièrement adaptés pour réaliser des formes voûtées, mais leur découpe est moins nette. Le satin présente une surface très lisse. Il est possible d’obtenir des éléments très transparents en utilisant des fils très fins. La verranne coupée est une version très souple et hydrophile, le

53

THERMODURCISSABLES

4.41 Formes des fibres de verre.

4.41

Stratifil

fil retors

fil à âme

Mat de fibre de verre textile

tricot

intissé unidirectionnel

intissé biaxial

tissu : armure toile

treillis

fil double guipé

54

TYPES DE PLASTIQUES ET FABRICATION

4.42  Mat de fibre de verre pour la fabrication d’éléments ayant des propriétés mécaniques isotropes.  4.43  Tissu à couches espacées en fibre de verre pour la fabrication d’éléments sandwich.

4.42

4.43

4.43

tissu à couches espacées, un mode de tissage particulier. Ce dernier est constitué de deux couches tissées en verre E avec ensimage au silane, les couches gardant une certaine distance entre elles grâce à des fils perpendiculaires. Après imprégnation de résine polyester ou époxy, les tissus à couches espacées se positionnent d’eux-mêmes à la distance définie par les fils perpendiculaires, permettant ainsi de confectionner de manière très simple des stratifiés sandwich. Ces tissus sont de préférence stratifiés manuellement. Le gondolage d’un textile diminue en général sa résistance à la dilatation. Il est à noter qu’un certain allongement de la structure est inévitable, notamment dans le sens des fils de chaîne. STRATIFICATION MANUELLE   La stratification manuelle est un procédé relati-

vement simple qui est adapté pour réaliser des prototypes de forme libre et des séries limitées d’éléments de construction plats. Le matériau des moules est différent selon les applications. Pour des formes simples, on utilisera des coques en tôle ou en bois. Les mousses dures de polyuréthane avec des densités jusqu’à 400 kg/m3 se prêtent très bien à la fabrication de moules de forme libre cintrés selon deux axes. On parle de moule négatif lorsque l’outil se situe sur le côté externe de l’élément et conditionne ainsi la surface de ce dernier. Le moule positif se trouve, lui, côté intérieur et détermine la surface intérieure de la pièce. L’une des principales exigences requises pour la superficie du moule est sa résistance aux solvants contenus dans la résine. Les outils prévus pour une utilisation répétée doivent être inaltérables. Les moules de grande dimension doivent être conçus en plusieurs parties qui sont ensuite assemblées par collage. De plus, la surface non appliquée à l’outil est toujours rugueuse et doit être reprise si des exigences de qualité l’imposent. L’une des limites à la réalisation de formes géométriques complexes est l’impossibilité du démoulage. Il est nécessaire d’éviter les contre-dépouilles ou les fortes vrilles. La stratification consiste à appliquer sur le moule, dans un premier temps, une couche fine non renforcée d’enduit gélifié (gelcoat) de 0,3 à 0,6 mm d’épaisseur. Elle empêche le décalquage de la structure fibreuse du moule, sert de protection contre les agents atmosphériques et peut également servir de support pour appliquer une teinte. Ensuite, on intègre la matrice et les mats en fibres,

55

THERMODURCISSABLES

4.44  Confection d’éléments par stratification manuelle.  4.45  Confection par moulage par compression.

4.44 Mat de fibres/Tissu de fibres Matrice Mat de fibres/Tissu de fibres Matrice Couche fine gélifiée (gelcoat) Agent de démoulage

Moule

4.45 Moule supérieur Moule supérieur

Tissu de renfort

Butée d’espacement

Résine

Chauffage

Chauffage

Stratifié Moule inférieur

Moule inférieur

couche après couche, par procédé humide. L’art de la stratification manuelle consiste ici à obtenir une nappe de densité homogène en évitant au maximum les inclusions d’air. La stratification manuelle est un procédé requérant beaucoup de travail mais 4.44

peu d’investissement. Il n’est pas facile de réaliser ainsi des éléments haute performance dans la mesure où les propriétés des matériaux peuvent difficilement être paramétrées et où les pourcentages de fibres sont généralement inférieurs à 45 % du volume. La qualité des stratifiés peut être améliorée par des process utilisant des presses. Le procédé à vide consiste à couvrir le stratifié à l’état encore humide d’un film de séparation poreux et d’un tissu absorbant. On crée ensuite le vide en recouvrant le tout avec un film à vide et en fermant hermétiquement le pourtour. Toutes les quantités superflues de résine et les inclusions d’air sont aspirées et le stratifié durcit à la pression atmosphérique. On obtient ainsi des stratifiés très denses à haute teneur en fibres. Cette technique permet également d’imprégner de résine a posteriori des stratifiés élaborés à sec. Le procédé de moulage par infusion consiste à raccorder, vis-à-vis de la purge d’air, un réservoir contenant de la résine ; celle-ci est aspirée dans le tissu au moment de la mise sous vide. Le procédé de moulage sous vide permet aussi d’utiliser des moules en deux parties afin d’obtenir deux surfaces extérieures lisses. Un procédé de conception inverse consiste à utiliser la surpression. Le moulage par autoclave permet d’obtenir une qualité de stratifiés encore nettement supérieure. L’élément est préparé par un procédé sous vide puis durci en étant mis sous pression et température. Les pressions appliquées sont de l’ordre de 2 à 25 bars à environ 180 °C. L’avantage de l’autoclave réside essentiellement

56

TYPES DE PLASTIQUES ET FABRICATION

4.46  Confection d’éléments par enroulement filamentaire, vues de face et de côté.

4.46

Transmission

Mandrin d’enroulement

Entraînement

Écheveaux de fibres de verre Mandrin d’enroulement

Bac d’imprégnation avec résine

Support mobile

Support

dans le fait que la pression est appliquée de tous les côtés, ce qui permet de réaliser le durcissement d’éléments tridimensionnels complexes. MOULAGE PAR COMPRESSION ET INJECTION   Le moulage par compression, pos4.45

sible à froid ou à chaud, est utilisé pour réaliser des pièces plates requérant une grande résistance et une certaine qualité. La mise en forme est réalisée sous presse, avec un moule en deux parties, à des pressions internes de 0,2 à 2,5 N/m2. L’investissement de départ pour ce type d’outil est relativement élevé. Pour que la production soit rentable, elle doit être faite en grandes séries. Pour la compression à froid, les outils utilisés sont en résine ; la teneur en fibres des pièces finies pouvant être obtenue n’est alors que de 50 % du volume environ. Les grandes séries et les pièces finies soumises à de hautes exigences sont fabriquées par compression à chaud dans des outils en acier ou en aluminium. Cette technique permet de fabriquer des pièces finies ayant des teneurs en verre jusqu’à 65 % du volume. Pour le moulage par compression, il est également possible d’utiliser des préimprégnés préfabriqués. Ces « prepegs » sont des fibres de renfort qui sont préimprégnées de résine. Les tissus comme les bandes unidirectionnelles et les intissés peuvent être ainsi traités. On utilise généralement comme matrices des résines époxy et des phénoliques qui ne coulent pas à température ambiante. Les préimprégnés sont placés à froid dans un moule et durcis sous l’effet de la pression et de la température. Le traitement peut être manuel ou mécanique. Sous l’effet de la chaleur, la résine passe brièvement à l’état liquide et imprègne les fibres avant de commencer à durcir. La compression ainsi que d’autres procédés, sous vide et en autoclave par exemple, sont adaptés pour les préimprégnés. Il est également possible de les traiter pour les éléments de grande surface en utilisant la méthode de placement automatique (ou Automatic Fiber Placement). Un système automatisé doté d’une tête spéciale dépose des bandes de fibres préimprégnées avec un rouleau compacteur selon un plan déterminé. Le stratifié doit être durci à haute température par compression, dans un autoclave par exemple. Le moulage par injection conjugue les propriétés de la compression et de l’injection. Le RTM (Resin-Transfer-Molding) consiste à positionner à sec des fibres de renfort dans un moule en deux parties. La résine est ensuite injectée sous pression. Un passage sous vide supplémentaire permet de renforcer l’imprégnation et d’éliminer les inclusions d’air.

57

THERMODURCISSABLES

4.47  Fabrication d’éléments par pultrusion.

4.47 Ventilation

Injection de résine

Renfort

Mise en température et durcissement

Dispositif de tirage

Scie

ENROULEMENT FILAMENTAIRE ET TRESSAGE  Une autre méthode de fabrica4.46

tion consiste à enrouler les filaments pour obtenir des corps creux. Le niveau élevé de mécanisation de ce procédé permet une bonne reproductibilité et une grande précision. On enroule autour d’un mandrin en aluminium ou en acier des stratifils ou des bandes textiles imprégnées. En variant la vitesse de rotation du mandrin et la vitesse de déplacement du guide-fils, il est possible de renforcer plus ou moins les fibres du stratifié. L’enroulement peut se faire par voie sèche, les fibres étant ensuite imprégnées par infusion. Ce procédé est surtout utilisé pour des éléments à rotation symétrique. Selon le nombre d’unités et la géométrie de l’élément, les mandrins (généralement coniques) peuvent être soit en métal, et donc réutilisables, soit en matériau soluble, et donc perdus. Le procédé sert généralement à fabriquer des tuyaux et des réservoirs. Le tressage est une forme spéciale d’enroulement filamentaire. Des filaments en grand nombre sont disposés sur un mandrin fixe par une tresseuse rotative mobile. En se chevauchant, les filaments constituent des renforts semblables à un tressage, même pour des géométries complexes. Il est en outre possible de mélanger divers types de filaments (par exemple fibres de verre et de carbone), selon les contraintes. Contrairement à l’enroulement filamentaire, les filaments peuvent dans ce cas aussi être placés parallèlement à l’axe du mandrin. Une fois le tressage terminé, la résine est appliquée par infusion ou injection. PULTRUSION  La pultrusion permet de fabriquer de manière économique des pro-

4.47

filés sans fin. La mise en forme se fait dans un outil à travers lequel on tire des stratifils, des textiles ou des mats imprégnés de résine. Le renfort des stratifils est particulièrement déterminant pour la résistance au pliage et à la flexion dans le sens longitudinal du profilé. Les fibres perpendiculaires au sens de fabrication assurent quant à elles rigidité et résistance au cisaillement. Les mats ou les intissés sont surtout intégrés dans les profilés en tant que couche de protection de surface. Procédé de fabrication utilisé à l’échelle industrielle, la pultrusion offre un pourcentage optimal de fibres, une qualité très régulière du produit et une dispersion faible des propriétés mécaniques. Elle permet de garder de manière précise et fiable les paramètres de tension, rigidité et charge limite admissibles. C’est un avantage que ne procurent pas des procédés de formage, comme la stratification manuelle, souvent soumise à des impondérables. En principe, la pultrusion

58

TYPES DE PLASTIQUES ET FABRICATION

4.48  Teneur en fibres des stratifiés selon les différentes méthodes de fabrication.  4.49  Comparaison des propriétés des matériaux.

4.48

Teneur en fibres (%-volume) 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Stratification manuelle

4.49

Enroulement filamentaire

Compression par voie humide Moulage par Placement projection automasimultanée tique

RTM

Caractéristiques

GFK plutrudé

GFK stratifié de mat

Acier S 235 JR

Bois S 10

Verre Verre sodo-calcique

Aluminium

Résistance à la traction (N/mm2)

240

~60

360

14

30–90

150–230

Coefficient d’élasticité (N/mm2)

23 000

~6800

210 000

11 000

70 000

72 000

Allongement à la rupture (%)

1–3

~1,0

26

~0,8

0,1

2–8

Moulage SMC

Pultrusion Tressage

Densité (g/cm )

1,8

~1,4

7,85

0,6

2,5

2,7

Coefficient de dilatation thermique (dans le sens des fibres) (10–6/K)

9

~25

12

~4,5

8–9

23

Conductibilité thermique (W/mK)

0.25

~0,25

50

0,13

0,8

160

3

permet de réaliser quasiment toutes les formes de sections ; néanmoins, la fabrication de l’outil (pièce unique) représente un gros investissement. Elle ne devient rentable qu’à partir d’environ 2000 mètres linéaires du même produit. Les profilés disponibles sur le marché sont généralement des sections courantes de charpentes métalliques ou des formes spéciales pour l’industrie électrique ou la construction d’installations. FAÇONNAGE  Les possibilités de façonnage des plastiques renforcés dépen-

dent de la structure des fibres utilisées. Ces polymères peuvent être, à quelques réserves près, façonnés avec des instruments traditionnels. Ces derniers sont, dans la pratique, principalement des outils à mise rapportée (métal dur ou diamant) permettant de réduire l’usure. Les éléments plats ont toujours des rebords qui doivent être délignés. La découpe au jet d’eau donne des résultats d’une grande précision et évite la production de poussières. Cependant, cette méthode n’est pas toujours utilisable à cause de la hauteur des matériaux ou des profilés. La qualité et la précision de la surface d’un élément en plastique renforcé de fibres de verre (GFK) dépendent de celles du moule ou de l’outil utilisé. En fonction des exigences de structure de surface, des reprises s’avèrent souvent nécessaires,

59

THERMODURCISSABLES

4.50  Comparaison des courbes caractéristiques des matériaux.

4.50

 MPa 500

GFK pultrudé

400 Acier

300

200 Aluminium 100

Bois PVC

 % 2 %

à savoir un ponçage suivi d’un enduisage et d’un ponçage de finition. Les surfaces ainsi préparées peuvent ensuite être vernies.

PROPRIÉTÉS Les plastiques renforcés de fibres sont des matériaux haute performance utilisés dans de nombreux domaines, par exemple en aéronautique et en aérospatiale, en construction mécanique et dans le bâtiment. Leurs caractéristiques techniques significatives sont une résistance mécanique élevée, un poids propre faible, une bonne isolation thermique, une résistance élevée à la corrosion et une grande malléabilité. Cependant, le développement d’éléments en plastiques renforcés de fibres est soumis à certaines règles. Le matériau est fréquemment confectionné pour des projets spécifiques. Le taux de fibres est un indicateur déterminant pour leurs propriétés méca4.48

niques les plus importantes, à savoir la rigidité et la résistance. La proportion pouvant être atteinte dépend avant tout du procédé de fabrication : la pultrusion, par exemple, permet d’obtenir un pourcentage élevé. La résistance ainsi obtenue est

4.49

comparable à celle des matériaux métalliques. Les plastiques renforcés de fibres de carbone peuvent même dépasser cette valeur. Ce qui fera la différence, c’est le poids propre, nettement plus faible que celui des métaux. Les plastiques renforcés de fibres présentent, en revanche, une rigidité relativement faible. De ce fait, ils ne sont pas adaptés pour des constructions pour lesquelles une certaine finesse est requise mais qui peuvent donc être sujettes à déformation. Une grande résistance sans trop de rigidité permet d’obtenir une grande flexibilité, et c’est une propriété spécifique de ces plastiques. Outre les différences importantes relevées au niveau des valeurs absolues

4.50

de rigidité, ces matériaux présentent, par rapport aux métaux, des différences énormes au niveau du comportement anisotrope et de la durabilité. Leur coefficient d’élasticité dépend du sens et de la disposition des fibres. Le type de verre utilisé entre également en ligne de compte. Pour les stratifiés à paroi fine, il est en pratique impossible de réaliser un renfort des fibres dans le sens de l’épaisseur. Cela explique les grandes différences de résistance selon le sens des contraintes.

60

TYPES DE PLASTIQUES ET FABRICATION

En cas de gauchissement ou sur les bords, il peut par ailleurs se produire des tensions interlaminaires qui peuvent provoquer des décollements. En termes de conception et de calcul, les propriétés anisotropes spécifiques aux plastiques renforcés de fibres présentent une complexité certaine. Elles offrent cependant des perspectives pour imaginer des constructions en adéquation avec les contraintes auxquelles elles doivent répondre. Les plastiques ont généralement une propension à se déformer au fil du temps, c’est ce que l’on appelle la propension au fluage. Les fibres de verre et d’aramide subissent beaucoup moins cet inconvénient que la matrice en plastique ; celles en carbone n’en souffrent pas du tout. Donc, plus les propriétés d’un stratifié sont déterminées par la matrice, plus leur propension au fluage est élevée. Des essais sur des stratifiés UP (résine polyester insaturée) ont montré que le comportement au fluage peut être considéré comme linéaire sur des années. Pour le dimensionnement des pièces, on tiendra compte de la diminution de la résistance en fonction de la durée de contrainte. Parmi les caractéristiques qui peuvent considérablement limiter l’utilisation des plastiques renforcés de fibres en BTP, il faut évoquer leurs mauvais comportement au feu et résistance à la chaleur. Les liaisons carbone-hydrogène constituant les modules de base de quasiment tous les plastiques sont la cause de leur inflammabilité. Mais, malgré cette propension, il existe des produits réputés difficilement inflammables ou qui ne dégagent pas de vapeurs toxiques lors de leur combustion. La variabilité des propriétés mécaniques des fibres en cas de changement thermique reste négligeable dans la plupart des cas ; cependant, la matrice réagit de manière très sensible aux températures élevées bien que, étant donné la faible conductibilité thermique du matériau, la propagation de la chaleur dans un composant de construction soit 200 fois plus lente que dans l’acier. À haute température, la résistance baisse, alors qu’elle augmente à basse température. Par exemple, les valeurs données par Fiberline Composites pour ses profilés en plastique renforcé de fibres de verre (GFK) son valables pour une plage de  –20 à + 60 °C. À des températures plus élevées, la résistance et la rigidité doivent être calculées avec des coefficients de sécurité plus élevés. Par rapport à l’acier, la perte de résistance des plastiques commence bien plus tôt, pour le polyester dès 100°C environ. Cette limite peut être relevée grâce à des résines phénoliques. Il n’en reste pas moins que le comportement au feu des plastiques constitue un inconvénient majeur pour les structures porteuses, car ces dernières sont soumises à des normes strictes définies en matière de durée de résistance au feu et/ ou de classe de combustibilité.

61



5

SEMI-PRODUITS ET PRODUITS FINIS

Dans l’industrie du bâtiment, les plastiques sont généralement utilisés sous forme de semi-produits et de produits finis. Nous présentons ici une sélection de semiproduits qui y sont mis en œuvre. Ce choix et l’exposé des applications ont valeur d’exemple ; dans de nombreux cas, il existe des produits comparables d’autres fabricants. Les descriptions sont succinctes, ces derniers étant en mesure de fournir des informations plus détaillées.

PLAQUES MONOLITHIQUES Matériau  polyméthacrylate de méthyle (PMMA) Produit  Plexiglas, Acrylite, Plexicor Fabricant  Evonik Röhm GmbH www.evonik.com www.plexiglas.de www.plexiglas-shop.de

Le PMMA, qualifié couramment de verre acrylique, est souvent employé dans le bâtiment pour remplacer le verre. Sous le nom de marque Plexiglas, la société ­Evonik Röhm GmbH propose une gamme très variée de plaques de PMMA. Le verre acrylique se caractérise par d’excellentes performances en termes de résistance au vieillissement et aux intempéries, dureté de surface et résistance aux rayures. De par sa nature chimique, le Plexiglas résiste également aux UV. Le Plexiglas GS désigne des semi-produits coulés. Les épaisseurs de plaques standard varient entre 2 et 120 mm ; pour les applications spéciales, les aquariums géants par exemple, elles peuvent atteindre une épaisseur de 250 mm. Le format standard est de 3050 × 2030 mm ; le sur-mesure atteint 3000 × 8000 mm. La température maximale d’utilisation continue est de 80 °C. Le Plexiglas XT est extrudé, contrairement au Plexiglas GS, coulé. Les épaisseurs standard des plaques sont de l’ordre de 1,5 à 25 mm, le format standard de 3050 × 2050 mm. Il est possible d’aller jusqu’à 10 m de longueur sur une largeur de 2050 mm. Sa température maximale d’utilisation continue d’environ 70 °C est légèrement inférieure à celle du Plexiglas GS. Le Plexiglas GS possède, par rapport au XT, une meilleure stabilité dimensionnelle à la chaleur, une résistance à la traction et à la flexion un peu plus élevée et une plus grande facilité d’usinage. Il se prête au cintrage à froid, en respectant un rayon minimal, fonction de l’épaisseur de la plaque. La meilleure qualité optique du GS s’explique par le procédé de fabrication de la surface, lisse comme un miroir, et sa gamme de coloris est plus vaste. Caractéristiques et variétés : —— Transparence élevée —— Plusieurs coloris transparents, fluorescents transparents et couleurs opaques

5.3, 5.6

—— Surfaces avec différents degrés de brillance ou d’aspect satiné

5.2

—— Surface structurée

5.1

62

SEMI-PRODUITS ET PRODUITS FINIS

5.1  Produits en PMMA avec différentes surfaces, satinées ou structurées.  5.2  Plexiglas SATINICE, t­ einté dans la masse avec surface satinée.  5.3  Plexiglas fluorescent, disponible dans de nombreux ­coloris fluorescents.

5.1

5.2

5.3

—— Traitement de surface générant un brillant métallisé et dichroïque (le spectre lumineux se décompose en une couleur transmise et une couleur réfléchie complémentaire) —— Poids deux fois inférieur à celui du verre —— Résistance absolue aux intempéries (jusqu’à 30 ans de garantie) —— Possibilité de polissage répété —— Classe de matériaux de construction B2 (DIN 4102), classe de réaction au feu E (EN 13501) Matériau  polyméthacrylate de méthyle (PMMA) Produit  Chroma Fabricant  3form www.3form.eu

La ligne de produits Chroma offre des plaques en PMMA coulées, disponibles dans de nombreux coloris. Teintés avec des colorants hydrosolubles, les panneaux se prêtent aux aménagements intérieurs. Quand le traitement est appliqué sur la face interne, on peut les utiliser en extérieur. La surface est mate d’un seul côté ou des deux. Des produits personnalisés peuvent être réalisés sur demande. Pour les épaisseurs entre 12 et 25 mm, les dimensions maximales sont de 1219 × 3 048 mm ; pour une de 50 mm, le format maximum est de 1200 × 2400 mm.

5.5

63

PLAQUES MONOLITHIQUES

5.4  Produits en PMMA : PLEXICOR d’Evonik Röhm, à droite, Faux Alabaster de PyraSied.  5.5  Plexi­glas

Radiant, bénéficiant d’un traitement de surface générant des réflexions miroitantes.  5.6  Plaques de PMMA, ­teintées dans la masse, avec surface d’aspect mat, brillant et métallique réfléchissant.  5.7  PyraLED est une plaque en polycarbonate diffusant la lumière.

5.4

5.5

5.6

5.7

Matériaux  polycarbonate, PMMA, matériau polyester Produits  PyraLED, Versato, Faux Alabaster Fabricant  PyraSied www.pyrasied.nl

Avec un large éventail de produits innovants en plastique, PyraSied fabrique des produits standard, mais répond aussi aux demandes personnalisées. PyraLED et Versato sont deux des produits de ce fabricant. PyraLED est une plaque en poly-

5.7

carbonate translucide diffusant la lumière où l’on a incorporé des nanoparticules spéciales assurant une diffusion très uniforme de la lumière. D’une épaisseur de 2 ou 3 mm, ces panneaux existent en différents coloris. Les dimensions standard sont de 1220 × 2440 mm. Ils résistent aux chocs et sont conçus pour les applications extérieures. Versato est le nom de marque de plaques de PMMA coulées, disponibles dans une gamme de 22 coloris standard avec une épaisseur de 15 mm. D’autres épaisseurs peuvent être produites à la demande. Les panneaux Versato se fabriquent aux formats 1500 × 2100 mm et 2030 × 3050 mm. Leur surface est mate ou brillante. Ils sont entièrement recyclables. Les produits Versato font partie de la classe de matériaux de construction B2 (DIN 4102). Faux Alabaster est un polyester additionné d’adjuvants minéraux. L’aspect de ces plaques blanches, marbrées de brun ou de gris-noir, rappelle l’albâtre.

5.4

64

SEMI-PRODUITS ET PRODUITS FINIS

Les plaques d’une épaisseur de 10 mm sont pratiquement opaques mais peuvent être rétro-éclairées. Le matériau est façonné mécaniquement et collé. Les dimensions standard des plaques sont de 2400 × 1200 × 10 mm. Matériau  polycarbonate (PC) Produit  plaques massives Makrolon Fabricant  Bayer Sheet ­Europe GmbH www.bayersheeteurope.com

Les plaques massives Makrolon répondent aux exigences les plus élevées en termes de résistance aux chocs physiques, aux chocs thermiques et à la déformation thermique pour des applications tant extérieures qu’intérieures. Par rapport au PMMA, la transparence est légèrement moindre. La gamme Makrolon regroupe des plaques recouvertes d’un revêtement résistant aux rayures, aux produits chimiques et aux UV et ayant bénéficié d’autres traitements de surface fonctionnels. Makrolon Hygard garantit une sécurité accrue contre les effractions et le tir d’armes à feu grâce à plusieurs couches laminées transparentes. Certains des produits, modifiés en vue d’une protection contre l’incendie, sont homologués en classe de matériaux de construction B1. L’épaisseur des plaques varie de 0,75 à 15 mm ; les formats standard sont de 2050 × 1250 mm et de 3050 × 2050 mm, d’autres dimensions étant possibles sur demande. Caractéristiques et variétés (selon les produits) : —— Transparent incolore et transparent teinté, blanc translucide —— 88 % de transmission lumineuse pour une épaisseur de 3 mm (Makrolon GP clear 099) —— Différents aspects de surface, de poli lisse à structuré —— Résistance à la rupture, aux chocs et aux balles (selon l’épaisseur du matériau et le laminage des plaques) —— Malléable à chaud ou à froid —— Plage de température d’utilisation continue allant de – 100 à + 120 °C —— Classe de matériaux de construction B2 (DIN 4102) ; Makrolon GP est également disponible en classe B1 pour des applications intérieures

Matériau  Ecoresin (résine artificielle PETG) Produit  Varia Fabricant  3form www.3form.eu

La ligne de produits Varia propose des plaques monolithiques à base d’éco­résine transparente (Ecoresin). C’est une résine thermoplastique intégrant 40 % de

5.8

résidus recyclés qui sert de matrice à de nombreuses matières incorporées aux plaques. Les multiples options de couches intermédiaires, coordonnées avec des couleurs et finitions de surface variées, autorisent toutes sortes de créations. En collaboration avec le client, le fabricant peut personnaliser les produits de la collection Varia. Caractéristiques et variétés : —— Choix de différentes couches intermédiaires et coloris —— Possibilités de finition distincte pour chaque face —— Résistance chimique élevée —— Panneaux avec stabilisation UV —— Panneaux avec protection des tranches convenant aux locaux humides (douches, salles de bains) —— Collage avec colle bicomposant (comme le Plexiglas) —— Thermoformable entre 110 et 120 °C

5.9

65

PLAQUES MONOLITHIQUES

5.8  Résine artificielle PETG, bords d’échantillons Varia avec différentes couches intercalaires.  5.9  Échantillons de la ligne de produits Varia avec différentes couleurs, textures et couches intermédiaires.

5.8

5.9

66

SEMI-PRODUITS ET PRODUITS FINIS

—— Possibilité de cintrage à froid en respectant un rayon minimal —— Possibilité d’usinage par machines-outils (comme pour le MDF) —— Épaisseurs de plaques de 1,5, 3, 5, 6, 10, 12, 19 et 25 mm —— Formats 1219 × 2438 mm, 1219 × 3048 mm, fabrication spéciale 1524 × 3048 mm —— Catégorie de réaction au feu selon la catégorie Euroclasse B, s1, d0 Matériau  GFK Produit  Scobaglas – plaques en fibres de verre IFG Fabricant  Scobalit www.scobalit.ch

Les produits Scobaglas sont des plaques translucides en résine polyester renforcée de fibres de verre, teintées dans la masse et disponibles dans différents coloris inaltérables à la lumière. Les couleurs standard sont nature, rouge, bleu, jaune et vert ; des couleurs spéciales ainsi que les teintes RAL peuvent être produites sur demande. Les dimensions sur mesure sont réalisables dans les limites des formats maximaux. Caractéristiques et variétés : —— 85 % de transmission lumineuse pour une épaisseur de 1,5 mm et 72 % pour une épaisseur de 8 mm (couleur « nature ») —— Avec traitement de surface préventif antigraffitis —— Résistance aux chocs et au percement —— Résistance aux intempéries, au vieillissement et aux UV —— Approprié aux applications intérieures et extérieures —— Plage de température d’utilisation continue de – 40 à +120 °C  

—— Usinage : découpe, perçage, polissage des tranches —— Assemblage : vissage, collage —— Épaisseurs standard des plaques de 1,5 à 9,5 mm, plus fortes épaisseurs sur demande —— Dimensions standard largeur maximale 2500 mm, longueur maximale 8000 mm —— Classe de matériaux de construction B1 difficilement inflammable (DIN 4102) sur commande Produit  Feuilles et membranes Matériaux  EPDM, PE, PVC, ETFE, PVB Fabricants de membranes EPDM  Firestone (www.firestonebpe.com) ; Hertalan (www.hertalan.de) Fabricants de feuilles en PVC  Renolit AG (www.renolit.com) ; Daams Kunststoffe GmbH (www.daams-kunststoffe.de) Fabricant de feuilles ETFE Foiltec (www.foiltec.de)

Les feuilles fines sont calandrées ou extrudées à partir de différents matériaux. Selon le matériau et l’application, l’épaisseur de la feuille est comprise entre moins de 1 et 2 mm, la laize diffère selon le fabricant. Les feuilles peuvent être transparentes ou entièrement teintées. Les membranes EPDM ou PE, par exemple, sont mises en œuvre pour l’étanchéité. Les feuilles d’ETFE s’emploient pour les enveloppes de bâtiments, entre autres sous forme de coussins gonflés. La feuille de butyral de polyvinyle (PVB) est un film intercalaire transparent adhérent aux différentes couches de verre feuilleté (VSF).

PLAQUES PROFILÉES Les plaques profilées, comme les plaques alvéolaires et ondulées, sont des semiproduits extrudés qui, grâce au profil de leur coupe transversale, font preuve d’une rigidité élevée en dépit d’un faible poids. Les plaques ondulées offrent un profil trapézoïdal ou sinusoïdal, défini par la combinaison de deux chiffres : le premier désigne l’entraxe des sommets d’onde, tandis que le deuxième indique la hauteur totale de la plaque. Exemple : 76 / 18 [mm]. La coupe transversale des plaques

5.10

PLAQUES PROFILÉES

5.10  GFK, plaques translucides colorées Scobaglas.

5.10

alvéolaires varie selon la structure et le nombre d’alvéoles et la finition des bords. Leur largeur dépend du produit, la longueur varie en principe selon le procédé de fabrication. Mais habituellement les dimensions des produits sont prédéfinies. Matériau  PMMA Produit  Plexiglas XT Fabricant  Evonik Röhm GmbH www.evonik.com www.plexiglas.de

Evonik Röhm produit par extrusion des plaques ondulées en PMMA modifié en vue d’une résilience améliorée. D’une épaisseur d’environ 3 mm et d’une largeur de 1045 mm, les panneaux sont incolores translucides ou marron et peuvent atteindre une longueur de 7000 mm. La surface lisse ou structurée peut être dotée d’un revêtement de protection contre la chaleur. Les plaques ondulées en Plexiglas sont rangées dans la classe de matériaux de construction B2 (DIN 4102).

Matériau  polycarbonate

Les plaques ondulées en polycarbonate, de coupe transversale trapézoïdale ou sinusoïdale, contiennent une couche coextrudée de protection contre les UV. Très résilientes, elles conviennent aux applications extérieures. Malléables à froid, elles existent en version transparente incolore ou colorée en bronze. La température maximale d’utilisation continue, très élevée, atteint 120 °C. En règle générale, les plaques ondulées en polycarbonate appartiennent à la classe de matériaux de construction B1 (DIN 4102).

Matériau  PVC

Les plaques ondulées, de coupe transversale trapézoïdale ou sinusoïdale, sont fabriquées en PVC dur. Elles se distinguent par une forte résilience et résistent parfaitement à la grêle. Elles affichent une stabilité chimique élevée et peuvent être pourvues d’une couche de protection contre les UV. La gamme comprend des plaques transparentes ou teintées dans la masse en blanc ou gris ainsi que des pièces préformées pour faîtages et raccords muraux. Les plaques ondulées en PVC sont homologuées d’ordinaire dans la classe de matériaux de construction B1 (DIN 4102).

67

68

SEMI-PRODUITS ET PRODUITS FINIS

Matériau  GFK Produit  scobalight – plaques translucides ondulées ILP Fabricant  Scobalit www.scobalit.ch

Les plaques Scobalight en résine polyester renforcée de fibres de verre présen-

5.11

tent différentes coupes transversales et se démarquent par une résistance au vieillissement et aux intempéries élevée. De plus, elles sont résistantes au percement et durablement protégées contre les UV. Outre les couleurs standard nature, jaune, vert et bleu, les produits de la gamme Scobalight peuvent être fabriqués à la demande dans les teintes RAL. La largeur des panneaux dépend de leur profil et va de 900 à 1170 mm. Les longueurs standard comprises entre 1500 et 6500 mm peuvent varier selon les besoins. Les plaques Scobalight font partie de la classe de matériaux de construction B1 (DIN 4102).

Matériau  polycarbonate Produit  plaques alvéolaires Makrolon multi UV Fabricant  Bayer Sheet ­Europe GmbH www.bayersheeteurope.com

L’éventail des produits Makrolon multi UV comprend des plaques alvéolaires en

5.13

polycarbonate résistant aux UV, proposées en différentes variantes et structures alvéolaires. Leurs variétés englobent, entre autres, les couvertures de piscine, les serres, les éclairages zénithaux, les gymnases. Selon les produits, on peut atteindre un coefficient de transmission thermique Ug de 1,0 W/m2K. Caractéristiques et variétés : —— Disponible en incolore, blanc, bronze transparent, vert et bleu —— Possibilité de cintrage à froid —— Résistance à la grêle —— Résistant à la chaleur jusqu’à 120 °C —— Épaisseurs de 4 à 40 mm, nombre variable de parois intermédiaires —— Largeurs possibles 980, 1200 ou 2100 mm, longueurs possibles 2000 à 12000 mm —— Classe de matériaux de construction B1 ou B2 (DIN 4102), selon les produits

Matériau  polycarbonate (PC) Produit  panneaux de toiture et de bardage translucides Fabricant  Rodeca GmbH www.rodeca.de

Les panneaux de toiture et de bardage translucides de Rodeca sont composés de plaques alvéolaires en polycarbonate dont la coupe transversale et le nombre d’alvéoles peut varier. Ils existent dans des largeurs standard allant jusqu’à 2100 mm (selon les produits) et en différentes épaisseurs. L’obturation des alvéoles sur les tranches peut être réalisée en usine. Le montage s’effectue comme pour un bardage traditionnel ou par clipsage sur des profilés. Il existe une grande variété de plaques alvéolaires à parois multiples avec des largeurs utiles de 500 ou 600 mm, dont les tranches verticales s’assemblent par emboîtement mâle-femelle spécialement étudié. Cela permet d’obtenir de grandes surfaces planes et de réaliser des revêtements de façade sur des hauteurs de 25 m sans joints horizontaux. Les panneaux sont maintenus à l’ossature secondaire par des attaches sur la face interne, rendant superflues des pattes de fixation apparentes. Il est possible d’intégrer des hublots sur la façade. Les éléments peuvent être cintrés suivant un seul axe en respectant un rayon minimal. La résistance aux UV est garantie par une couche de protection coulée sur la surface lors de la fabrication. Caractéristiques et variétés : —— COLOR (série Design) : teinté dans la masse, disponible dans différents coloris

5.12

69

PLAQUES PROFILÉES

5.11  Divers matériaux de plaques ondulées, à partir du bas : plaque ondulée Scobalight bleue translucide en GFK, plaque ondulée blanche opaque en Plexiglas avec couche de protection contre la chaleur, plaque ondulée Scobalight opaque en GFK.  5.12  Panneaux de bardage translucides en polycarbonate. Au premier plan : épaisseur de 40 mm, plaque incolore et élément BI-COLOR avec face intérieure coex­ trudée orange. Au centre : épaisseur de 50 mm, incolore et opale. À l’arrière-plan : panneau multifonctionnel, translucide teinté dans la masse.  5.13  Plaques alvéolaires, matériau et coupe transversale variés ; à partir du bas : élément Scoba en GFK, plaque alvéolaire en Plexiglas, autres plaques en Makrolon.

5.11 5.12 5.13

—— BI-COLOR (série Design) : élément translucide incolore avec couche teintée coextrudée sur la face intérieure visant à produire un effet tridimensionnel (voir le projet Laban Creekside, page 114) —— DECO-COLOR (série Design) : couche de protection contre la chaleur sur la face extérieure, surface brillante réfléchissante dans les couleurs standard ou ­surface phosphorescente en fabrication spéciale —— Surfaces imprimables —— Possibilité de traitement de surface antigraffitis —— Possibilité de revêtement réfléchissant les rayons IR visant à réduire le ­rayonnement thermique du soleil —— Résistance à la grêle —— Coefficient U : 1,2 W/m2K, coefficient U allant jusqu’à 0,83 W/m2K (selon les produits) —— Résistance thermique de – 40 à + 115 °C, momentanément jusqu’à + 130 °C —— Possibilité de thermoformage, cintrage à froid en respectant un rayon minimal —— Disponible dans les classes de matériaux de construction B1 ou B2 (selon les produits) Matériau  polypropylène Produit  Bee_bo Fabricant  Deceuninck www.deceuninck.be

Les lambris en lames de la gamme Bee_bo se composent de polypropylène recyclé à hauteur de 80 % et sont eux-mêmes intégralement recyclables. Conçus pour l’architecture d’intérieur, ces revêtements pour murs et plafonds bénéficient de fixations masquées. Grâce au profilage des éléments, il se forme des joints creux ; pour les bordures, des profilés spéciaux sont disponibles. Bee_bo est livrable en trois décors en relief d’aspect argent métallisé. Ces panneaux sandwich de 10 mm

5.14

70

SEMI-PRODUITS ET PRODUITS FINIS

5.14  Revêtements pour murs Bee_bo en polypropylène.  5.15  Panneaux nid-d’abeilles ViewPan,

­différentes couleurs et structures de surface.

5.14

5.15

d’épaisseur sont fabriqués en 100 et 250 mm de large et 2700, 4500 et 6000 mm de long.

PANNEAUX SANDWICH Matériau  PMMA, PET Produit  ViewPan, panneau nid-d’abeilles translucide Fabricant  Wacotech GmbH & Co. KG www.wacotech.de

Les panneaux ViewPan sont composés d’une âme en nid-d’abeilles WaveCore en

5.15

PETG transparent, durablement collée à des parements en verre acrylique (PMMA) épais de 3 mm. Le noyau transparent de ces panneaux légers et néanmoins résistants à la flexion permet d’obtenir des effets optiques intéressants, allant d’une transparence claire à une dispersion lumineuse diffuse. Les éléments ViewPan s’emploient en intérieur, par exemple pour l’aménagement de stands d’expositions ou de magasins, les plafonds lumineux, les portes coulissantes ou translucides (Kandela). Caractéristiques et variétés : —— Aspect des parements : transparent, satiné et/ou coloré —— Transparence variant selon l’angle d’observation —— Plage de température d’utilisation continue : – 30 à + 70 °C —— Dimensions standard 1000 × 3000 mm, fabrication spéciale sur demande —— Épaisseur des panneaux : fabrication possible de 19 à 80 mm —— Classe de matériaux de construction B2 (DIN 4102), B1 sur demande

Matériau  GFK, CFK, résine époxyde, PMMA, PC Produit  panneaux légers Concept  Jens-Hagen Wüstefeld www.leichtbauelement.de

Ces panneaux légers peuvent être fabriqués en différentes matières et reposent

5.16

sur un principe de fabrication, ou plutôt de construction, simple. Le noyau se com-

5.17

pose de fines lamelles emboîtées les unes dans les autres grâce à des fentes obliques et collées, pour former une grille orthogonale. Les couches de recouvrement sont aussi collées au noyau. Différents matériaux peuvent être combinés pour l’âme et les parements. Les pièces sont planes mais, sur commande, il est possible de fabriquer des panneaux à simple ou à double courbure. Ces produits ont une épaisseur minimale de 30 mm, mais peuvent être plus épais si les applications l’exigent. Ils se caractérisent par un faible poids mais une capacité de

71

PANNEAUX SANDWICH

5.16  Panneau léger en CFK, en résine époxyde, en GFK et basé sur un noyau en aluminium revêtu de ­parois en résine époxyde.  5.17 Système de construction du noyau.

5.16

5.17

charge et une rigidité élevées. On peut assembler plusieurs panneaux grâce à des attaches spéciales. Caractéristiques et variétés : —— Possibilité de remplir le noyau de mousse pour améliorer l’isolation thermique —— Des vides peuvent être ménagés dans le noyau pour permettre le passage de câbles et de conduites. —— Les dimensions des éléments dépendent du matériau de fabrication. —— Approprié aux applications extérieures Matériau  polycarbonate, PMMA Produit  clear-PEP Fabricant  Design Composite www.design-composite.com

Les panneaux Clear-PEP se composent d’un noyau nid-d’abeilles transparent TRIcore en polycarbonate, fabriqué par un procédé spécial d’étirement vertical. L’opération suivante consiste à coller sur toute la surface les couches de recouvrement en polycarbonate ou en PMMA. Ces panneaux sandwich translucides se signalent par leur faible poids et une résistance à la flexion élevée. Une grande variété d’âme, de coloris et de traitements de surface permet des applications multiples. Les panneaux clear-PEP peuvent également être cintrés à condition de respecter un rayon minimal. Bénéficiant d’une protection contre les UV, ils conviennent aux applications extérieures. Caractéristiques et variétés : —— Coloris : couleurs standard des parements : orange, vert, bleu clair, bleu foncé, autres couleurs et combinaisons sur demande —— Surface brillante transparente ou satinée translucide —— Faible poids

5.18

72

SEMI-PRODUITS ET PRODUITS FINIS

5.18  Différents modèles de panneaux Clear-PEP.

5.18

—— Résistance aux UV et aux intempéries —— Plage de température d’utilisation continue allant de – 30 à + 80 °C —— Épaisseurs des panneaux comprises entre 16 mm et 150 mm —— Largeur de 1000 à 2020 mm, longueur de 2000 à 7800 mm (selon les produits) —— Classe de matériaux de construction B1, B2 (DIN 4102) selon les produits Matériaux  polycarbonate, PMMA, aluminium Produit  AIR-board Fabricant  Design Composite www.design-composite.com

Les panneaux AIR-board translucides sont constitués d’un noyau nid-d’abeilles et de deux couches de recouvrement collées. Les variantes résultent de la combinai-

5.19

son de divers matériaux, d’où découlent aussi les différences de types de surface et de propriétés mécaniques. En fonction de leurs caractéristiques, les panneaux peuvent être utilisés à l’extérieur, mais une protection des bords contre l’humidité est alors nécessaire. Pour le montage, on peut faire appel à des profilés courants ou à des fixations percées. Caractéristiques et variétés : —— Couches de recouvrement en PC ou PMMA, coloration possible, brillant ­transparent ou satiné —— Noyau nid-d’abeilles en polycarbonate dans différents coloris ou hexagonal en aluminium avec différentes tailles de cellules —— Différentes protections UV et résistances aux intempéries disponibles —— Épaisseur des éléments de 16 à 150 mm (selon les produits) —— Dimensions standard 1000 × 3020 mm, 1220 × 3020 mm, 1050 × 2550 mm (selon les produits) —— Formats maximaux 2020 × 7080 mm, 1420 × 7080 mm (selon les produits) —— Classe de matériaux de construction B1 ou B2 (DIN 4102) (selon les produits)

5.20

73

PANNEAUX SANDWICH

5.19  Panneaux AIR-board en polycarbonate et PMMA.  5.20  Panneaux sandwich avec nid-d’abeilles

­ étallique : à droite couché : panneaux AIR-board de Design Composite, à gauche : plaque sandwich avec m nid-d’abeilles métallique et parements en GFK (autres fabricants).

5.19

5.20

Matériaux  polypropylène, ­polyéthylène, polystyrène Produit  VarioLine Fabricant et commercialisation  PolymerPark materials GmbH www.polymer-park.com

Les panneaux légers de la ligne de produits VarioLine sont composés d’une âme de

5.21

mousse intégrale en sandwich entre des couches externes, composées de thermoplastiques divers. Teintés dans la masse, ils sont disponibles en différentes couleurs. Le choix des matériaux mis en œuvre détermine leurs caractéristiques de base, mais différentes qualités peuvent être produites. Ils sont fabriqués par un procédé spécial permettant de contrôler l’épaisseur et la résistance des couches externes ainsi que la densité et la résistance à la compression de la couche interne. Selon la structure de la mousse, on parvient à améliorer la résistance à la flexion et à réduire le poids. Les éléments sont robustes et affichent une résistance mécanique élevée. Ils résistent également à l’humidité et aux intempéries, ce qui les qualifie pour toute une série d’applications intérieures et extérieures. Ils sont façonnables mécaniquement et sont proposés aux formats standard de 2450 × 1450 mm et de 2000 × 1650 mm, avec une épaisseur de 6 à 26 mm. Du fait de leur structure thermoplastique homogène, les panneaux VarioLine sont recyclables. Ils sont rangés dans la classe de matériaux de construction B2 (DIN 4102).

Matériaux  feutre synthétique, textile mélangé en ­plastique et fibres naturelles Produit  3D-Tex Fabricant  Mayser www.mayser.de

3D-Tex Standard est un textile malléable en trois dimensions présentant une structure à noppes qui peut être utilisé comme noyau pour les panneaux sandwich. L’intissé polyester est imprégné de résine et peut être fabriqué avec différents degrés de rigidité. Les variantes du produit sont, entre autres, un feutre polyester imprégné de résine ainsi qu’un feutre composite en fibres naturelles et polypropylène. Selon le matériau mis en œuvre, la hauteur des noppes varie de 5 à 14 mm. La laize standard de l’intissé polyester, disponible en bobine ou en plaque, est de 1450 mm, les produits composites sont fournis en format 1800 × 1000 mm. Outre les applications décoratives pour l’intérieur, 3D-Tex s’emploie en particulier comme noyau dans les bardages. Selon le produit, 3D-Tex est homologué dans la classe de matériaux de construction B2 ou B3 (DIN 4102).

5.22

74

SEMI-PRODUITS ET PRODUITS FINIS

5.21 Le panneau VarioLine est un panneau léger à base de mousse intégrale en polypropylène, polyéthylène ou polystyrène.  5.22  Différentes versions du 3D-Tex : 3D-Tex Standard (intissé blanc), 3D-Tex 500 R1 (feutre polyester jaunâtre imprégné de résine mélamine), 3D-Tex PP/KHF (feutre à fibres mélangées contenant 50 % de polypropylène et 50 % de fibres naturelles).  5.23  Parabeam en GFK sous forme de plaque plane translucide d’une épaisseur de 5 mm.

5.22

5.21

5.23

Matériau  GFK Produit  Parabeam 3D glass fabric Fabricant  Parabeam BV www.parabeam.nl

Parabeam permet de confectionner, d’une manière simple, des éléments plans ou

5.23

cintrés en GFK présentant une structure sandwich. Il s’agit d’un produit 3D en fibres de verre comportant des fils d’écartement entre les deux couches extérieures. Il est obtenu par moulage au contact manuel. Si le tissu est imprégné de résine, les fibres se redressent par action capillaire des fils d’écartement. Après durcissement on obtient un sandwich en plastique renforcé de fibres de verre (GFK) extrêmement solide d’un faible poids propre. Parabeam est fourni dans une largeur standard de 1270 mm et dans des épaisseurs allant de 3 à 22 mm.

Matériau  GFK Produit  élément de vitrage Scobaelement ILE Fabricant  Scobalit www.scobalit.ch

Les plaques translucides Scobaelement sont des panneaux sandwich en résine polyester renforcée de fibres de verre, avec deux types d’âme possibles. Du point de vue longévité en extérieur et en intérieur, leurs caractéristiques sont identiques à celles des produits Scobalight. Du fait de leur structure sandwich, ils font preuve d’une forte rigidité et sont économes en matériau. Pour une portée de 2500 × 2000 mm et selon l’épaisseur des panneaux, la charge admissible est de 180 kg/m2. Pour les percer, des inserts doivent être placés à la fabrication.

5.13

75

PANNEAUX SANDWICH

5.24 Détail d’une plaque Scobatherm en GFK.  5.25  Coupe d’une plaque Scobatherm remplie de granulés d’aérogel. 5.24

5.25

Caractéristiques et variétés : —— Couleur standard nature, différentes couleurs disponibles sur demande —— Surface bénéficiant d’un traitement antigraffitis —— Dimensions maximales : 8000 × 2400 mm —— Épaisseurs : 20, 30 et 50 mm (type M = âme ondulée), 25 et 40 mm (type P = paroi verticale) —— Classe de matériaux de construction B1 (DIN 4102) sur demande

Les plaques isolantes translucides Scobatherm sont des éléments de vitrage rem-

5.24

plis d’aérogel. Malgré une modeste épaisseur de 50 mm, ils atteignent un coeffi-

5.25

cient U de 0,41 W/m2K. Matériau  GFK, PUR, PS, PV Produit  panneaux sandwich avec noyau en mousse Fabricant  divers

Du fait de leur solidité et de leur faible poids, les panneaux sandwich avec noyau en mousse rigide PUR et parements en GFK sont parfaitement adaptés aux constructions légères. Variable selon l’épaisseur du matériau, le noyau en mousse fait fonction d’isolant thermique. Les panneaux sandwich peuvent s’adapter à des exigences spécifiques. Les couches de recouvrement sont soit diverses résines matricielles thermodurcissables soit de minces films métalliques. Caractéristiques et variétés : —— Noyau en mousse PS, PUR ou PVC, différents indices de dureté possibles —— Couches de recouvrement en GFK ou en métal —— Possibilité d’intégrer des inserts pour fixations ponctuelles/raccords —— Grande précision dimensionnelle —— Approprié aux applications extérieures —— Formats maximaux : 3200 × 15000 mm

5.26

76

SEMI-PRODUITS ET PRODUITS FINIS

5.26  Panneaux sandwich avec parements en GFK et noyau en mousse rigide PUR.

5.26

Mousses Matériau  polystyrène (EPS, XPS) Produit  matériaux isolants (Styrodur C, Styropor, Neopor, Peripor) Fabricant  BASF SE www.basf.com www.neopor.de www.styrodur.de

Pour les isolants, les noyaux de support ou les moules, on a recours à différents matériaux sous forme de mousse. Pour l’isolation thermique des bâtiments, on fait essentiellement appel à des panneaux en mousse rigide de polystyrène extrudé (XPS) ou expansé (EPS). Les mousses rigides en polystyrène sont souvent dési-

5.27

gnées par les noms de marque de BASF : l’XPS est commercialisé sous le nom de Styrodur C, l’EPS est connu comme Styropor, Neopor ou Peripor. Ces produits sont habituellement fournis sous forme de panneaux de plusieurs centimètres d’épaisseur. Pour les bâtiments en béton, on utilise des éléments de coffrage profilés.

Matériau  mousse de poly­­ uréthane (PUR), polystyrène (EPS, XPS) Produit  matériau d’âme des panneaux sandwich

Dans les panneaux sandwich, les mousses de polyuréthane ou de polystyrène sont utilisées pour les âmes pourvues de parements collés sur les deux faces. On trouve sur le marché de nombreux produits de ce type combinant divers matériaux tant pour l’âme que pour les couches de recouvrement. Pour les moules destinés, par exemple, aux éléments en GFK à laminage manuel, on utilise des blocs entiers de mousse rigide en PUR qui peuvent être mis en forme à la main ou à l’aide d’une fraise. Dans le domaine de la géotechnique, les blocs de mousse sont de plus en plus considérés comme des composants économiques, de faible poids, aptes à créer du volume ; ils servent surtout sur des fonds peu résistants à la charge. Le système de construction ISO-Massivhaus a recours à des éléments de cof-

Matériau  polystyrène (EPS) Produit  éléments de coffrage en EPS Fabricant  Iso-Massivhaus www.iso-massivhaus.com

frage isolants spécialement mis en forme en Styropor, qui s’emboîtent les uns dans les autres à hauteur d’étage et sont scellés avec du béton. Si besoin est, les éléments de coffrage peuvent être traversés d’armatures en acier. En tant que coffrage perdu, les modules de Styropor assurent une isolation thermique efficace de

5.28

77

PROFILÉS

5.27 Fraisage d’un bloc de Styropor pour construire l’habillage d’un abribus à Hoofddorp (p. 132).  5.28  Maison construite en dur ISO avec éléments de coffrage en polystyrène expansé (EPS) : les éléments s’emboîtent les uns dans les autres comme des dominos, les vides étant ensuite remplis de béton.

5.27

5.28

part et d’autre du mur porteur en béton. Les deux faces, intérieure et extérieure, sont ensuite crépies. Ce système de construction présente l’avantage d’une mise en œuvre simple et rapide.

PROFILÉS La fabrication des profilés se fait par extrusion ou pultrusion selon la matière employée. Les profilés coextrudés sont tirés de divers matériaux ayant des propriétés spécifiques. L’exécution de formes spéciales répondant à des demandes individuelles est en principe possible mais généralement liée à l’achat d’une quantité minimale de pièces. Matériau  GFK Produit  profilés en GFK Fabricant  Fiberline ­Composites A/S www.fiberline.com

Pour les structures porteuses, les plastiques renforcés de fibres de verre sont surtout utilisés sous forme de profilés. Ceux en GFK sont fabriqués par extrusion.

5.30

Selon le procédé de fabrication, la proportion de fibres de verre peut atteindre 70 %, ce qui leur confère une extrême solidité. Ils entrent surtout en ligne de compte pour les éléments de construction porteurs. Les profilés en GFK se distinguent

5.29

par  une résistance aux UV, aux intempéries et aux produits chimiques élevée. Selon  la résine matricielle employée, ils appartiennent à la classe de matériaux de construction B1 ou B2 (DIN 4102). Il existe de nombreux types de profilés mais leurs géométries courantes correspondent aux sections des parois minces habituelles de la construction en acier. Les produits standard sont des profilés à section ouverte ou fermée, avec des épaisseurs et des formats différents. Les profilés en GFK conviennent particulièrement aux structures porteuses rigides. Ils sont également largement utilisés pour les voies de circulation des ponts. Matériau  PVC Produit  profilés PVC Fabricant  Roplasto www.roplasto.de

Les châssis de fenêtres en PVC constituent une des principales applications des profilés en plastique car ils mettent à profit la faible conductivité thermique du PVC. Les fenêtres en PVC ou les profilés de porte sont fabriqués sous forme de profilés creux, soudés entre eux pour configurer le produit fini. Pour leur assurer

5.31

78

SEMI-PRODUITS ET PRODUITS FINIS

5.29  Profilé en GFK à section ouverte.  5.30  Profilés pultrudés en GFK.

5.29

5.30

une meilleure stabilité, les profilés en plastique sont souvent renforcés d’armatures en acier. Matériau  PMMA Produit  tubes et joncs en Plexiglas Fabricant  Evonik Röhm GmbH www.evonik.com

Matériau  PMMA Produit  joncs, tubes, profilés Fabricant  Gevacril www.gevacril.com

Les profilés à section fermée arrondie ou carrée ainsi que les joncs sont fabriqués en Plexiglas XT ou GS de façon standard dans des longueurs atteignant 4000 mm. Le diamètre des joncs va de 2 à 100 mm ; celui des tubes peut varier de 5 à 650 mm. Selon le procédé de fabrication, tous les formats ne sont pas disponibles sous forme de produit extrudé ou coulé. Les joncs en acrylique de Gevacril, dont les formes varient, sont coulés ou extrudés dans des longueurs atteignant 2000 mm. Les barres rondes coulées ont un diamètre maximum de 200 mm pour une longueur de 1000 mm. Les profilés en acrylique en L, U ou H sont fabriqués en longueurs standard de 2, 3 et 6 m. Les revêtements d’un brillant métallique, proposés dans différents coloris et adaptés aux applications intérieures et extérieures, sont une de leurs particularités. La gamme de produits comprend également divers accessoires tels que charnières, coupoles ou boulons en PMMA.

Matériau  divers thermo­ plastiques Produit  joncs, tubes, profilés Fabricant  BWF Kunststoffe GmbH & Co. KG www.bwf-group.com

La société BWFKunststoffe GmbH fabrique des produits extrudés à partir de différents thermoplastiques. La palette de produits comprend des joncs et des tubes de divers diamètres et coupes transversales, ainsi qu’une grande variété de profils, de formes géométriques et de fonctions, comme des profilés de jonction et de fermeture en polycarbonate pour plaques alvéolaires, ou encore des profilés d’éclairage. Les produits sont proposés en version transparente, translucide, opaque et colorée dans plusieurs coloris.

5.32

79

PROFILÉS

5.31  Châssis de fenêtre en PVC avec profilé de renfort intérieur en acier.  5.32  Tubes et joncs

en Plexiglas. 5.31

5.32

Les profilés en élastomère sont utilisés sous différentes formes pour l’étanchéité des façades. Ils assurent l’imperméabilité entre certains éléments de façade ou font partie intégrante de cette dernière (portes et fenêtres, par exemple). Ils peuvent contribuer à l’évacuation contrôlée de l’eau de condensation. Il est possible de leur intégrer une armature métallique pour les rigidifier.

PRODUITS SPÉCIAUX Matériau  EPDM Produit  profilés EPDM Fabricant  CEFOelastic­profil-GmbH www.cefo.de

Matériau  GFK Produit  Caillebotis, grilles Fabricants  Fiberline Composites A/S ; Lichtgitter GmbH www.fiberline.com www.lichtgitter.de

Matériau  élastomères Produit  appuis en élastomère Fabricants  Maurer Söhne; Calenberg Ingenieure; Gumba GmbH; SPEBA Bauelemente GmbH www.maurer-soehne.de www.calenberg-ingenieure.de www.gumba.de www.speba.de

Outre les semi-produits et produits finis présentés ici, il existe une grande variété de produits spéciaux dont l’industrie du bâtiment ne saurait se passer. Voici une sélection de ces produits spéciaux qui occupent une place importante dans le bâtiment. Les grilles et caillebotis en GKF sont des produits en matière plastique très courants. Leurs dimensions ainsi que leurs hauteur et maillage varient. Ils peuvent être coulés ou pultrudés sous forme de grilles profilées. Les caillebotis coulés en GFK ne sont pas assemblés contrairement à ceux pultrudés en GFK. Surtout dans le domaine de la construction industrielle, les grilles en GFK représentent une variante robuste et légère aux caillebotis métalliques et sont utilisés avec succès dans les installations offshore et industrielles où les exigences en matière de résistance à la corrosion et aux intempéries sont extrêmes. Les appuis en élastomère servent à assurer une assise pratiquement sans contrainte d’éléments de construction et à éviter des sollicitations indésirables dues à des positions excentriques. Ils exploitent la ductilité élevée et la quasiincompressibilité de certains élastomères. Ils sont employés aux jonctions des

80

SEMI-PRODUITS ET PRODUITS FINIS

systèmes porteurs, là où des mouvements de structure doivent être absorbés et répartis, par exemple pour l’assise des superstructures de pont, mais aussi dans les bâtiments, spécialement les constructions à base d’éléments préfabriqués en béton. Les appuis en élastomère font partie intégrante des structures porteuses. Pour déterminer leur dimensionnement et leur composition, il faut prendre en compte les contraintes exercées mais aussi les charges verticales, les glissements horizontaux et les rotations. Les appuis en élastomère peuvent être frettés ou non frettés. Pour répondre à de fortes sollicitations, les frettages en tôles d’acier sont entourés d’élastomère et le tout est vulcanisé. Matériau  PET, PVA, PP et autres Produits  géosynthétiques Fabricants  DuPont; Tensar; Fibertex A/S www.typargeo.com www.tensar.de www.fibertex.com

Les géosynthétiques sont en général des structures planes, perméables ou imperméables, se présentant sous forme de grilles, textiles tissés ou intissés et composites. D’une haute résistance et d’une grande durabilité, ils sont économiques et faciles à mettre en œuvre. Les principales fonctions des géotextiles dans le sol sont la séparation, la filtration ou bien le renforcement. Aujourd’hui, ils sont largement exploités dans le domaine de la géotechnique et dans la construction de voies de communication, par exemple pour le renforcement et la stabilisation des sols, pour les fondations profondes et la lutte contre l’érosion. Ils permettent d’améliorer les propriétés mécaniques des sols de façon ciblée. Un type de construction particulier est celui de la terre armée, où les géosynthétiques absorbent et répartissent les forces de traction par frottement dans les sols.



6

CONSTRUIRE AVEC lES PLASTIQUES

Thermoplastiques et thermodurcissables se différencient par leur structure chimique et leurs propriétés mécaniques. En pratique, il existe donc des différences fondamentales pour construire avec les différents types de plastique. Elles vont être explicitées dans les sections du présent chapitre.

 THERMOPLASTIQUES Pour le groupe des thermoplastiques, on trouve quatre techniques d’assemblage principales : vissage, encliquetage, collage et soudage qui vont être étudiées en détail ci-après.

Vissage 6.1

Les assemblages vissés peuvent être désolidarisés et transférer les efforts de traction et de cisaillement. Ils permettent d’assembler des matériaux différents et sont notamment utilisés pour la fixation de plaques plates et profilées. Pour la configuration des détails, il est important de prendre en compte la dilatation thermique afin d’éviter des contraintes indésirables. Les plastiques cassants comme le PMMA risquent des fissures de tension et il est nécessaire de réaliser des avanttrous avec des perceuses spéciales. La vitesse de rotation de la mèche ne doit pas être trop élevée. Dans le cas de sollicitations importantes, il est donc recommandé de prévoir des couches intercalaires élastiques comme entretoises. Les filetages réalisés dans le plastique ne résistent guère à un usage répété. Il est préconisé d’intégrer des filetages métalliques dans l’élément de construction pour les assemblages vissés destinés à être montés et démontés plusieurs fois. Les vis doivent simplement être serrées à la main ; des rondelles permettent de mieux répartir les charges.

encliquetage 6.2

L’encliquetage est un des assemblages courants des éléments de construction en plastique. Cette technique est surtout employée pour les pièces planes comme, par exemple, des plaques plates, profilées ou alvéolaires. La fixation est généralement réalisée au moyen de pinces linéaires en aluminium ou en inox mais aussi d’attaches ponctuelles. Lors de leur mise en œuvre, il est important de prendre en compte la dilatation thermique relativement importante des thermoplastiques. Ce phénomène est particulièrement sensible pour les éléments de façade en polycarbonate ou en PMMA, dont le coefficient de dilatation thermique est très élevé lorsqu’ils sont soumis à de fortes variations des températures.

81

82

CONSTRUIRE AVEC DES PLASTIQUES

6.1  Assemblages vissés de plaques ondulées et de plaques alvéolaires avec entretoises.  6.2  Exemples de profilés pince : A et B : fixation selon le système de la société Rodeca, C et D : profilés courants de fixation de façades, avec sous-construction de façade, plaques alvéolaires et éléments de fixation.

6.1

6.2

A

B

C

D

COLLAGE Les assemblages collés ne peuvent pas être désolidarisés. Ils sont en général parfaitement adaptés pour les plastiques car ils permettent d’éviter les sollicitations ponctuelles. Mais il est à noter qu’aucune tolérance dimensionnelle – ou presque aucune – ne peut être admise pour les assemblages collés. Les colles sont des matériaux non métalliques qui permettent de relier les pièces à assembler par adhérence des abouts et résistance mécanique interne. On peut classer les colles selon leur composition chimique ou selon leur processus d’adhérence. Elles peuvent être à base de composés organiques ou inorganiques. Les premières, surtout des polymères, sont les plus répandues. Elles présentent des valeurs plus élevées de résistance à la rupture et au vieillissement. En ce qui concerne le processus d’adhérence, on distingue entre les colles à prise physique et celles à prise chimique. 6.3

LES colles À prise physique   sont des substances dans lesquelles le poly-

mère est déjà dans son état final et peut être appliqué sur les surfaces à assembler sous une forme permettant de le travailler. L’adhérence peut être renforcée en appliquant une pression pendant le processus. Les principales colles à prise physique sont : 6.5

Les colles humides  sont des polymères dispersés dans un solvant que l’on applique sur les surfaces à coller sous forme de substance visqueuse. L’adhérence est acquise dès que le solvant s’est évaporé. (Exemple : colles universelles, colles à solvant)

THERMOPLASTIQUES

Les colles de dispersion  reposent sur un principe similaire à celui des colles humides. Le polymère est toutefois dispersé ici dans de l’eau et nécessite un temps de prise plus long. (Exemple : colle à bois) Les colles de contact  sont fabriquées à base de caoutchouc et généralement dissoutes dans un solvant. On encolle de manière homogène les deux abouts. Après séchage, ces deux surfaces sont jointes par une brève et forte pression. On peut mettre en charge peu de temps après, mais la résistance définitive n’est obtenue qu’après évaporation totale du solvant. (Exemple : colle à vulcanisation) Les colles thermofusibles  sont disponibles sous divers états. En les chauffant, on obtient une masse visqueuse malléable. La surface d’assemblage peut être mise en charge dès le refroidissement. (Exemple : colles à chaud) Les colles À prise chimique   sont appliquées sur les abouts sous forme de 6.3

polymères réticulés ou non réticulés. La réaction chimique qui amorce la liaison des polymères entre eux ou avec l’about peut être déclenchée, par exemple, par le contact de deux composants ou par le contact d’un composant avec l’humidité ou avec l’air. C’est pourquoi ces adhésifs sont également appelés colles de réaction. Font notamment partie de ce groupe : Les colles monocomposants (PU 1K)  contiennent déjà le liant polymérisé. Le durcissement ne s’amorce cependant que par la modification des conditions ambiantes qui peut être déclenchée, par exemple, par une augmentation de la température ou par le contact avec l’humidité ou avec d’autres matières. Les colles bicomposants (PU 2K)  et les colles multicomposants sont constituées de matières séparées qui doivent être mélangées dans des proportions spécifiques pour amorcer la réaction chimique de la réticulation du polymère de la colle. Les abouts doivent être maintenus en position jusqu’au durcissement. Les silicones  se différencient des colles à polymères organiques par leur structure moléculaire à base de composés silicium-oxygène. Elles peuvent être mono ou bicomposants. Elles sont applicables en couches de plusieurs millimètres d’épaisseur, cependant le système monocomposant (1K) ne durcit que jusqu’à une épaisseur d’environ 6 mm. Elles sont élastiques et se distinguent par une grande résistance aux agents atmosphériques. Les colles aérobies  durcissent à l’air, en général sous l’effet de l’humidité de l’air. (Exemple : colles de montage) Les colles anaérobies  sont des monocomposants qui durcissent sous l’effet de l’exclusion d’oxygène et sont utilisées pour coller des métaux. Les cyanacrylates  sont des colles 1K qui réagissent avec des groupes hydroxydes à la surface des abouts et forment une couche de colle fine mais cassante. La réaction est très rapide mais l’assemblage n’est en général résistant ni à la chaleur ni à l’humidité. (Exemple : colles instantanées) Une bonne préparation des supports est indispensable pour l’efficacité d’un

6.4

assem­blage collé. Elle influence la mouillabilité des surfaces plastiques. Une bonne mouillabilité est la condition préalable pour la qualité d’un assemblage collé. Les méthodes de préparation habituelles sont le nettoyage et le dégraissage. Les

83

84

CONSTRUIRE AVEC DES PLASTIQUES

6.3  Colles à prise physique et chimique.  6.4  Mouillabilité d’une surface. À gauche : très bonne ­ ouillabilité, la colle s’étale régulièrement sur la surface. Au milieu : bonne mouillabilité, la m colle mouille une partie de la surface. À droite : mauvaise mouillabilité, la colle perle et n’adhère pas à la surface d’about.

6.3

Application du polymère de la colle à l’état final

Liaison avec l’adhésion des abouts

Prise ­d’adhérence

Solvant

Colle à prise physique

Application des différents composants de la colle à l’état non réticulé

Liaison avec l’adhésion des abouts

Prise ­d’adhérence

Colle à prise chimique

6.4

Très bon

Bon

Mauvais

Colle

About

polymères comme le polyéthylène (PE) ou le polypropylène (PP) sont difficilement mouillables en raison de leur surface apolaire ; la qualité de tenue d’un assemblage collé peut toutefois être augmentée en rendant la surface rugueuse, en la chauffant ou en appliquant un primaire. La colle à utiliser doit être choisie non seulement en fonction de la compatibilité des matériaux à coller avec les polymères de l’adhésif, mais également en tenant compte des éventuels solvants contenus dans celui-ci. En principe, il est possible d’assembler des thermoplastiques différents au moyen de colles appropriées. Les facteurs ambiants comme l’humidité, le rayonnement UV et la température peuvent avoir une incidence négative sur le collage. C’est la raison pour laquelle les assemblages par collage sont généralement réalisés en usine sous ambiance contrôlée afin d’obtenir une adhérence optimale.

THERMOPLASTIQUES

6.5  Collage des abouts de deux éléments en polycarbonate au moyen d’une colle à solvant.

6.5

SOUDAGE Le soudage permet d’assembler des plastiques sans liant supplémentaire. Il consiste à relier les surfaces sous l’effet de la chaleur et de la pression. En général, ce sont des matériaux de même nature qui peuvent être assemblés par soudage. Dans des cas exceptionnels, il est également possible de souder des thermoplastiques différents si leurs structures chimiques présentent une compatibilité suffisante ; cependant, les températures de fusion des deux matériaux doivent être aussi voisines que possible. Le soudage par élément chauffant  permet d’obtenir une grande qualité de joint. Les surfaces à raccorder sont d’abord chauffées jusqu’au point de fusion par un poinçon chauffant puis serrées ensemble par une légère pression. Les éléments chauffants des installations de soudage sont adaptés à la géométrie des abouts. Ce procédé est propre à la production en grande série, par exemple pour des menuiseries en PVC. 6.6

Le soudage à l’air chaud  est réalisé manuellement. Les surfaces à assembler et la matière d’apport sont fondues à l’air chaud, puis jointes. Ce procédé est utilisé pour la production de séries limitées et de prototypes.

6.7

Le soudage par vibrations  est un procédé mécanique qui permet de raccorder par soudage des surfaces jusqu’à 300 cm2. Il consiste à fixer deux éléments plats dans une machine sous une légère pression. L’un des éléments est soumis à des vibrations, générant ainsi l’énergie requise pour faire fondre la surface. En comprimant les deux éléments l’un contre l’autre, on obtient un raccordement très résistant.

6.8

Le soudage par ultrasons  repose sur un principe similaire au soudage par vibrations, à la différence que la chaleur de friction est obtenue par des ondes sonores. Il permet de réaliser des assemblages très résistants à des cadences très rapides, principalement pour la production en série de petits éléments.

6.9

Le soudage au laser  est un procédé dont le principe repose sur les aptitudes diffé­ rentes des deux éléments à absorber le rayon laser.

85

86

CONSTRUIRE AVEC DES PLASTIQUES

6.6  Soudage à l’air chaud : les surfaces des joints et la matière d’apport de soudage sont fondues à l’air

chaud puis assemblées.  6.7  Soudage par vibrations :  deux éléments sont fixés dans la machine sous une légère pression. L’un d’eux est soumis à des vibrations, la surface fond et est ensuite comprimée contre l’autre élément.  6.8  Soudage par ultrasons : la fusion de la surface est réalisée au moyen d’ondes sonores.  6.9  Soudage au laser : l’élément placé au-dessus est perméable au rayon laser, qui peut ainsi parvenir jusqu’à l’élément placé en dessous et y générer l’énergie thermique nécessaire.

6.6

6.7 Élément 2 Vibrations

Pression Élément 1 Fusion de la surface

Matière d’apport de soudage

Élément 1

Élément 2

6.8

6.9

Chauffage de la surface par absorption du rayon laser Ondes sonores

Élément 1

Rayon laser Élément 1 perméable au laser Élément 2

Élément 2

Avec ce procédé, l’élément placé au-dessus est perméable au rayon laser, qui peut ainsi parvenir jusqu’à l’élément placé en dessous. Dès qu’il entre en contact avec la surface de ce dernier, le rayon laser produit une énergie thermique qui est transférée entre les deux composants. Il suffit ensuite de finaliser le raccordement par une légère pression. Le comportement d’absorption des deux éléments à raccorder peut être modifié au moyen de pigments de manière à obtenir une apparence extérieure identique pour les deux matériaux malgré leurs caractéristiques d’absorption différentes. Le soudage au laser est préconisé lorsque les points de fixation sont difficilement accessibles. Il permet également de raccorder divers thermoplastiques et même des matériaux de nature différente comme, par exemple, des plastiques et des métaux.

 THERMODURCISSABLES Les plastiques renforcés de fibres constituent en pratique le groupe principal parmi les thermodurcissables, si bien que les deux termes sont souvent utilisés comme synonymes. Le vissage et le collage sont les techniques d’assemblage usuelles pour ce groupe.

87

THERMODURCISSABLES

6.10 Flux des forces dans un assemblage vissé : force perpendiculaire de la vis transmise dans ­l’élément par des diagonales de compression FD, d’ou sollicitations de traction transversales FZ par lesquelles les composantes horizontales des efforts de compression obliques sont neutralisées.  6.11 ­Mécanismes des défaillances par cisaillement dans un assemblage vissé A : rupture de la section nette, B : fracturation du profilé, C : défaillance à la pression latérale, D : défaillance sur traction transversale, E : défail­ lance des diagonales de compression.

6.10

6.11 P/2

P/2

P

FD

FD

A

B

C

D

E

FZ

Vissage 6.10

Le vissage est utilisé pour les plastiques renforcés de fibres lorsque les assemblages doivent pouvoir être désolidarisés ou si l’assemblage par collage ne semble pas possible sur site pour des raisons techniques. On utilise en général de grandes rondelles afin de minimiser la compression transversale au sens des fibres. En particulier dans les assemblages vissés soumis au cisaillement, la disposition des fibres généralement orientées dans un seul sens et la quasi-absence de possibilité de redistribution des contraintes altèrent souvent la résistance d’assemblage. Dans ces assemblages, il faut d’une part que les forces de contact entre le plastique renforcé de fibres et la vis soient absorbées (justification de la pression latérale) mais d’autre part que le flux des forces dans l’environnement direct du transfert des charges soit pris en compte. Cela entraîne,dans les profilés pul-

6.11

trudés, différents mécanismes de défaillance en ce qui concerne les assemblages sollicités en cisaillement, par exemple une défaillance à la traction transversale dans la zone de transfert des forces. Outre ces assurances, il est nécessaire de garantir également la résistance au cisaillement de la vis. Pour les raisons citées, les contraintes transmissibles sont généralement assez faibles, en particulier pour les assemblages vissés sollicités transversalement. Il est en principe possible de mettre des assemblages vissés en précontrainte mais cette dernière doit être contrôlée et éventuellement réajustée en raison de la propension au fluage prononcée des plastiques renforcés de fibres. Les avantages de l’assemblage vissé sont un montage simple et son insensibilité aux agents atmosphériques. Cependant, le transfert ponctuel des forces des assemblages vissés développé pour les constructions métalliques et repris pour la construction avec des plastiques n’est pas approprié dans tous les cas pour l’assemblage d’éléments renforcés de fibres de verre, en raison du comportement anisotrope de ces derniers. Pour les raccords vissés d’éléments stratifiés manuellement, il existe des fixations spéciales en acier intégrées lors du processus de

88

CONSTRUIRE AVEC DES PLASTIQUES

6.12  La pièce en acier insérée dans les éléments stratifiés manuellement procure une meilleure ­résistance à l’arrachement du raccord vissé.

6.12

6.12

fabrication. Elles se composent d’une plaquette perforée sur laquelle est soudée une tige filetée (ou un écrou fileté). Les diamètres courants vont de M4 à M12. Leur intégration directe dans l’élément permet d’obtenir des résistances à l’arrachement plus élevées au point de vissage.

COLLAGE 6.13

Le collage est un procédé d’assemblage très adapté aux plastiques renforcés de fibres, car il garantit un transfert des charges sur toute la surface de contact. La colle doit être choisie avec soin. Dans chaque cas, le fabricant devrait réaliser un essai de qualification. Dans un assemblage collé, on distingue plusieurs couches : les deux éléments,

6.15

la couche de colle et les couches de surface entre les éléments à assembler et la couche de colle. Pour le transfert des forces dans une couche de colle, on sub-

6.14

divise entre adhérence à l’élément à assembler (adhésion) et résistance interne (cohésion). Il existe diverses théories pour expliquer les très complexes phénomènes ­d’adhérence. En substance, leur cause se retrouve dans la structure des matériaux. Ces derniers sont composés de molécules et d’atomes s’attirant mutuellement par des forces électriques réparties en leur sein de manière homogène. À la surface, les atomes ou les molécules ne possèdent pas de voisin équivalent et, selon leur structure, sont en mesure – ou non – de s’allier à d’autres substances, par exemple des particules de poussière ou des gouttes d’eau. De la même manière, les molécules polymères d’une colle établissent également des liens avec la surface d’un élément à assembler. La structure polymère ou la composition de la première sont alors conçues pour être adaptées à celle du second. Cela explique pourquoi l’utilisabilité d’une colle est toujours fonction de matériaux bien précis. La plage d’activité des forces d’adhésion se situe entre 0,2 et 1 nm, et même des surfaces extrêmement lisses peuvent les exploiter. La préparation des sur-

89

THERMODURCISSABLES

6.13  Classification des colles en fonction de leurs composants.

6.13 Colles

Composés organiques

Composés inorganiques

Base naturelle

Base synthétique

Albumine Hydrates de carbone Résines

Composés carbonés avec les éléments – hydrogène – oxygène – azote – chlore – soufre

Produits, par exemple : colles

Silicones

Silicates Borates Phosphates Oxydes métalliques Produits, par exemple : Verre de scellement

Produits, par exemple : colles acryliques colles à la résine époxy colles polyuréthane

faces est très importante. En effet, des surfaces poussiéreuses ou humides ne peuvent plus avoir l’adhérence nécessaire. En ce qui concerne l’adhérence, on distingue deux catégories : adhésion mécanique et adhésion spécifique (physico-chimique). La première est un « ancrage » mécanique de la couche de colle dans les pores ou les capillaires de la surface de contact de l’élément à raccorder. Elle joue un rôle très important lorsque les surfaces à coller sont très rugueuses et poreuses comme, par exemple, le bois, les expansés, le carton, etc. En revanche, pour des surfaces lisses ou à rugosité faible, leur contribution à la qualité générale du collage sera médiocre. Par adhésion spécifique (physico-chimique), on entend les forces de liaison qui reposent sur des principes chimiques, physiques et thermodynamiques. La deuxième caractéristique essentielle pour la résistance d’un assemblage collé est la cohésion, à savoir les forces de liaison à l’intérieur d’une couche de colle. Par ce terme, on entend toutes les forces d’attraction entre atomes ou molécules au sein d’une substance. La force de cohésion est une valeur dépendant du matériau et de la température. Elle est déterminée par les divers types de liaisons (liaisons de valence principale et liaisons de valence secondaire). Elle dépend notamment de la qualité de l’exécution. Les inclusions d’air, une mauvaise préparation du mélange des composants, des temps de durcissement trop courts et le non-respect de la température de durcissement requise ont une influence négative. Pour la résistance d’un assemblage collé, le rapport entre cohésion et adhésion est primordial. Une cohésion trop importante par rapport à l’adhésion, ou l’inverse, n’apporte aucun avantage. Outre les mécanismes d’« adhésion » et de « cohésion » d’une couche de colle, il est possible de préciser les processus de défaillance. À savoir, la rupture d’adhésion, la rupture de cohésion, la rupture mixte et la rupture de l’élément à raccorder. 6.16

On parle de rupture d’adhésion lorsqu’il n’est pas possible de constater visuellement des résidus de colle sur les éléments à raccorder ni des résidus d’éléments à raccorder sur la couche de colle. Dans la pratique, ces ruptures d’adhésion sont

90

CONSTRUIRE AVEC DES PLASTIQUES

6.14  Forces d’adhésion et de cohésion dans un collage.  6.15  Configuration des couches d’un collage.  6.16  Types de rupture des assemblages collés.

6.14

6.15 Élément 1

Élément 1 Couche de surface 1 Couche de colle

Adhésion

Couche de surface 2

Cohésion

Élément 2

Élément 2

6.16

Rupture d’adhésion

Rupture de cohésion

Rupture mixte adhésion/cohésion

Rupture du matériau (rupture d’un des éléments à assembler)

souvent le signe que la préparation des surfaces n’a pas été faite ou a été insuffisante ou encore que la colle utilisée n’est pas adaptée aux supports prévus. En revanche, une rupture de cohésion se produit si la résistance mécanique de la colle est épuisée. L’adhésion de celle-ci à l’about est plus forte que sa cohésion. Le collage se rompt au sein de sa couche. Cela se produit notamment avec des éléments très résistants, comme les métaux, par exemple. Si la force de cohésion ne répond pas aux attentes, cela peut être imputable à un durcissement insuffisant ou à une mauvaise proportion des composants de la colle. Lorsque ces deux types de défaillances se produisent simultanément, on parle de rupture mixte. La cause peut alors être imputable à un dégraissage insuffisant des surfaces de contact. Outre ces trois types de ruptures, on peut également être confronté à une rupture des éléments à raccorder. Ce cas peut se produire si les forces d’adhésion et de cohésion dépassent la résistance des éléments à raccorder. Lors du collage de deux composants renforcés de fibres de verre, on vise en général une défaillance des points de collage par rupture d’un des éléments à assembler, afin de mettre à profit la résistance des matériaux de ces éléments. Outre les propriétés de la colle, la géométrie des abouts et le type et la force 6.17

des sollicitations ont également une influence sur la résistance de l’assemblage collé. Parmi ces contraintes, on distingue les normales (en général traction), celles de cisaillement et celles de pelage. Ces dernières, c’est-à-dire les sollicitations

91

THERMODURCISSABLES

6.17  Exemples de configurations de collages : défavorable (a) ; favorable (b).

6.17

a

b

92

CONSTRUIRE AVEC DES PLASTIQUES

pouvant entraîner le détachement d’un des deux éléments assemblés, sont généralement à éviter. De même, les sollicitations en flexion doivent être écartées dans les joints collés et décomposées en efforts de traction et de pression surfaciques. Le respect de ces consignes permet d’obtenir des géométries de collage standard qui peuvent être classées en « favorables » ou « défavorables » face à une contrainte déterminée. Lors de la préparation des surfaces de pièces en plastique renforcé de fibres, il est important d’éviter d’endommager ces dernières afin de garantir un transfert homogène des forces, y compris dans la couche de surface. Le dégraissage des surfaces est la méthode de nettoyage la moins agressive. La préparation mécanique doit être réalisée avec soin et, le cas échéant, ne consister qu’à éliminer les couches de surface pouvant altérer la résistance, par exemple les agents de démoulage. On utilisera pour ce faire du papier de verre à grain fin ou une toile émeri. Les tissus d’arrachage constituent également une forme de préparation mécanique : on applique en dernier des tissus de nylon sur la surface d’un stratifié non encore complètement durci, puis on les retire après le durcissement. Cette méthode procure une surface propre et structurée sur laquelle la colle peut être appliquée directement. Il existe également d’autres procédés de préparation des surfaces, mais ils sont souvent très coûteux.

DIMENSIONNEMENT NORMALISATION

Au vu de la diversité des types de fabrication, des composants et des fabricants, il n’existe pas de norme générale réglementant la conception et le dimensionnement des éléments de construction en plastique renforcé de fibres de verre (GFK). Actuellement, il n’y a pas de règles édictées par les organismes de contrôle technique du bâtiment. Les normes DIN 18820 et DIN EN 13706 sont importantes. La partie 1 de la norme DIN 18820 traite de la conception, de la fabrication et des propriétés des stratifiés en résines polyester renforcées de verre textile. La partie 2 s’occupe des caractéristiques physiques, telles que résistance et rigidité, des stratifiés standard. La partie 3 décrit les mesures de protection et indique des coefficients de diminution de résistance en fonction des influences de l’environnement et la partie 4 regroupe des indications pour les tests et le contrôle de la qualité. La norme EN 13706, dans ses parties 1 à 3, est dédiée aux profilés pultrudés ; elle réglemente les méthodes d’essai et fournit des indications sur les exigences générales. Il s’agit notamment, avec les types E23 et E17, des catégories de qualité avec les propriétés minimales respectives. D’autre part, la directive VDI 2014 donne des informations très utiles sur le développement et le calcul des éléments de construction en plastiques renforcés de fibres. Le projet de réglementation « Éléments de construction porteurs en plastique dans le bâtiment » du BÜV (Bau-Überwachungsverein – Association ­allemande de surveillance des matériaux de construction) pour les éléments porteurs en plastique dans le bâtiment, propose un concept de sécurité pour le dimensionnement. Il répertorie notamment les influences du type de ­fabrication, de la durée d’exposition et des conditions d’utilisation. Le document « EURO COMP

THERMODURCISSABLES

6.18  Poutre d’essai avec méthode de calcul comparatif des éléments finis (Finite-Element Method).

6.18

Design Code and Handbook » fournit un récapitulatif complet de l’état des techniques pour la conception et le dimensionnement d’éléments de construction en plastiques renforcés de fibres. Par ailleurs, les fabricants éditent fréquemment des documentations techniques très détaillées qui procurent des informa­ tions sur les propriétés de leurs matériaux spécifiques et sur les principes de dimensionnement. DIMENSIONNEMENT ANALYTIQUE ET EXPÉRIMENTAL

Il existe différentes méthodes de dimensionnement analytique pour les éléments de construction en plastiques renforcés de fibres. D’après la théorie classique sur les stratifiés, on décompose un élément à analyser couche par couche. Les propriétés de chaque couche dépendent des fibres et de la matrice utilisées. On calcule d’abord les allongements, puis les tensions dans chaque couche. Pour pouvoir utiliser cette méthode, il est nécessaire d’avoir une connaissance précise de la constitution du stratifié. On utilise, par exemple pour des pré-dimensionnements plus simples, des diagrammes appelés Carpet Plots. Ils renseignent, pour les stratifiés standard, sur les propriétés du coefficient d’élasticité et de la dilatation thermique dans différents sens en fonction de l’épaisseur des couches. Cette démarche de modélisation n’est que rarement utilisée dans le bâtiment parce qu’il est relativement difficile de déterminer la disposition exacte des fibres dans les semi-produits courants comme les profilés pultrudés. C’est la raison pour laquelle, en général, on calcule les sollicitations sur la section transversale de la totalité de l’élément et on les compare avec les résistances caractéristiques.

93

94

CONSTRUIRE AVEC DES PLASTIQUES

Les contraintes peuvent être calculées par la méthode connue de statique des constructions ou par des calculs d’éléments finis. La forte propension au fluage des éléments de construction en plastique est prise en considération par divers facteurs d’influence, tels que la durée de charge, les effets des agents atmosphériques et des changements de température. Les résistances des plastiques renforcés de fibres dépendent d’un grand nombre de facteurs, notamment de leur géométrie, de la méthode de fabrication et du pourcentage de fibres. Les méthodes de calcul ne permettent pas, dans de 6.18

nombreux cas, d’en tirer des propriétés suffisamment précises. Dans ces cas, il est alors nécessaire de déterminer les valeurs caractéristiques recherchées – résistance, rigidité – par des essais sur les matériaux ou les éléments de construction. En règle générale, on procède à des séries d’expériences sur cinq échantillons et plus pour calculer des limites caractéristiques.

RÉSISTANCE ET DURABILITÉ Les plastiques renforcés de fibres présentent une grande durabilité et une bonne résistance aux agents atmosphériques. Des désordres dus à l’absorption d’eau ou à des expositions aux UV sont devenus de plus en plus rares grâce à l’optimisation continuelle des composants. Il n’en reste pas moins que ces plastiques doivent toujours être dotés d’une protection de surface, par exemple une couche gélifiée (gelcoat) ou une laque qui garantit leur durabilité. Lors du procédé de pultrusion sont mis en œuvre des intissés qui améliorent la robustesse des zones proches de la surface. De même, il est impératif de protéger les bords de coupe. Le contrôle des détériorations mécaniques, de la formation de fissures dans le stratifié, de boursouflures ou de gonflements fait partie de l’entretien courant des éléments de construction porteurs en plastiques renforcés de fibres.

95



7

Le plastique EN FONCTION ENVELOPPANTE

Les possibilités d’utilisation des plastiques dans la construction sont très diver­ ses :  équipement technique des bâtiments, aménagement intérieur, façades ou revêtement plastique intégral de bâtiments, construction de structures porteuses haute performance. Après une longue phase où ils ont été principalement utilisés dans des domaines spécifiques tels que bâtiments industriels ou équipements techniques, un nouvel élan est perceptible dans les enveloppes de bâtiments et de structures porteuses. À la différence de l’époque héroïque de l’architecture en plastique, on trouve aujourd’hui sur le marché un grand nombre de produits et de semi-produits économiquement et esthétiquement intéressants. L’utilisation fréquente de ces nouveaux matériaux dans la vie quotidienne a certainement contribué à réduire les préjugés à leur encontre. Les projets présentés ci-après constituent un panorama large mais non exhaustif de l’évolution de leur utilisation. Ils sont présentés en respectant la division selon la fonction classique et judicieuse : enveloppes (chapitre 7), d’une part, et structures porteuses (chapitre 8), d’autre part. Réunir ces deux rôles en une seule couche (chapitre 9) constitue un des défis actuels du BTP. Il est à noter que la répartition des exemples dans l’une ou l’autre de ces catégories n’est pas toujours évidente car la fonction enveloppante est souvent liée à la fonction porteuse, et c’est en général le cas dans les constructions de faible portée. Dans ce chapitre, nous montrons des exemples où les plastiques forment – au moins partiellement – l’enveloppe des bâtiments. Les façades en déterminent l’apparence, tout comme l’expression architecturale d’une construction. Elles séparent l’intérieur de l’extérieur et doivent assurer la protection de ses occupants contre les intempéries tout en restant translucides, – au moins en partie. Les nombreuses possibilités offertes par les polymères, du point de vue ­couleur, structure de la surface, comportement à la lumière, sont une des raisons de leur mise en œuvre. À côté de l’aspect artistique, ce qui importe avant tout est de savoir s’ils sont en mesure de répondre aux exigences de la physique du bâtiment, par exemple d’assurer l’isolation thermique ou acoustique. Les façades en plastique ne sont en principe capables de remplir ces conditions qu’en leur joignant des couches supplémentaires (protection thermique, double vitrage ou panneau sandwich). La structure des enveloppes est aujourd’hui souvent beaucoup plus complexe mais aussi plus efficace qu’autrefois. Les plastiques contribuent à ce progrès.

96

EXEMPLES ET PROJETS

Chanel Mobile Art Pavilion

Lieux  Hongkong, Chine ; Tokyo, Japon ; New York, États-Unis Matériaux  GFK (façade), ETFE (lanterneaux) Achèvement   2008

Études et projet architectural  Zaha Hadid ­Architects Études et projet structures  ARUP Fabrication éléments en GFK  Stage One Creative Services Ltd

Le Pavillon Mobile Art de Chanel sert d’espace d’exposition pour des œuvres qui, inspirées par le célèbre couturier, ont été spécialement créées pour le pavillon. Il a été conçu comme ouvrage temporaire dans différentes métropoles. Le concept d’espace est basé sur une forme torique dont la projection horizontale est quelque peu triangulaire. L’accès au pavillon se fait par une terrasse se situant entre la salle d’exposition et un guichet d’entrée. D’une surface d’environ 700 m2, l’espace d’exposition est disposé autour d’un patio central de 65 m2, prévu comme aire de repos et pouvant servir pour certains événements. Des lanterneaux (coussins en ETFE) sur le pourtour et au-dessus du patio procurent de jour un éclairage naturel. Une ossature en acier constitue la principale structure porteuse du pavillon de 6 m de hauteur. Les nervures cintrées en profilés IPN dont la disposition radiale épouse en gros la géométrie complexe du bâtiment servent également de support pour les éléments de façade en plastique. Ces éléments armés de fibres de verre présentent des relevés de rive vissés à la structure porteuse par des pièces d’acier collées et également vissées sur l’élément en usine, qui se trouvent dans les joints verticaux. Ces joints entre les panneaux rythment la surface de l’enveloppe. La géométrie du bâtiment a été réalisée à l’aide d’un programme de CAO. Cette méthode a permis d’assurer la continuité entre l’esquisse et la fabrication de chaque pièce. Étant donné les courbures diverses de l’enveloppe, il a été nécessaire de construire un moule spécifique pour chacun des 400 éléments en plastique renforcé de fibres de verre (GFK). Ceux-ci ont été confectionnés par stratification manuelle puis laqués. De 12 mm d’épaisseur, ils sont réalisés en panneaux sandwich avec plusieurs couches de noyau et deux couches de surface en résine polyester. Les normes de protection incendie des composants ont été certifiées par des essais. Une toile élastique recouvre le volume intérieur. Pour permettre leur transport, les dimensions des différents éléments sont limitées à 2,25 m. Le projet étonne par la transposition sans compromis d’un concept à géométrie complexe en ouvrage concret et démontre de manière impressionnante la malléabilité des plastiques.

97

LE PLASTIQUE EN FONCTION ENVELOPPANTE

1  Vue générale du pavillon.  2 Détail de la façade.  3 Montage de la façade.  4 Aperçu des fonctions ­

du bâtiment.

1

2

3

4

A

Salle d’exposition

Patio

B

Vestiaire Terrasse

Guichet

Entrée

A 01

5

10 m

B

98

EXEMPLES ET PROJETS

BMW Bubble

Lieux  Francfort, Berlin, Allemagne Matériau  PMMA Achèvement  1999

Études et projet architectural  Bernhard Franken avec ABB Architekten Études et projet structures  Bollinger + Grohmann Ingenieure Exécution  Metallbau Pagitz

La BMW Bubble a été conçue en 1999 comme pavillon d’exposition de BMW au salon international de l’automobile IAA de Francfort. Conçue à l’aide d’un ordinateur, la forme de base évoque deux gouttes d’eau en train de s’unir. Cette métaphore sur le thème de l’exposition, Clean Energy, a été imaginée pour attirer l’attention du public sur le développement des motorisations alternatives pour les voitures. De 24 m de long sur 16 m de large et 8 m de hauteur, le pavillon devait, à l’origine, comporter une enveloppe plastique transparente entièrement autoporteuse. Mais, pour des raisons de délais notamment, il n’a pas été possible d’en confectionner une par collage de panneaux transparents. Un autre mode de structure porteuse a donc été choisi, qui a permis de transposer de manière efficace et économique le concept architectonique. Les structures porteuses effectivement réalisées s’inspirent des constructions à membrures en contreplaqué ; elles ont servi d’aide au montage de l’enveloppe plastique au cours d’un essai. La structure primaire est en fait constituée de membrures d’aluminium croisées. Chacune se compose de trois couches de fine tôle d’aluminium, reliées par des vis. D’une surface totale de 960 m2, l’enveloppe se compose de 305 panneaux transparents incurvés d’une épaisseur de 8 mm. Chacun a été formé à chaud à partir de blocs de PUR fraisés. Des panneaux en PMMA servent de contreventement et sont fixés par des pattes vissées dans les membrures en traversant les joints. Ces joints sont par ailleurs passés à la silicone par méthode humide. Le pavillon est doté de deux issues de secours séparées de plain-pied et de sprinklers, afin de répondre aux prescriptions légales. Une solution très innovante a été trouvée pour l’accès. Un élément de plastique de forme sphérique s’intégrant dans l’enveloppe du bâtiment constitue la porte d’entrée. Il se dresse entre deux membrures verticales et coulisse vers l’extérieur sur deux rails. Son encadrement est constitué d’un profilé d’aluminium s’adaptant géométriquement à sa surface incurvée.

99

LE PLASTIQUE EN FONCTION ENVELOPPANTE

1 Une solution innovante a été trouvée pour la conception de la porte de la structure incurvée : la porte

coulisse vers l’extérieur sur deux rails parallèles.  2 La BMW Bubble au salon IAA de Francfort.  3  Phase de construction : la zone supérieure des bulles est déjà recouverte de panneaux en PMMA.

1

2

3

100

EXEMPLES ET PROJETS

Kunsthaus Graz

Lieu  Graz, Autriche Matériau  PMMA Achèvement  2003

Étude générale  Arbeitsgemeinschaft Kunsthaus :  spacelab-cook fournier, Bollinger + Grohmann ­Ingenieure, Architektur Consult ZT

Le « friendly alien » est le lauréat d’un concours, lancé par la ville de Graz, pour la réalisation d’un musée. Le projet de Peter Cook et Colin Fournier représente un geste architectonique spectaculaire. Conception et réalisation ont été assurées par un groupe interdisciplinaire spécialement réuni pour ce projet. Les dimensions au sol de ce bâtiment organique sont de 64 × 40 m. Il est doté d’une façade en plastique translucide à joints ouverts devant une enveloppe d’isolation thermique. Son apparence est marquée par des puits de lumière (appelés nozzles) qui auraient dû être mobiles,afin de suivre la course du soleil. La structure principale, une coque en acier faite de mailles triangulaires, épouse la géométrie complexe du bâtiment en formant un polygone. Des panneaux sandwich en tôle d’acier et une couche d’isolation de 160 mm étanchéifiée par des lés en plastique clôturent l’espace. Au-dessus de cette enveloppe climatique sont disposés des panneaux incurvés en PMMA, d’environ 2 × 3 m, qui évoquent une forme organique ondulante. Présentant des courbures diverses, ils ont été confectionnés individuellement par thermoformage à partir des blocs de PUR fraisés par commande numérique. En PMMA de 20 mm d’épaisseur, ils sont teintés en bleu dans la masse et montés sur la structure au moyen de supports et de fixations ponctuelles en inox percées tous les 30 à 70 cm. Ils sont en outre placés sur des plaques isostatiques afin d’éviter les contraintes thermiques. Les joints sont laissés ouverts pour évacuer les eaux de pluie sur le film d’étanchéité disposé en dessous. Des têtes d’extinction (sprinklers), placées à intervalles réguliers, font partie du système de protection incendie. Les 1300 panneaux translucides en PMMA ont en outre été réalisés avec un produit ignifugeant. Derrière eux sont installés des tubes fluorescents cylindriques à commande individuelle formant avec l’enveloppe en plastique une façade multimédia.

101

LE PLASTIQUE EN FONCTION ENVELOPPANTE

1  Kunsthaus Graz.  2 Montage des éléments PMMA sur les bras de support. La surface grise de l’en-

veloppe du bâtiment est la couche d’évacuation des eaux.  3 Coupe de détail de la construction de la ­toiture.  4  Bras de support des panneaux en plastique avec tête d’extinction.

1

2

a  Plexiglas 20 mm  b  Points d’attache du plexiglas, sur palier élastique  c  Bras de support, orientables  d Sprinklers  e Conduite sprinklers  f  Èclairages BIX  g Conduites électriques  h Tige-support en acier inox, alésage Ø 30 mm  i Lé d’étanchéité en plastique, collé, 9 mm  j  Bande bitume élastomère  k Isolation verre cellulaire 160 mm  l Étanchéité supplémentaire  m  Panneaux tôle inox F30 avec ­isolation par laine de roche  n  Poutre primaire en acier  o  Vide avec installations techniques  p Tissu de mailles métalliques – peau intérieure

d a

b c

h

4

g

e

f i, j

o

n

p

k

l

m

3

102

EXEMPLES ET PROJETS

GARE FERROVIAIRE D’Emsdetten

Lieu  Emsdetten, Allemagne Matériaux  GFK, PMMA Achèvement  2002 (gare routière centrale – ZOB) ; 2009 (auvent de quai et passage souterrain)

Études et projet architectural  OX2architekten Études et projet structures  Führer-Kosch-Jürges (ZOB) ; DB Projektbau GmbH (auvents des quais ferroviaires et passage souterrain) Fabrication des plastiques de la ZOB  BWH-Bücker Kunststoffe

La conception et la réalisation d’un auvent de quai, d’un passage souterrain et de la gare routière centrale (ZOB), ont constitué un projet global visant à revaloriser et à revitaliser la zone urbaine de la gare ferroviaire. La première tranche de travaux a concerné la gare routière centrale (ZOB). L’auvent de la gare routière, de 50 m de long, est supporté par une structure métallique modulaire ; cette dernière se compose de cinq poteaux en X disposés le long de l’axe longitudinal et de profilés en tube rond cintré placés symétriquement de part et d’autre. La couverture du toit se compose de voiles colorés en plastique renforcé de fibres de verre (GFK) et d’un tuilage en plaques de verre de sécurité feuilleté (VSG) fixées ponctuellement. De plan triangulaire, les éléments en GFK se déploient de part et d’autre sur près de 10 m et se terminent par des rebords de 100 cm de haut qui servent aussi de protection contre la pluie. Chaque module pèse environ 900 kg et couvre une surface de 25 m2. Ces éléments moulés en GFK conçus comme corps creux sont constitués d’une coque inférieure et d’une coque supérieure avec un système intégré d’intercalaires, assemblés pour constituer des éléments autoportants. Pour la fabrication des éléments en GFK, on a d’abord réalisé le moule positif, puis un moule négatif pour la stratification. Les coques supérieure et inférieure ont été collées ensemble en usine. Les reprises des joints collés ont ensuite été effectuées par ponçage et polissage. Le stratifié de 6 mm d’épaisseur a été confectionné en résine polyester avec un renfort en mats de fibres. La couche gélifiée (gelcoat) assurant la protection de surface a été teintée à la couleur souhaitée. Les éléments triangulaires en plastique sont fixés par dix vis à la structure métallique au niveau de leur rebord plat. Un petit relevé sur les bords intérieurs sert à l’évacuation des eaux pluviales. La nuit, l’illumination des éléments moulés en plastique GFK procure un éclairage indirect des aires d’attente des passagers. La conception des auvents des quais ferroviaires est similaire à celle de la gare routière (ZOB) : construction en tubes métalliques avec, en couverture suspendue, des éléments en plastique GFK coloré alternant avec un vitrage teinté. Les dix éléments en GFK jaune couvrent chacun une surface de 23 m2. Les deux ailerons de part et d’autre des voies signalent l’accès au passage souterrain dont l’auvent est composé d’une ossature métallique en encorbellement supportée par deux poteaux à l’entrée de l’escalier. La structure métallique est habillée de panneaux translucides en PMMA, orange dans la zone supérieure et le long des bords et blanc translucide dans la partie inférieure. La disposition en tuilage des panneaux dans les zones latérale et supérieure empêchent la pénétration des eaux pluviales.

LE PLASTIQUE EN FONCTION ENVELOPPANTE

Afin d’assurer une continuité architecturale d’un quai à l’autre, le revêtement en plastique des ailerons a été prolongé dans le passage souterrain. Dans cette zone, les panneaux sont disposés à plat sur une ossature métallique, leur fixation étant assurée par des supports ponctuels. L’éclairage est intégré dans l’espace entre gros œuvre et éléments en PMMA. Ainsi, les exigences de sécurité requises pour les passages souterrains sont remplies et on a, en sus, créé une impression de continuité des espaces. L’utilisation de panneaux en plastique de catégorie B2 (correspondant à la classification M3 en France) dans le passage souterrain a requis une expertise de protection incendie. Les éléments en plastique des deux ouvrages sont un exemple abouti de construction modulaire avec des polymères et de préfabrication en série.

1  Plan : quai avec auvent et souterrain, gare routière devant la gare ferroviaire.  2 Auvent de la gare

­routière d’Emsdetten.

1

0

2

10 m

103

104

EXEMPLES ET PROJETS

3 Coupe et vue aérienne de la gare routière.  4  Perspective en biais : une construction métallique modu-

laire supporte la couverture en GFK. Des parties vitrées, teintées, suspendues à la structure métallique alternent avec les éléments en GFK.  5 Installation d’un élément en GFK en forme de voilure sur l’auvent de la gare routière.

3

0 1

4

5

5

10 m

LE PLASTIQUE EN FONCTION ENVELOPPANTE

6 L’aileron avec la couverture en PMMA translucide coloré signale l’entrée du passage souterrain.  7 Coupe du passage souterrain.  8 Détail de la rive : les panneaux en PMMA qui se chevauchent sont

fixés sur l’ossature métallique par des supports ponctuels.

6

7

8

105

106

EXEMPLES ET PROJETS

Idee Workstation

Lieu  Tokyo, Japon Matériau  polycarbonate Achèvement  1996

Études et projet architectural  Klein Dytham ­architecture Fabrication polycarbonate  Asahi Glass

Idee Workstation est le showroom d’un fabricant de mobilier japonais érigé sur le site d’une ancienne station-service. Les salles d’exposition sont réparties sur trois niveaux et présentent, côté rue, une façade entièrement vitrée. Aux deux niveaux supérieurs, cette dernière est à double peau. La peau intérieure, qui s’étend sur toute la hauteur du bâtiment, est composée d’éléments vitrés de hauteur d’étage revêtus par endroits des films colorés. Devant la façade côté rue, une enveloppe de plastique a été installée devant le vitrage : elle sert de filtre visuel éclipsant l’environnement urbain et contribue ainsi à créer une atmosphère plus détendue à l’intérieur du bâtiment pour les clients et les visiteurs. Cette strate extérieure est constituée de plaques de polycarbonate alvéolaire transparentes et incurvées sur un seul axe, qui sont fixées au moyen de profilés en U. Ces profilés sont fixés à des poutres métalliques en saillie. La façade étant orientée à l’ouest, la lumière du soleil couchant est filtrée à travers ces éléments de plastique légèrement translucides et se reflète à l’intérieur, sur le sol et les murs, en créant des zones colorées. Grâce à divers degrés de transparence de la façade, les salles d’exposition bénéficient tout au long de la journée d’un éclairage optimal et, la nuit, le bâtiment devient un objet lumineux. Afin de répondre aux exigences de protection incendie, l’enveloppe de plastique suspendue n’a pas été déclarée comme partie du bâtiment mais comme attribut architectural à des fins publicitaires.

107

LE PLASTIQUE EN FONCTION ENVELOPPANTE

1  Vue générale.  2  Vue nocturne de la façade.  3  Espace intérieur : la lumière du soleil est filtrée

par la légère translucidité des panneaux de polycarbonate alvéolaire et par les films colorés sur les surfaces vitrées.

2

1

3

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EXEMPLES ET PROJETS

Reiss Headquarters

Lieu  Londres, Grande-Bretagne Matériau  PMMA Achèvement  2007

Études et projet architectural  Squire and Partners Études et projet structures  Fluid Structures Fabrication des plastiques  Heinz Fritz Kunststoffverarbeitung

La maison de couture britannique Reiss s’est offert un bâtiment emblématique abritant un Flagship Store et, aux étages supérieurs, des studios de design, des ateliers et les bureaux administratifs de son siège. Le concept architectural est surtout marqué par l’impressionnante façade en panneaux de PMMA qui permettent d’identifier la marque. Elle consiste en filtres visuels translucides qui laissent libre champ à l’évocation des activités aux divers étages. Telle une seconde peau, les plaques de plastique sont fixées par des joints ouverts verticaux et horizontaux tous les 60 cm devant l’enveloppe du bâtiment en vitrage isolant. La texture tridimensionnelle de cet écrin lui donne l’apparence d’un voile déployé sur tout le bâtiment. Les plaques transparentes en PMMA coulé ont une largeur de 1,50 m et, selon l’étage, une hauteur de 3,80 à 4,20 m. Leur coefficient élevé de transmission lumineuse (90 % environ) permet une épaisseur totale du plastique de 50 mm, cependant réduite par fraisage à certains endroits à 30 mm. Ces plaques ont été usinées par des outils à commande numérique. Des bandes verticales de largeur et de profondeur différentes ont donc été fraisées dans le matériau puis, pour certaines, retravaillées de manière à obtenir une structure encore plus fine. En associant à la finition des surfaces un polissage ou au contraire un dépolissage, il a été possible d’obtenir un effet tridimensionnel très contrasté. Le long de la bordure inférieure des plaques, des LED – DEL ou diodes électroluminescentes – assurent l’éclairage des panneaux ; les rayons lumineux sont captés par les surfaces dépolies, faisant ainsi resplendir l’ensemble de la façade. Les 72 panneaux mis en œuvre représentent un poids total de 30 tonnes. La reprise de charges est assurée par leur positionnement horizontal linéaire sur des profilés d’acier le long des bords inférieurs des plaques de PMMA. La stabilisation par rapport à l’effet du vent est assurée par des tiges d’acier inox de 10 mm de diamètre installées dans des gorges fraisées au milieu des chants des panneaux en PMMA. Ces tiges sont raccordées aux poteaux de la façade grâce à quatre fixations par panneau.

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LE PLASTIQUE EN FONCTION ENVELOPPANTE

1 Reiss Headquarters.  2 Détail de la façade avec l’enseigne.  3  Processus de fabrication assisté par

ordinateur.  4 Détail de la construction de la façade, coupe horizontale.  5 Détail de la construction de la façade, coupe verticale.

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a  Poteaux en acier 80 x 200, seulement dans la zone de la porte  b Système de façade (Structural Silicone) VSG 2 × 6 mm avec feuille PVB 0,76 mm, espace de 16 mm rempli d’argon, vitrage de sécurité 6 mm  c  Goulotte de câbles  d  Poteau de façade ­en acier étiré, ancré sur la structure porteuse  e Fraisage en forme de goutte le long des bords verticaux pour réduire le coefficient de friction  f Tiges en acier inox pour le transfert latéral des charges, ancrées sur la structure porteuse  g  Panneaux PMMA de 50 mm d’épaisseur avec différents traitements de surface et profondeurs  h Modèle de fraisage triangulaire  i Satiné  j Transparent  k Modèle de fraisage rectangulaire

a Structural Silicone Glazing (SSG)  b  Passage entretien  c  Barrette des LED  d  Panneaux de la façade extérieure en PMMA fraisé  e Espace de 600 mm permettant de générer un effet de cheminée

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EXEMPLES ET PROJETS

BÂTIMENT ADMINISTRATIF ET DE PRODUCTION DE FIBERLINE

Lieu  Middelfart, Danemark Matériau  GFK Achèvement  2006

Études et projet architectural  KHR Arkitekter Études et projet structures  Strunge & Hartvigsen Fabrication des profilés en GFK  Fiberline Composites A/S

Le bâtiment administratif et de production de la société Fiberline s’intègre dans le paysage comme une colline artificielle, mais il a aussi la fonction de projet témoin pour l’emploi des plastiques pultrudés renforcés de fibres produits ici. Le bâtiment  – 330 m de long sur 20 m de haut – est conçu comme un espace réunissant toutes les fonctionnalités sous un même toit. Trois longues bandes de fenêtres sillonnant horizontalement le bâtiment correspondent aux salles de conférence qui, à l’instar des postes de travail, ne sont séparées du volume ouvert que par des parois vitrées. La structure porteuse du bâtiment est en acier. Des semi-produits « maison » en plastique renforcé de fibres de verre ont été utilisés pour la façade et, à l’intérieur du bâtiment, pour séparer les différents services. L’habillage extérieur de la façade à rétroventilation et isolation thermique a été conçu en plaques alvéolaires pultrudées de 40 mm d’épaisseur et 500 mm de largeur avec une épaisseur de paroi de 4 mm. Les éléments sont résistants aux agents atmosphériques. Ils sont jointoyés avec des assemblages à rainure et languette. L’ossature porteuse de la façade dans les zones vitrées et les supports auxiliaires pour le montage des plaques alvéolaires sont également constitués de profilés pultrudés. La surface de la façade est marquée par la structure linéaire créée par le procédé de pultrusion. Les panneaux de façade translucides sont composés à 70 % de fibres de verre et appartiennent à la catégorie B1 (correspondant à la classification M1 / M2 en France). Ils ont été spécialement développés par Fiberline pour les façades et adoptés pour de nombreux projets.

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LE PLASTIQUE EN FONCTION ENVELOPPANTE

1 Détail de la façade.  2 Trois grandes bandes de baies créent une scansion dans le bâtiment.  3  Vue générale du bâtiment.  4 Détail de la façade.

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a Fenêtres en composite GFK  b Composition de la façade : bardage de plaques alvéolaires rétroventilées en GFK pultrudé ; ossature verticale de façade 32 mm ; élément d’isolation 200 mm  c Appui de fenêtre en profilé GFK  d Caisson pour conduites électriques  e Appui en acier HEA 220  f Radiateur

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EXEMPLES ET PROJETS

Farben des Konsums

Lieu  Berlin, Allemagne Matériaux  produits thermoplastiques recyclés Achèvement  2003 (temporaire)

Designers  Bär + Knell : Beata Bär, Gerhard Bär, Hartmut Knell

L’installation « Farben des Konsums » (Les couleurs de la ­consommation) est un mur lumineux confectionné avec des emballages plastiques recyclés ; il a été exposé dans plusieurs lieux. Dans le cadre de l’exposition « Kunst, Kunststoff, Kunststoffrecycling (Art, plastique, recyclage du plastique) » organisée en collaboration avec la DKR (Société allemande du recyclage du plastique), le mur lumineux coloré a été installé sous la Potsdamer Platz sur une longueur de 144 m dans le tunnel et la future station de métro de la ligne U3. L’exposition présentait également des œuvres de divers artistes et sociétés qui se sont voués au thème du recyclage du plastique. La description du cycle de cette matière première doit, grâce à la qualité esthétique des objets, faire prendre conscience aux visiteurs de l’exposition qu’ils sont consommateurs d’emballages de ce type et les sensibiliser à la nécessité de leur recyclage. Le titre du projet fait référence à la diversité des couleurs née de la proportion variable des différents emballages de produits de consommation courante. Par exemple, le blanc est généré par les bouteilles d’eau minérale. Une fois triés par couleurs, les thermoplastiques ont été broyés en poudre puis pressés à chaud. Réalisée par les artistes eux-mêmes, cette installation est pourvue d’un rétroéclairage.

LE PLASTIQUE EN FONCTION ENVELOPPANTE

1 L’installation du mur lumineux « Farben des Konsums » sur le gros œuvre de la station de métro sous la Potsdamer Platz.  2 La part des différentes couleurs des éléments en plastique rétroéclairés est ­fonction du pourcentage du type d’emballages recyclés par rapport au volume total.

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EXEMPLES ET PROJETS

Laban Creekside

Lieu  Londres, Grande-Bretagne Matériau  polycarbonate Achèvement  2003

Études et projet architectural  Herzog & de Meuron Études et projet structures  Whitby Bird & Partners Étude et exécution de la façade  Emmer Pfenniger Partner AG Fabrication des plaques alvéolaires en polycarbonate  Rodeca Coloration de la façade  Michael Craig-Martin

Laban Creekside est un complexe situé dans le quartier londonien de Deptford ; il se compose d’un jardin public et du bâtiment du Laban Centre,un conservatoire de danse moderne de réputation internationale. L’édifice de 80 × 40 m, du nom du danseur austro-hongrois Rudolf von Laban (1879–1958) abrite, sur une surface totale de 7800 m2, un théâtre, un amphithéâtre, une bibliothèque, 13 studios de danse, des salles de soins physiothérapeutiques, ainsi qu’un café et un bar. Le théâtre, qui peut recevoir 300 spectateurs, constitue le cœur du bâtiment. La façade ouest s’ouvre généreusement en arc de cercle sur les espaces verts. L’enveloppe du bâtiment est composée de deux couches. Une enveloppe extérieure en plastique de 4 cm d’épaisseur, constituée de plaques alvéolaires triples en polycarbonate, est placée à une distance de 60 cm devant un mur de béton à isolation thermique ou devant un vitrage isolant. Devant ce dernier, elle a une fonction anti-éblouissante. Ses zones transparentes ou translucides font alterner des jeux d’ombre et de lumière sur la façade. Cet effet est accentué par la coloration du matériau, élaborée par les architectes en collaboration avec l’artiste britannique Michael Craig-Martin. Les plaques alvéolaires de polycarbonate ont reçu un revêtement coloré co­extrudé sur leur face interne, ce qui leur confère une apparence tridimensionnelle, variable donc selon l’angle de vision. Elles sont reliées, grâce à de petites languettes verticales fixées dans une rainure, à des profilés carrés ­horizontaux en ­aluminium et, via ces derniers, à la structure porteuse de la façade. Cet assem­ blage rainure-languette permet un appareillage sans joint apparent. Pour les angles, on a trouvé une solution originale avec des cornières en plexiglas. Le ­Laban Centre est un exemple abouti du potentiel des plastiques en termes de ­coloration et de jeux de lumière.

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LE PLASTIQUE EN FONCTION ENVELOPPANTE

1 Façade de plaques alvéolaires colorées en polycarbonate donnant sur les espaces verts.  2  Plan de

la mezzanine.  3 Coupe horizontale de l’angle.

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a Studio  b Atelier  c  Bureau  d  Bar  e Salle des professeurs  f Théâtre  g Studio  h Amphithéâtre  i  Bibliothèque  j  Patio couvert

a  Plaque d’angle en plexiglas, transparente, 3 mm, collée avec :  b  Plaque d’angle en plexiglas, transparente, 5 mm  c Câble d’acier, ø 6 mm  d  Plaque alvéolaire triple en polycarbonate, 40 / 500 mm, transparente, face arrière colorée coextrudée

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c g h c

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EXEMPLES ET PROJETS

Terminal V

Lieu  Lauterach, Autriche Matériau  GFK Achèvement  2002

Études et projet architectural  Hugo Dworzak Études et projet structures  TBM-Engineering GmbH Fabrication des plastiques renforcés de fibre de verre  Hähl Kunststoff­technologie GmbH ; SSC AG

Terminal V (V pour « virtual reality ») est le bâtiment administratif emblématique d’un promoteur immobilier affichant un concept d’économie d’énergie et d’habitat convivial. À un bâtiment transversal abritant sur trois niveaux des bureaux et des salles de séminaire, est rattaché un showroom d’un seul niveau, revêtu d’éléments en GFK et dont l’espace intérieur évoque une cabine d’avion. Dans cette aile, le client arrive dans un monde virtuel dans lequel il peut faire l’expérience à l’échelle 1:1 de divers concepts architectoniques projetés sur un écran panoramique incurvé. Afin de séparer la réalité virtuelle du monde du travail, cette zone est sciemment conçue comme un corps autonome. L’idée est de créer, comme lors d’un voyage en avion, un environnement artificiel introverti. Ce module de présentation surélevé communique avec le premier étage de la barre administrative transversale et également avec l’extérieur par un escalier. Une ossature en cadre d’acier fixée à la dalle de béton armé constitue la structure porteuse de l’enveloppe en plastique armé de fibre de verre. La forme des poutres métalliques épouse la section du bâtiment. Les bords des éléments en plastique présentent des chants qui permettent leur montage sur la structure porteuse principale. La fixation des éléments en GFK sur l’ossature métallique est réalisée par vissage grâce à des filetages métalliques intégrés dans le plastique par collage. Les segments de l’extrémité du bâtiment sont indéformables et ne sont fixés qu’en deux points, en haut et en bas. Pour des raisons de logistique, la largeur maximale des éléments de façade est de 2,50 m. L’enveloppe extérieure se compose de seulement trois modules de base confectionnés par stratification manuelle avec une matrice en résine polyester. Après le durcissement de la résine polyester, on a collé sous vide une couche isolante de 30 mm d’épaisseur sur la face interne de l’enveloppe. L’épaisseur des couches de varie entre 3 et 10 mm, en fonction des sollicitations prévues. L’intérieur du module de présentation est habillé d’une membrane translucide rétroéclairée. La lumière ainsi diffusée avec alternance de couleurs permet de créer des atmosphères différentes dans l’espace intérieur.

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LE PLASTIQUE EN FONCTION ENVELOPPANTE

1  Vue extérieure.  2 L’espace intérieur avec membranes de plastique tendues.  3 Montage de ­l’enveloppe en GFK.  4  Plan du premier niveau.

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EXEMPLES ET PROJETS

Forum Soft

Lieu  Yverdon, Suisse Matériau  polyester renforcé de fibres de verre Achèvement  2002 (temporaire)

Études et projet architectural  Vehovar & Jauslin Architektur Études et projet structures  Staubli, Kurath & Partner AG, Zurich Conception et réalisation des éléments en plastique  Swissfiber AG, Département FVK (plastiques renforcés de fibres) de la HAW (École supérieure des sciences appliquées de Zurich, Winterthur)

Forum Soft a vu le jour à Yverdon dans le cadre de la 6e édition de l’Exposition Nationale Suisse (« Arteplage »). Il représente un paysage artificiel de toitures en GFK coloré et abrite divers pavillons et espaces d’exposition sur une aire d’environ 12000 m2. Le projet a dû se contenter d’un budget réduit parce que sa durée avait été limitée à un an. Une construction métallique composée de poteaux inclinés et de poutres lenticulaires en treillis constitue l’ouvrage porteur principal du paysage artificiel en toitures. La position des poteaux et la géométrie des supports s’adaptent à la forme irrégulière de l’ensemble et sont configurées de manière différente dans chaque axe. L’ouvrage porteur est recouvert en haut et en bas de 42000 profilés en U en plastique teinté. Ces derniers relient les poteaux en portée libre grâce à des relevés de rive de 15 cm de hauteur. En raison de leur faible épaisseur (2 mm), ils peuvent être voilés ; cela leur permet de s’adapter aux surfaces doublement incurvées de la couverture. Associée aux jours aménagés entre les différentes parties, la translucidité de ce toit procure de jour un éclairage naturel suffisant. De nuit, des projecteurs au sol l’illuminent de l’intérieur. Les profilés en GFK de l’enveloppe supérieure sont disposés selon le principe de à la tuile canal pour assurer l’évacuation des eaux pluviales. Les gouttières dans le même matériau sont fixées à intervalles réguliers sous les membrures supérieures des structures lenticulaires. Les éléments colorés situés en haut sont collés et rivetés à ces gouttières. Les profilés de l’enveloppe inférieure sont suspendus à l’ossature métallique par des colliers rivetés aux éléments en plastique. Les segments, dont les dimensions maximales sont de 8 m de long sur 0,40 à 0,80 m de large, ont été fabriqués par stratification manuelle avec un petit nombre de moules. Les longueurs ont été adaptées sur site au moment du montage. La résine polyester a été colorée en jaune, orange et rouge. Ce projet étant une installation temporaire, il n’a pas été nécessaire d’appliquer de couche de protection (gelcoat).

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LE PLASTIQUE EN FONCTION ENVELOPPANTE

1  Paysage artificiel avec chevauchements.  2  Perspective intérieure.  3  Vue aérienne.  4 Coupe de

la structure porteuse.

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EXEMPLES ET PROJETS

Polymer Engineering Centre

Lieu  Melbourne, Australie Matériau  GFK Achèvement  2001

Études et projet architectural  Cox Architects & Planners Études et projet structures  Warren and Rowe Construction de la façade  Ampelite, Axcess Roofing

Le Polymer Engineering Centre (centre d’ingénierie du polymère) du Kangan Batman Institute of TAFE (Technical and Further Education) est un centre de formation pour les employés de la plasturgie, qui s’étend sur 2200 m2. Outre des salles de cours et des laboratoires, le bâtiment abrite des ateliers de fabrication et de façonnage. L’utilisation du plastique pour l’enveloppe extérieure du bâtiment a pour but, non seulement d’illustrer son utilisation et sa fonctionnalité, mais également de démontrer de manière exemplaire ses avantages. La forme de ce bâtiment de 75 m de long rappelle la méthode de production par extrusion des profilés à section constante, courante pour les plastiques. Des poutres à treillis en acier disposées selon une trame de 9 m perpendiculaire à l’axe longitudinal constituent la structure porteuse principale de ce bâtiment de 21 m de large. Le cintrage de la façade nord-ouest lui confère sa forme spécifique. Les enveloppes de la façade et du toit sont de conception identique. Une double façade assure une ventilation naturelle et contribue à réduire les charges de refroidissement. Les poutres secondaires reliant les poutres principales sont en treillis à membrures parallèles de quelque 40 cm de haut. Elles soutiennent les éléments en GFK des enveloppes intérieure et extérieure, définissant ainsi la largeur de l’espace entre les deux peaux. Les profilés aussi en GFK épousent la courbe du bâtiment et sont assez rigides pour enjamber la distance entre les poutres transversales. Le rayon minimum d’incurvation est de 4,80 m. La fixation sur les poutres à treillis en acier de la façade est assurée par des assemblages vissés avec des rondelles d’étanchéité spéciales. Les alésages sont surdimensionnés, de manière à éviter les contraintes dues à la dilatation thermique. Les plaques en GFK, incolore et translucide, sont revêtues d’une fine couche gélifiée (gelcoat) qui réduit le rayonnement thermique à 23,5 % à l’intérieur du bâtiment, contribuant ainsi à l’économie d’énergie dans le climat chaud et sec de l’Australie. Par ailleurs, la façade est partiellement isolée. Le traitement de surface procure une protection anti-UV suffisante contre le jaunissement. Son taux de transmission lumineuse de 38 % procure un éclairage suffisant et homogène dans la journée. Grâce à la translucidité de l’enveloppe, le bâtiment se transforme la nuit en objet lumineux.

LE PLASTIQUE EN FONCTION ENVELOPPANTE

1 Façade longitudinale, de jour.  2 Façade longitudinale, de nuit.  3 Entrée du Polymer Engineering Centre.  4 Coupe.

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a Laboratoire  b Toilettes  c Couloir  d Atelier  e  salle informatique

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EXEMPLES ET PROJETS

LE MUSÉE Dornier

Lieu  Friedrichshafen, Allemagne Matériau  polycarbonate Achèvement  2009

Études et projet architectural  Allmann Sattler Wappner Architekten Études et projet structures  Werner Sobek Ingenieure Conception de la façade  R + R Fuchs

Ce musée privé reflète le riche passé de l’entreprise d’aéronautique Dornier. Il est situé à proximité de l’aéroport régional de Friedrichshafen. Des maquettes d’avions d’époque et de nombreux documents relatant l’histoire de la société permettent au visiteur de revivre l’histoire de l’aviation et des voyages spatiaux. Les dimensions de l’édifice, qui se présente sous forme d’un grand hangar, sont de 112 × 54 m. Une scénographie présentant les différentes époques de la vie de la société se déroule dans un module d’exposition intégré au bâtiment. Des façades translucides en plaques alvéolaires de polycarbonate légèrement incurvées délimitent l’espace intérieur du bâtiment au sud et au nord. Au nord, la façade réagit par une incurvation lenticulaire vers l’intérieur à un chemin se situant devant une aire d’atterrissage offrant ainsi, grâce à son toit en surplomb, une extension du restaurant à l’abri des intempéries. Au sud, les poutres en acier de la toiture font saillie. Une paroi concave en polycarbonate s’avance pour former l’entrée protégée par un avant-toit, également en panneaux de plastique. Les faces est et ouest, rectilignes, sont pourvues, quant à elles, de vitrages transparents. Sur toute la hauteur du bâtiment, les panneaux de polycarbonate sont fixés à l’ossature par des attaches métalliques, ils laissent passer la lumière tout en assurant la protection thermique. Ce matériau, peu coûteux et souvent utilisé pour la construction de bâtiments industriels, évoque un hangar d’aviation, mise en scène voulue, bien évidemment. Les panneaux de façade de 40 mm d’épaisseur en polycarbonate blanc, ont une largeur de 50 cm et segmentent la façade de manière quasi imperceptible. Côté sud, un gaufrage pointillé est appliqué sur la face extérieure des panneaux de façade pour atténuer le rayonnement solaire. Ce traitement estompe l’alignement des plaques de polycarbonate. L’absence de structure nettement reconnaissable donne à l’observateur l’impression d’une paroi pleine, mais le matériau confère en revanche à l’ensemble une certaine transparence. Les rares ouvertures  – portes et fenêtres – sont encadrées comme des vitrines et servent de repères pour évaluer l’échelle du bâtiment. Les plaques en polycarbonate de la façade nord ne sont pas gaufrées. À l’extérieur, leur disposition oblique fait office de filtre, en reflétant schématiquement la vie intérieure du bâtiment elles deviennent aussi miroir réfléchissant la piste d’envol. À l’intérieur, ces panneaux diffusent la lumière et procurent un éclairage naturel très doux.

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LE PLASTIQUE EN FONCTION ENVELOPPANTE

1  Vue générale.  2 Façade en polycarbonate de la partie restaurant.  3 Façade en polycarbonate dans la zone d’entrée.  4  Plan du rez-de-chaussée.

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EXEMPLES ET PROJETS

CENTRE DE CONFÉRENCES ET aUDITORIUM

Lieu  Badajoz, Espagne Matériaux  GFK, PMMA, polycarbonate Achèvement  2006

Études et projet architectural  SelgasCano Études et projet structures  Fhecor Études et projet technique GFK  Pedelta Fabrication des profilés en GFK  Fiberline Composites A/S

Dans le centre des conférences et auditorium de Badajoz, une ville du sud-ouest de l’Espagne, les plastiques sont utilisés à des fins particulièrement nombreuses. Installé à l’emplacement d’anciennes arènes, ce complexe d’environ 15 000 m2 en a adopté la forme circulaire traditionnelle. D’autres espaces fonctionnels en soussol sont disposés tels des rayons autour de l’auditorium. Le centre de conférences est entouré d’un anneau de 75 m de diamètre et de 14 m de haut dont la forme rappelle celle d’une grille. Les branches de cet objet surdimensionné sont des profilés pultrudés en GFK répondant aux exigences de durabilité et de charge admissible. Ces tubes translucides ont une section elliptique horizontale et présentent des rainures sur les côtés permettant de les fixer aux poteaux d’acier placés tous les 8 m et à relier les joints entre eux. Les quelque 12 km de profilés rectilignes ont tout d’abord été coupés aux bonnes dimensions puis cintrés. L’enveloppe extérieure de l’auditorium est constituée d’une façade en verre protégée, à 1 m de distance, par un pare-soleil en tubes de plexiglas disposés horizontalement. Ces tubes en PMMA blanc translucide, d’un diamètre de 120 mm pour une épaisseur de paroi de 3 mm, filtrent la crudité de la lumière solaire et diffusent ainsi un éclairage naturel très homogène. Ils sont reliés à intervalles réguliers à la façade par des attaches en plastique. De nuit, les projecteurs installés entre les deux éléments de cette enveloppe confèrent au centre de conférences une apparence d’objet lumineux blanc. Le plastique a également été adopté dans les espaces intérieurs de l’auditorium. Des plaques de polycarbonate blanches à rétroéclairage constituent l’habillage le long des murs et des balustrades. Le centre de conférences et auditorium de Badajoz est non seulement un exemple d’intégration réussie d’un bâtiment public dans un environnement urbain historique, mais il démontre avant tout les possibilités des plastiques dans la création de façades insolites.

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LE PLASTIQUE EN FONCTION ENVELOPPANTE

1 Coupe de l’auditorium.  2 Les tubes en PMMA blanc donnent à l’auditorium l’apparence d’un luminaire.  3  Plan du rez-de-chaussée du centre de conférences s’intégrant aux anciennes fortifications de Badajoz.

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EXEMPLES ET PROJETS

4 Intérieur de l’auditorium avec habillage rétroéclairé des balustrades en panneaux de polycarbonate.  5 Ouverture de la porte de l’auditorium.  6 Coupe de la façade de l’auditorium.

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a Détail du toit, acier  b  Vitrage isolant  c  Poteau en acier, 500 × 100 mm  d  Profilé creux rectangulaire en acier galvanisé, 25 × 50 × 3 mm  e  Barre ronde, ø 16 mm, soudée au poteau et à l’ossature auxiliaire  f Liaison au poteau en acier, tube rectangulaire galvanisé, 50 × 25 × 3 mm  g Tube PMMA, cintré, translucide blanc, ø extérieur 120 mm, épaisseur de paroi 3 mm

Coupe : rive de toiture

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Coupe : fixation des tubes en PMMA au bâtiment

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Plan : fixation des tubes en PMMA au bâtiment

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LE PLASTIQUE EN FONCTION PORTEUSE

On trouve les plastiques renforcés de fibres surtout dans des structures porteuses, car ils présentent une résistance élevée par rapport aux autres polymères. Ils sont la plupart du temps utilisés sous forme de semi-produits pultrudés ou d’éléments de construction spéciaux fabriqués manuellement. Les exemples de structures porteuses présentés ci-après illustrent une série d’applications pour des constructions spéciales à géométrie très complexe qui ne seraient pas réalisables avec d’autres matériaux, par exemple la sculpture-tour en plastique, ou encore l’exemple inhabituel d’une construction composite verre-GFK. Dans la pratique, l’utilisation de plastiques en fonction porteuse est limitée, d’une part, par les normes de durée de résistance au feu, et d’autre part, par la faible rigidité des plastiques. Cette dernière est la cause de déformations relativement élevées des éléments porteurs, qui peuvent altérer l’aptitude fonctionnelle des bâtiments. C’est la raison pour laquelle les plastiques ne sont que rarement utilisés pour des structures porteuses de grandes portées ou dont les limites admises de déformation sont très réduites. En génie civil, notamment pour les ponts qui ne sont généralement pas soumis à des exigences de durée de résistance au feu et où les plastiques peuvent être combinés avec d’autres matériaux pour obtenir des constructions composites performantes et suffisamment rigides, on constate en revanche actuellement une évolution marquée de leur utilisation en fonction porteuse.

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EXEMPLES ET PROJETS

SCULPTURE-TOUR EN PLASTIQUE

Lieu  Stuttgart, Allemagne Matériau  résine polyester renforcée de fibres de verre Achèvement  2007

Études et projet architectural, études et projet structures et exécution  Staatliche Akademie der Bildenden Künste ­Stuttgart, Stephan Engelsmann, Valerie Spalding, Franciska Ganns, Apostolos Michailidis et al.

Une géométrie complexe, une structure porteuse modulaire, un matériau haute performance : telles sont les spécificités de cette sculpture-tour exécutée par les auteurs eux-mêmes et par stratification manuelle. C’est un exemple d’objet adapté au matériau et au procédé de fabrication. Sa confection a requis un moule dont la fabrication et le traitement de surface constituent un facteur de coût non négligeable. Du point de vue économique et technique, les structures modulaires intéressantes sont celles dont les différentes parties présentent une géométrie identique, car cela permet de réutiliser le moule. C’est la raison pour laquelle la tour en plastique se compose d’une structure porteuse modulaire de seulement sept ­éléments en plastique renforcé de fibres. Les dimensions extérieures maximales d’un module sont de 85 cm de hauteur sur 105 cm de large. Disposés les uns sur les autres, les éléments pivotent de 60 ° sur l’axe vertical par rapport à l’élément au-dessus ou en dessous. La hauteur totale de la sculpture-tour est d’environ 6 m, alors que l’épaisseur de ses parois n’est que de 3 mm. Un module fini pèse environ 12 kg, le poids total de la tour n’atteignant que 84 kg sans les fondations en béton. Le mode d’assemblage des modules a été conçu de manière à permettre un démontage et un remontage simples et aisés en cas de besoin. Ils comportent donc au niveau des points de raccordement des collerettes de 30 mm de large qui permettent de fixer solidement à l’aide de quatre vis. Un autre avantage de ce procédé réside dans la possibilité de compenser dans la surface de compression des collerettes les inévitables tolérances de fabrication. Les données numériques 3D ont permis une grande précision et rentabilité dans la confection des éléments. Le gabarit se composait de trois éléments identiques avec un noyau en mousse PUR (poids spécifique­ 80 kg/m3) et d’une peau thermoformée en polystyrène. L’objet donne l’impression de surfaces s’élançant en vrille dans un mouvement continu et dynamique, tandis que les collerettes soulignent la modularité de la sculpture. Le dernier module a été coupé de manière à former un couronnement abouti. Les limites entre intérieur et extérieur, entre structure et enveloppe, sont effacées. Du point de vue typologique, il s’agit d’une structure autoporteuse à paroi mince et à courbes anticlastiques continues. La stabilisation de la sculpture est assurée par les cambrures ainsi que par les collerettes. La géométrie procure une rigidité de torsion suffisante. La fondation en béton doit compenser par son poids propre les poussées dues à l’effet du vent.

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LE PLASTIQUE EN FONCTION PORTEUSE

1 La tour en plastique sur le campus de la Staatliche Akademie der Bildenden Künste Stuttgart.  2 Structure modulaire.  3 Détail des joints de l’assemblage.  4 Le moule se compose de trois ­fragments identiques.

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EXEMPLES ET PROJETS

La Tour D

Lieu  Doetinchem, Pays-Bas Matériau  résine époxy renforcée de fibres de verre Achèvement  2004

Études et projet architectural  NOX Architects, Lars Spuybroek Études et projet structures  Bollinger + Grohmann Ingenieure

La sculpture-tour de 12 m de haut est un projet artistique interactif. Le concept, élaboré en collaboration avec le sculpteur Q. S. Serafijn, s’appuie sur le sondage régulier des habitants de la commune, aboutissant à une évaluation informatique de l’état d’âme communal. L’humeur du moment est illustrée par une couleur d’éclairage nocturne. La tour translucide se compose de 19 éléments en résine époxy renforcée de fibres de verre. Sa géométrie complexe a pu être réduite à sept formes de base. La structure autoporteuse est stable grâce à la géométrie à double courbure de l’enveloppe, aux nervures de renfort dans la zone supérieure et à l’encastrement des supports. Les quatre pieds tubulaires sont dotés à leur base de collerettes boulonnées dans les fondations en béton. Les différents fragments ont été fabriqués par stratification manuelle. Ce procédé permet de moduler les épaisseurs de matériau, opération nécessaire dans ce cas de figure. Pour la construction des moules, des blocs de polystyrène ont été usinés par fraisage CNC puis enduits d’une couche de séparation en latex. Certains éléments étant identiques, il a été possible de réutiliser plusieurs moules. Pour le stratifié, priorité a été donnée à la résine époxy, même si elle est plus onéreuse que la résine polyester, parce qu’elle procure une meilleure précision de forme au moment du durcissement. Il a ainsi été possible de produire des éléments en GFK avec des épaisseurs différentes. La grande résistance de la résine époxy a également joué son rôle. La section du matériau dans les zones supérieures en forme de bulbe est d’environ 4,5 mm. Le pourcentage de fibres de verre varie en fonction des sollicitations escomptées. Le dimensionnement est dicté par les tensions dues aux forces du vent. Le long des rebords comme dans la zone des supports et des points d’appui, le stratifié est renforcé par des couches textiles supplémentaires. Grâce à ces rebords, les segments sont non seulement collés entre eux mais également vissés. Pour une surface totale de 193,5 m2, la tour pèse environ 3000 kg. Elle a été montée en usine en deux parties, puis transportée sur site par convoi exceptionnel. Des diodes électroluminescentes (DEL) sont installées dans des cavités et réalisent la variation des couleurs de l’éclairage nocturne.

131

LE PLASTIQUE EN FONCTION PORTEUSE

1  Vue de jour.  2  Détail : les renforts en fibres de verre posés à 45 ° sont très reconnaissables, ­ainsi que les rebords des fragments en GFK dans la zone des collerettes.  3 La nuit, la tour est illuminée en ­couleurs par des DEL.  4 La Tour D est composée de 19 éléments différents.

1

2

3

Assembly No. of parts - 19 Total surface area - 193.5 m2

4

132

EXEMPLES ET PROJETS

ARRÊT DE BUS DE Hoofddorp

Lieu  Hoofddorp, Pays-Bas Matériau  mousse de polystyrène avec peau en GFK Achèvement  2003

Études et projet architectural  NIO architecten Études et projet structures  Zonneveld ; Engiplast Exécution  Ooms Bouwmaatschappij ; Poly Products BV ; MARIN

L’arrêt de bus, en fait une grande sculpture, est l’une des plus grandes structures en plastique du monde : 50 m de long, 10 m de large et 5 m de hauteur. Le corps de l’objet autoportant sur 40 m constitue une aire d’attente pour les voyageurs. Une salle de repos de 15 m2 environ pour les chauffeurs représente l’unique espace creux dans la structure. Les éclairages, les tableaux d’information, les banquettes et les poubelles y sont intégrés. La géométrie complexe, prévue à l’origine en béton, a finalement été réalisée en plastique pour des raisons de budget. Le noyau porteur en EPS (Styropor) possède une couche de couverture en résine de polyester renforcée à la fibre de verre. Cette couche de couverture obture les joints entre les blocs de mousse et assure la protection contre les intempéries. La forme globale a été réalisée à partir d’un modèle tridimensionnel avec un programme de conception assistée par ordinateur puis fraisée par outil CNC dans des blocs de EPS avec des dimensions maximales de 4 × 1,20 × 1,25 m. L’assemblage des éléments a été réalisé sur place sous une tente déployée au-dessus du chantier à l’abri de l’humidité et les intempéries. La structure en mousse alvéolée repose sur des fondations en béton sur lesquelles sont fixées des plaques multiplex en guise de cales. Les différents segments en mousse sont simplement collés entre eux, sans autre procédé d’assemblage. L’ensemble se compose de deux parties principales étayées provisoirement lors du montage par une construction en acier et mises en place avec une grue. Le tout pèse environ 20 tonnes. La couche de couverture en GFK de 6 mm d’épaisseur a été appliquée au moyen d’un système de pulvérisation spécialement développé pour ce projet : il consiste à mélanger la résine avec les fibres dans la tête de pulvérisation. Afin d’éviter une réaction de décomposition chimique de l’âme de la mousse au contact de la résine polyester, il a fallu tout d’abord appliquer sur ce noyau une couche de protection. Dans la zone des appuis, la couche de couverture en GFK enrobe les plaques multiplex et l’âme en mousse et les raccorde ainsi directement à la fondation en béton.

133

LE PLASTIQUE EN FONCTION PORTEUSE

1  Vue générale de l’arrêt de bus : la structure évoque une baleine échouée.  2 Élévations, plan et coupes

de la structure en plastique.

1

2

Élévation sud-est

Élévation nord-est C-C

B-B

A-A

A-A

C-C

B-B

Plan

Coupe C-C

Coupe A-A 0 1

5

10 m

Coupe B-B

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EXEMPLES ET PROJETS

3 Hall d’attente avec banquette intégrée.  4 Détail avec banquette intégrée.  5 La porte, de forme ­inhabituelle, est intégrée dans le même plan que la structure.

3

4

5

135

LE PLASTIQUE EN FONCTION PORTEUSE

6 Tout l’objet a été monté sur site sous une tente provisoire.  7 Coupe de détail de la banquette.  8 Coupe de détail de la paroi de la salle de repos des chauffeurs.

6

7

a Noyau en mousse  b Évacuation des eaux banquette, pente 16 mm/m  c Multiplex 4 × 18 mm  d  Pente  e  Pavement  f Chape en bitume  g Étanchéité  h Sable  i  Béton B 35

8

a Noyau en mousse  b  Profilé de fenêtre  c  Vitrage isolant  d ­Multiplex 4  × 18 mm  e Chape  f Sol en béton  g Étanchéité  h Isolation  i  Pente  j  Pavement  k Chape en bitume  l Sable  m  Béton B 35

a

b

c

b

a a

d e i

b j

c

f g

k d e f

l

d e g h

i

h

m

136

EXEMPLES ET PROJETS

TOITURE du centre Yitzhak-Rabin

Lieu  Tel Aviv, Israël Matériaux  PUR, GFK Achèvement  2005

Études et projet architectural du bâtiment  Moshe Safdie Architects Études et projet architectural des toits  Octatube Engineering Études et projet structures  Octatube Engineering ; Solico ­Engineering Exécution des toits en GFK  Octatube International ; ­Holland Composites

Des éléments sandwich en plastique renforcé de fibres de verre (GFK) de forme libre symbolisant la colombe de la paix constituent la couverture de la bibliothèque et du grand hall du Centre Yitzhak-Rabin. Conçue par Octatube Engineering, la structure sandwich des toitures est très intéressante par son concept : elle est composée d’une âme en mousse et d’une peau en GFK. La méthode de fabrication des cinq différents segments de coques, avec une longueur de 30 m et une largeur de 20 m maximum, s’inspire de la construction de yachts. Une première étape de travail a consisté à stratifier la couche de couverture supérieure sur un moule négatif réalisé par fraisage CNC. Les couches de l’âme, sciées à la cote, en mousse PUR ignifugée, ont été étalées en bandes sur cette première couche de couverture. L’étape suivante a consisté à inclure à intervalles réguliers des brins de fibres de verre entre les noyaux en mousse et à imprégner ces brins avec de la résine par injection à vide. Les brins de fibres de verre constituent, après la stratification, un réseau de nervures de renfort et relient les couches supérieure et inférieure. Pour acheminer les éléments fabriqués aux Pays-Bas, il a été nécessaire de dissocier les éléments de toiture en unités transportables. Ces dernières ont été d’abord acheminées par bateau dans des conteneurs spéciaux, puis par hélicoptère-cargo du port jusqu’au chantier. Pour le montage, les segments en plastique ont tout d’abord été positionnés sur un échafaudage, puis assemblés par collage. Les éléments saillants sont maintenus à intervalles réguliers par des supports en acier et s’étayent mutuellement via une charpente métallique assurant la liaison. Des inserts en acier intégrés dans les éléments sandwich permettent des assemblages vissés démontables. Des rotules sur les têtes des supports absorbent les tolérances de fabrication. La méthode de construction et la réalisation des éléments sandwich en GFK de géométrie complexe sont un exemple de transfert de technologie réussi entre une discipline d’ingénierie spécifique, à savoir ici la construction navale, et l’architecture.

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LE PLASTIQUE EN FONCTION PORTEUSE

1 L’aile gauche du bâtiment abrite la bibliothèque, l’aile droite le grand hall.  2  Positionnement d’un ­segment de toit.  3 Assemblage de la couche d’âme et de la couche de couverture à la fabrication.

1

2

3

138

EXEMPLES ET PROJETS

PAVILLON Verre / GFK

Lieu  Dusseldorf, Allemagne Matériau  composite de GFK / verre Achèvement  2002 (temporaire)

Études et projet architectural, études et projet structures  Institut für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen (ITKE), Université de Stuttgart : Jan Knippers, Stefan Peters Fabrication des profilés en GFK  Fiberline Composites A/S

Le pavillon Verre / GFK au salon Glasstec 2002 de Dusseldorf a démontré à l’envi les performances d’un tout nouveau composite constitué de plastiques renforcés de fibres de verre et de verre plat. Cette combinaison de matériaux allie la haute résistance mécanique et la faible conductibilité thermique des plastiques renforcés de fibres de verre, à la transparence du verre. Le pavillon a une surface au sol de 10 × 6 m et se compose de huit vitres de 6 × 2,50 m et de six profilés en plastique renforcé de fibres de verre (GFK) avec section en T. Les parois de verre, disposées symétriquement deux par deux, ont permis d’aménager quatre accès au pavillon ; à cause de la grande transparence de la construction pour des raisons de sécurité, on les a rendues repérables par des tubes en GFK. Cette mesure servait à la fois de protection antichoc et de matérialisation palpable du matériau. Les quatre parois vitrées se composaient de verre de sécurité feuilleté (VSG) en verre flotté (floatglas) de 2 × 10 mm. Pour les quatre panneaux vitrés de la couverture, d’un poids de 750 kg, on a opté pour un modèle en verre de sécurité feuilleté (VSG) obtenu à partir de verre précontraint (TVG) de 2 × 10 mm. La condition pour pouvoir couvrir un espace intérieur de 5,50 m de largeur était de renforcer ces panneaux des profilés en GFK collés. Ces supports à âme voûtée ont été coupés à dimension dans des profilés en forme de poutrelles à deux membrures fabriqués par pultrusion. Le collage entre GFK et verre a été réalisé avec une silicone bicomposante. Les supports en GFK s’arrêtaient à 25 cm des appuis muraux. Grâce aux joints collés d’une épaisseur de 6 mm résistants au cisaillement, il a été possible de réaliser une structure porteuse à poutres en T constituée des panneaux de verre et des profilés en GFK dont la limite de charge et la rigidité répondent aux lois de la théorie des assemblages semi-rigides. Les assemblages collés garantissaient également le contreventement du pavillon et avaient été dimensionnés en conséquence. Ils ont été confectionnés sur place en utilisant des étais temporaires et un mélangeur mobile. Les profilés GFK, accentués par la couleur, semblaient flotter, un effet favorisé par l’utilisation intelligente de techniques de collage, sans éléments d’assemblage mécaniques visibles : il en résulta une perception insolite de l’espace intérieur. Le résultat obtenu était un nouveau modèle de construction composite, sciemment réduit, utilisant des plastiques dotés d’un grand potentiel et destinés à des applications innovantes dans le domaine des façades.

139

LE PLASTIQUE EN FONCTION PORTEUSE

1 Représentation du pavillon en perspective.  2  Pavillon avec les visiteurs du salon.  3 Détail du ­c ollage

des supports en GFK.

1

2

a  VSG à partir de 2 × T VG 10 mm, 6 × 2,50 m  b  Joint silicone 6 mm  c  Profilé silicone 20 × 6 mm, autocollant d’un côté  d  Profilé GFK en double T 300 mm, membrure inférieure sciée, hauteur max. = 270 mm, L = 5,0 m

a b c d

3

140

EXEMPLES ET PROJETS

Structure en plastique plissé

Lieu  Stuttgart, Allemagne Matériau  plaques sandwich en polycarbonate (ClearPEP) Achèvement  2008

Études et projet architectural et exécution  Staatliche ­Akade­mie der Bildenden Künste Stuttgart, Stephan ­Engelsmann, ­ Valerie Spalding, Melanie Fischer, Gerlind Baloghy Études et projet structures  Engelsmann Peters Beratende Ingenieure

Structure en plastique plissé (Kunststoff-Faltwerk) est un prototype de semi-produit économique : un panneau autoporteur pour enveloppes de bâtiments. Ses spécificités sont une structure porteuse performante, un matériau très nouveau et une technique d’assemblage spécialement conçue. Cette structure a été sélectionnée par ThyssenKrupp AG pour représenter la firme au salon IdeenPark 2008 de Stuttgart. En plan, le pavillon en plastique a un diamètre de tout juste 4 m, pour une surface enveloppante totale de 23 m2. La structure du pavillon se compose de huit segments identiques formant une figure à symétrie centrale. L’objet est conçu sur le principe du pliage en losanges. L’ensemble est constitué de seulement quatre différents types de panneaux, répliqués 16 fois. Pour ces plaques, on a utilisé des éléments sandwich de 19 mm d’épaisseur en polycarbonate translucide. Ils sont constitués d’une âme en nid-d’abeilles fabriquée sur un démouleur de noyau et des couches de couverture. En typologie de structures, il s’agit, pour l’enveloppe en plastique, d’une structure plane plissée constituée d’éléments plats à paroi fine. Les plissés sont composés d’éléments plats ayant isolément une rigidité limitée mais, du fait de leur configuration en 3D, ils deviennent des structures porteuses haute performance, qui peuvent aussi servir d’enveloppe. Leur stabilité naît de leur géométrie et de l’assemblage solide des arêtes. Une ouverture zénithale est ménagée au centre du pavillon pour éclairer l’espace intérieur. Pour le projet, ce qui importait était de relever le défi au niveau de la conception et de la construction : comment réaliser des joints lisses entre des panneaux sandwich d’une épaisseur de seulement 19 mm. Cet assemblage a été conçu de manière à pouvoir les désolidariser, les démonter et les remonter facilement. Les plaques des différents segments sont ajustées entre elles dans un ordre prédéterminé, certaines de manière fixe, et d’autres, démontables. Les joints sont soit collés, soit encastrés. Il n’est possible de coller le polycarbonate qu’avec des adhésifs à solvant très liquides qui ne tolèrent aucune imprécision de fabrication. Un système d’assemblage démontable a été spécialement conçu. Il garantit une liaison solide sans apport d’autre composant. Confectionné par les auteurs eux-mêmes, ce pavillon contribue au développement de la construction adaptée aux matériaux, ici le plastique.

141

LE PLASTIQUE EN FONCTION PORTEUSE

1 Maison de thé en plastique plissé sur le campus de la Staatliche Akademie der Bildenden Künste

­Stuttgart.  2  Kunststoff-Faltwerk à l’exposition IdeenPark 2008 de Stuttgart.  3 Détail de la géométrie du plissage.

1

2

3

0

0,5

1

2m

142

EXEMPLES ET PROJETS

4 Coupe, élévation et plan.  5 Segment.  6 Détail de l’enveloppe porteuse.  7 Détail des joints.

4

5

6

7

a  Panneau sandwich  b  Joint d’étanchéité  c  Ruban de fixation  d  Baguette en PMMA, 3 mm

a b c d

143



9

LE PLASTIQUE EN FONCTION PORTEUSE ET ENVELOPPANTE

Contrairement aux ouvrages de génie civil, pour les bâtiments il est nécessaire en général de prévoir une enveloppe : elle délimite les espaces et en détermine la fonction. Il est donc relativement rare de trouver des structures porteuses sans protection. D’où l’idée d’associer fonction porteuse et fonction enveloppante, autrement dit, de concevoir une enveloppe autoporteuse. Cette idée n’est pas nouvelle. C’est un principe très ancien, qui a fait ses preuves, et que l’on peut retrouver, par exemple, dans des modes de construction en maçonnerie. Pour les plastiques, son application peut être très économique et très judicieuse. La plupart des exemples présentés ci-après sont des prototypes, MYKO et le Eiertempel entre autres, qui n’ont pas été fabriqués avec des éléments de constructions standardisés. Ils témoignent de la diversité d’utilisation et de la variété des plastiques, mais également de leur potentiel en architecture. Il est intéressant de noter la présence dans cette catégorie de quelques rares bâtiments en plastique produits en série comme, par exemple, Futuro ou fg 2000. Les projets réalisés montrent que combiner les fonctions porteuse et enveloppante dans un seul élément est en général un défi très ambitieux, notamment lorsqu’il s’agit de répondre aux exigences en termes de physique du bâtiment. En effet, fonction porteuse et isolation thermique peuvent entrer en conflit. Des éléments sandwich, composés par exemple de couches de couverture en plastique renforcé de fibres de verre et d’une âme en mousse PUR, peuvent résoudre ce problème : ils sont tout à fait adaptés à cette mission.

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EXEMPLES ET PROJETS

Clip-On

Lieu  Utrecht, Pays-Bas Matériau  plastique renforcé de fibres de verre Achèvement  1997

Études, projet architectural et exécution  Atelier van Lieshout avec Klaar van der Lippe

Le nom du projet Clip-On illustre son concept : accoler sur la façade extérieure d’un bâtiment existant une cellule en GFK. Clip-On est suspendu, audacieux et provoquant, au-dessus de la cour intérieure du Centraal Museum d’Utrecht. Cette cellule a pour vocation de constituer une extension du bureau du directeur, un espace de travail, de détente et de repos. Trois éléments intérieurs majeurs ont été à l’origine du projet : une banquette, une table, une couchette. Dans la phase suivante, on a conçu la cellule comme une enveloppe englobant ces éléments fonctionnels. On n’a pas procédé à une esquisse au sens classique du terme pour l’apparence extérieure de ce projet. Forme et configuration ont uniquement été conçues en partant de l’espace intérieur. Un des exemples de la démarche adoptée est celle qui a consisté à définir les formes des éclairages zénithaux ressemblant à des pare-brise de voiture. Après une première expérimentation de diverses formes géométriques, il s’est avéré finalement que la forme géométrique des fenêtres qui pouvait être adoptée était celle des tapis de sol du véhicule de Joep van Lieshout, seuls à être sortis intacts d’un accident. L’enveloppe du bâtiment est conçue en plaques de mousse rigide de polyuréthane recouvertes de part et d’autre d’une peau en polyester renforcé de fibres de verre. Les surfaces se fondent en forme homogène, les conduites électriques sont intégrées dans les parois. D’un point de vue statique, ce concept insolite exploite le poids modeste des plastiques. La cellule saillante en GFK est fixée au mur par quatre ancrages. Une ceinture d’acier est intégrée au plastique par stratification, puis attachée solidement à des platines d’acier ancrées de part et d’autre de la cellule. Ces points d’ancrage permettent l’absorption des forces dans la maçonnerie. Les deux pattes supérieures transfèrent les sollicitations de traction, les deux inférieures, celles de compression.

LE PLASTIQUE EN FONCTION PORTEUSE ET ENVELOPPANTE

1 Clip-On : vue de la cour intérieure du Centraal Museum d’Utrecht.  2  Vue intérieure : toutes les

­surfaces sont revêtues de stratifié en GFK.

1

2

145

146

EXEMPLES ET PROJETS

Eiertempel

Lieu  Bern, Suisse Matériau  plastique renforcé de fibres de verre Achèvement  2008

Études et projet architectural  groenlandbasel : Matthias Schnegg, Teresa Flury, Conrad Staub Fabrication des plastiques renforcés de fibres de verre  Rotaver Composites AG Exécution  Zehnpfennig und Weber

L’Eiertempel – temple des œufs – du Musée d’histoire naturelle de Berne fait partie de l’exposition permanente « C’est la vie – Geschichten über Leben und Tod ». La sculpture est tout à la fois une œuvre en soi et une salle d’exposition. La forme de l’enveloppe translucide en plastique renforcé de fibres de verre évoque la multiplication des cellules d’un ovule et abrite une collection d’œufs d’oiseaux exotiques, des préparations et des représentations de la conception et de la naissance. En plan, l’Eiertempel est presque elliptique avec des cotes d’axes de 4,70 × 4,09 m. Pour trouver la forme, on a réalisé une maquette en sphères de polystyrène, comme base pour élaborer un modèle tridimensionnel sur ordinateur. Pour la réalisation concrète, le modèle en 3D a été transposé en plans en 2D. L’enveloppe en GFK, de 5 mm d’épaisseur, est suspendue au plafond par cinq câbles métalliques et posée sur une vitrine d’exposition elliptique reposant sur le sol. L’enveloppe en plastique est reliée à la vitrine pour assurer sa stabilisation et éviter les balancements. La résine a été mélangée à des produits ignifugeants afin de répondre aux normes de sécurité élevées. Le moule des fragments de coquille stratifiés manuellement était une demi-coque en acier d’un diamètre de 2,20 m découverte dans la cave d’un fabricant de citernes dans la région suisse d’Emmental, un vestige de l’ancien mode de fabrication des citernes sphériques. Après leur transport, les demi-coques ont été découpées manuellement à la cote exacte sur site. Pour le montage, les segments ont été fixés avec précision sur un support temporaire. Une fois les bords cousus avec un fil de nylon transparent, les joints ont été stratifiés.

1

0

1

2

5m

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LE PLASTIQUE EN FONCTION PORTEUSE ET ENVELOPPANTE

1  Plan et élévation.  2 L’Eiertempel avec son éclairage intérieur. Le blanc translucide a été obtenu par apport de pigments.  3 L’Eiertempel au Musée d’histoire naturelle de Berne.  4 Intérieur avec vitrines d’exposition.

2

3

4

148

EXEMPLES ET PROJETS

CINQ BULLES

Lieu  Vienne, Autriche Matériau  plastique renforcé de fibres de verre Achèvement  2005

Études et projet architectural  Arbeitsgemeinschaft Gillmann Schnegg : Ursula Gillmann, Matthias Schnegg Études et projet structures  Swissfiber AG Fabrication et exécution  Chemowerk GmbH

Cinq bulles en plastique renforcé de fibres de verre font partie de l’exposition permanente « Der Alltag » (le quotidien) du Musée technique de Vienne qui présente des objets reflétant l’histoire de la construction, du quotidien et de l’environnement. Ces gros objets en GFK sont disséminés dans l’espace d’exposition et incitent, par leurs installations intérieures, les visiteurs à faire des associations d’idées. Ces enveloppes autoporteuses de dimensions différentes possèdent une projection circulaire au sol d’un diamètre maximum de 5,50 m et une section en forme de goutte d’une hauteur maximum de 4 m. Elles sont accessibles par une entrée rapportée après coup par stratification. Les enveloppes ont été fabriquées complètes par stratification manuelle. Les moules en forme de goutte utilisés pour leur formage ont été adaptés en les gonflant avec des chambres à air. L’utilisation de moules pneumatiques a été reprise à d’autres secteurs industriels, par exemple à la fabrication de citernes. L’épaisseur des enveloppes translucides en plastique renforcé de fibres de verre est de 4 à 6 mm. L’épaisseur du stratifié est calculée pour pouvoir supporter le poids des personnes, notamment dans la zone inférieure de la goutte. La coloration et les effets de lumière de l’enveloppe en GFK ont été définis par expérimentation. Quatre des cinq bulles ont pu être transportées entières et installées telles quelles sur site, la 1.32

dernière a dû être divisée en deux parties.

1

 27

r =

m 5 m

 27 m

48 m

r = 1

5 m

r =

m

20 trous Ø 20 mm

1.32

r = 1

32 m

Découpe pour le garde-corps

0

1

2

m

Garde-corps existant

5m

LE PLASTIQUE EN FONCTION PORTEUSE ET ENVELOPPANTE

1 Coupe et plan d’une bulle.  2  Bulles dans le Musée technique de Vienne. Le garde-corps a été dé­

coupé pour le montage de la bulle, puis réinstallé à l’intérieur de l’enveloppe.  3  Bulle fixée au plafond. Il est possible d’en assurer l’entretien grâce à une charnière qui permet de la rabattre vers le bas.  4 Les ouvertures des portes ont été découpées a posteriori dans la goutte. L’encadrement a ensuite été rapporté par stratification.

2

3

4

149

150

EXEMPLES ET PROJETS

fg 2000

Lieu  Altenstadt, Allemagne Matériau  sandwich plastique renforcé de fibres de verre / polyuréthane Achèvement  1968

Études, projet architectural et exécution  Wolfgang Feierbach Études et projet structures  Carsten Langlie

fg 2000 (fg = fibre glass) est une maison individuelle conçue et fabriquée par une entreprise artisanale. C’est un exemple remarquable de construction modulaire avec des plastiques. Le niveau supérieur, en plastique, est posé sur le corps de bâtiment du rez-de-chaussée qui est un bâti traditionnel. Les dimensions en plan du niveau supérieur, en légère saillie par rapport à la dalle en béton armé du plafond, sont d’environ 10 × 16 m sur ce prototype. Deux faces du niveau supérieur sont entièrement vitrées. La partie en plastique du bâtiment se compose d’une série rectiligne d’éléments modulaires de paroi et de toiture légèrement incurvés. La structure porteuse du niveau supérieur en plastique est monoaxiale et transfère les sollicitations en tant que structure à cadres. La trame de 1,25 m provient des largeurs utilisées couramment pour les mats en fibres de verre. Les éléments sont confectionnés sous forme d’éléments sandwich en GFK avec des couches de couverture de 4 à 6 mm d’épaisseur et une âme en mousse rigide PUR de 60 mm. Les éléments de toiture et des murs sont assemblés dans les zones d’angle avec des joints rigides. Les points d’assemblages y sont repoussés vers l’intérieur. Les angles arrondis sont le résultat d’un formage adapté au matériau. La hauteur statique nécessaire pour enjamber l’espace est obtenue grâce aux rebords longitudinaux de 40 cm de haut. Les panneaux sont vissés les uns aux autres grâce à ces rebords par des boulons. L’étanchéité des joints est garantie par trois couches de lés superposés, en plus de leur scellement. La capacité porteuse des panneaux sandwich n’a pas été prise en compte dans les calculs de dimensions, parce qu’il n’était pas possible de contrôler avec suffisamment de précision l’assemblage des éléments du fait de leur fabrication par stratification manuelle. Le niveau en plastique de fg 2000 peut être monté en un jour sans engin de levage puissant. C’est l’unique maison en plastique ayant obtenu une certification. Ce système de construction modulaire permet d’en modifier sensiblement le plan et d’en augmenter la surface en ajoutant, le cas échéant, des modules d’angle spéciaux. La construction du prototype et la procédure de certification par des essais et des calculs statiques ont été des phases déterminantes sur la voie d’une fabrication en série. fg 2000 a été fabriqué à 35 exemplaires jusqu’en 1979. C’est l’une des contributions les plus significatives à production industrielle de bâtiments en plastique.

151

LE PLASTIQUE EN FONCTION PORTEUSE ET ENVELOPPANTE

1  Vue d’ensemble du prototype.  2 Montage.  3 Salle de bains.  4 Coupe de la façade.

1

2

3 a  Joint d’étanchéité  b Lé d’étanchéité  c Élément de couverture  d  ø 30 mm pour les câbles  e  GFK 5 mm  f Mousse d’isolation 70 mm  g  Plaque de serrage acier 60 × 100 × 12 mm  h Rail d’ancrage 32 × 15 mm  i Dalle de béton armé 180 mm  j  Profilé acier en U, 35 × 35 × 2 mm  k Mur en béton

a b c M 12 M 12 M 12 M 12 M 12

d

M 12

e f e

M 12

M 12

e f e

M 12

M 12

M 12

M 10

g h i

j a k

4

152

EXEMPLES ET PROJETS

Futuro

Lieu  divers lieux dans le monde Matériaux  GFK, PUR, polycarbonate Achèvement  1968

Études et projet architectural  Matti Suuronen Études et projet structures  Yrjö Ronkka

La maison « monospace » Futuro est l’une des rares maisons en plastique produites en série ; elle est considérée comme un jalon important dans l’histoire de l’architecture du plastique. Elle est née du désir d’un maître d’ouvrage d’avoir un chalet de montagne qui soit rapide à chauffer et puisse être facilement installé sur un terrain d’accès difficile. Le bâtiment devait pouvoir être démonté et remonté en deux jours dans de bonnes conditions météo et transportable par hélicoptère sur son lieu de destination. Ces exigences ont été déterminantes pour concevoir Futuro sous la forme d’une maison modulaire en plastique. La forme de sphère elliptique est principalement l’aboutissement de réflexions sur la géométrie et sur les techniques de fabrication. Futuro se compose de seize segments, huit supérieurs et huit inférieurs, tous identiques, ce qui a permis d’en rentabiliser la fabrication. La surface utile est d’environ 50 m2, sur 7,80 m de diamètre. La maison est posée sur un anneau supérieur porté par quatre pieds, le tout en acier. Le prototype a été réalisé en Finlande en 1968 par l’entreprise Polykem Ltd. Futuro a été exposé en 1971 à Lüdenscheid au premier salon de la maison en plastique, parmi de nombreuses autres habitations. L’enveloppe en plastique du bâtiment peut absorber les contraintes de la coque porteuse, tout comme les sollicitations en flexion. Elle se compose d’éléments sandwich en plastique renforcé de fibres de verre (GFK), pour réduire le poids propre et pour répondre aux exigences de protection thermique. Le poids total de l’ouvrage en plastique est de 2500 kg à vide et de 4000 kg avec les aménagements intérieurs. L’âme en mousse PUR est dotée côté extérieur de gorges permettant l’évacuation de l’eau de condensation. Les différents segments sont vissés entre eux dans des nervures de stabilisation sur les bords des éléments. L’accès se fait par une trappe aménagée dans la paroi extérieure, rabattable vers le bas, qui, une fois fermée, s’intègre à ras de l’enveloppe. En pratique, Futuro a trouvé de nombreuses utilisations très variées. Pour l’espace intérieur, toute une série d’aménagements complets a été développée et proposée en fonction de l’utilisation. En équipement standard : un module sanitaire, un module cuisine, six fauteuils-couchettes disposés en rayons, un lit double ou deux lits simples et une cheminée pour les grillades. Des licences de fabrication ont été vendues dans 25 pays. D’après des estimations, 60 exemplaires auraient été fabriqués. Futuro est rapidement devenu une icône artistique de l’avant-garde, mais s’est heurté à l’incompréhension de l’opinion publique ; par ailleurs, il n’a pas répondu aux attentes en ce qui concerne les chiffres de vente, surtout en raison de son coût élevé. Il s’est posé comme moyen expérimental de délaisser les concepts classiques de l’habitat et parvenir à de nouvelles formes au moyen d’une autre matérialité.

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LE PLASTIQUE EN FONCTION PORTEUSE ET ENVELOPPANTE

1 Futuro au Centraal Museum d’Utrecht.  2 Montage de Futuro à partir de modules préfabriqués.  3 Intérieur, avec les fauteuils-couchettes disposés radialement.  4 Coupe et plan.

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EXEMPLES ET PROJETS

MYKO

Lieux  Weimar, Rostock, Allemagne Matériau  GFK Achèvement  2004

Études et projet architectural, études et projet structures  Forschungsgruppe FOMEKK : Rainer Gumpp, Jürgen Ruth, Veit Bayer, Elke Genzel, Pamela Voigt, Thoralf Krause, Stefan Linne, Christian Heidenreich

Le pavillon mobile de présentation MYKO est une construction expérimentale du groupe de recherche interdisciplinaire FOMEKK de l’Université Bauhaus de Weimar ; il est censé illustrer le potentiel conceptuel, constructif et spatio-fonctionnel des plastiques renforcés de fibres de verre dans la construction. MYKO est conçu pour diverses utilisations, par exemple comme stand d’information, salon de repos ou cinéma en plein air. Il offre un espace pour 8 à 10 personnes. Le pavillon a une longueur de 4,80 m pour un diamètre maximum de 3 m. Il est composé d’un corps principal dans lequel s’insère un autre, constituant la porte. Constitués chacun de quatre segments identiques, les deux composants principaux ont des surfaces à courbure synclastique et à symétrie centrale. La structure modulaire a permis une fabrication à moindre coût dans la mesure où la réalisation des moules a pu être limitée à deux types. L’enveloppe, la structure et les couchettes sont toutes en panneaux sandwich en GFK. L’aménagement intérieur se compose d’un coussin de siège calorifugé en mousse composite. Des filetages femelles intégrés dans l’enveloppe en GFK permettent d’installer divers éléments et équipements techniques : par exemple luminaires, projecteurs ou haut-parleurs. Les segments de 16 mm d’épaisseur présentent une âme de 10 mm d’épaisseur entre deux couches de couverture en GFK. Le matériau de l’âme est un intissé synthétique imbibé de résine qui peut être aisément mis en forme. Les éléments sont fabriqués par stratification manuelle et permettent des dimensions maximales de 380 × 215 × 80 cm, pour un poids d’environ 130 kg sans équipement intérieur. Empilables, ils sont faciles à transporter. Des fermetures à genouillère permettent de les assembler facilement et solidement sans outillage. Le transfert des forces dans les nœuds congruents d’assemblage se fait en nappe au moyen de tôles de raccordement en acier intégrées par stratification. Des chants sur les bords des éléments procurent la hauteur statique nécessaire et permettent de poser des bandes-joints. Une fois le corps principal installé, la partie porte demi-sphérique peut y être encastrée dans l’ouverture. Une fixation par deux points d’attache seulement permet une rotation progressive de la porte autour d’un axe vertical. Le soubassement est fait de sacs de sable pour permettre de compenser les irrégularités du sol. MYKO est un excellent exemple d’utilisation des plastiques renforcés de fibres en accord avec le type de fabrication et de matériau.

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LE PLASTIQUE EN FONCTION PORTEUSE ET ENVELOPPANTE

1  Vue de face.  2 Fabrication d’un segment de coque.  3 Détail du raccordement du module porte.  4 Le module porte pivoté vers l’intérieur permet d’installer un écran de projection.

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EXEMPLES ET PROJETS

BÂTIMENT DE RÉCEPTION de NOVARTIS CAMPUS

Lieu  Bâle, Suisse Matériau  GFK Achèvement  2007

Études et projet architectural  Marco Serra, architecte Étude générale et études de la réalisation du toit  Ernst Basler + Partner AG Dossier d’appel d’offres pour le toit  Swissfiber AG, HAW (École supérieure des sciences appliquées de Zurich, Winterthur) Conseil technique et scientifique pour le toit  Thomas Keller, EPFL–CCLab, Lausanne Exécution du toit  Scobalit AG

Les façades vitrées du bâtiment de réception de Novartis AG à Bâle supportent un grand toit en plastique de 400 m2 dont la section est celle d’une aile d’avion. Le  plastique a été adopté pour réduire au minimum le poids propre de la toiture qui est en partie en saillie et donner ainsi à la façade vitrée un maximum de ­transparence. Cette structure autoporteuse sans joints, de 18,50 × 21,60 m, est un panneau sandwich composé de couches de couverture en GFK et de traverses biaxiales dans le même matériau stabilisées par des supports en mousse PUR. Au centre, la section du toit atteint une épaisseur de 60 cm et s’affine pour atteindre 7,5 cm sur les bords. Avec un poids moyen de surface d’environ 70 kg/m2, le poids total du toit est de 28 tonnes. 460 blocs de mousse ont été découpés par fraisage CNC à partir d’un modèle numérique. Une première étape de travail a consisté à enrouler séparément quatre blocs d’âme de 90 × 90 cm d’épaisseur différente en fonction de leur position sur le toit, puis à les entourer d’une peau de GFK, de manière à former des traverses de ce matériau entre les différents blocs. Au cours de la deuxième étape, les unités ainsi confectionnées ont été collées ensemble pour obtenir au total quatre éléments longilignes de 5,60 m de large sur 18,50 m de long, puis sur-stratifiées toujours avec une couche de GFK. Les couches de couverture et les traverses sont très fines, respectivement 6 à 10 mm et 3 à 24 mm d’épaisseur. Le transfert des forces dans les zones de joint est garanti grâce à un chevauchement suffisant des couches de GFK. Pour le montage, les différents éléments ont été positionnés sur un échafaudage provisoire. Après le collage des éléments de manière à obtenir une structure de toit autoporteuse, les éléments de façade ont été disposés en dessous, et le contreventement suffisamment assuré par des tirants dans la façade pour garantir l’étanchéité, même en cas de sollicitations en dépression. Le report des charges provenant du toit s’effectue par des points au niveau des traverses sur les vitrages porteurs de la façade, grâce à une pièce spécialement conçue à cet effet. Pour le dimensionnement de la toiture autoporteuse, seuls ont été pris en compte les éléments en GFK. La capacité de charge et la solidité de la construction sandwich ont en outre été certifiées par des essais de rupture. Le toit en plastique du bâtiment de réception de Novartis est un exemple très sophistiqué de surface autoporteuse en GFK du point de vue ingénierie et fabrication.

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LE PLASTIQUE EN FONCTION PORTEUSE ET ENVELOPPANTE

1 Le toit en GFK avec âme en mousse du bâtiment de réception de Novartis Campus.  2 Coupe trans­ versale du bâtiment.  3 Détail du raccordement du toit avec la façade vitrée. 4 Coupe du raccordement du toit et de la façade vitrée.

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a Équerre en acier collée avec la vitre  b Cache en GFK, amovible  c  Stratifié de couverture porteur (GFK)  d Traverse alvéolaire double (GFK)  e Coussinet (local)  f  Bande d’acier noyée dans le toit  g Injection de résine, locale  h Collage à la silicone, bloc local  i  Stratifié non porteur (GFK)  j  Verre isolant  k Rejéteau  l  Bloc de mousse (PUR)

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EXEMPLES ET PROJETS

5  Stratification finale d’un grand élément.  6 Essai de rupture à l’ETH de Lausanne.

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10 PERSPECTIVES DE DÉVELOPPEMENT

Les possibilités des plastiques de haute technologie sont encore en grande partie inexplorées en ce qui concerne les applications architecturales. Des matériaux ultraperformants tels que les composites, mais aussi d’autres produits, peuvent faire l’objet d’un usage intelligent et économique dans le secteur du bâtiment. Si elle veut en amplifier la diffusion, la profession doit être disposée à se pencher sur leurs caractéristiques et leurs particularités mais aussi, et surtout être prête à poursuivre la recherche et le développement. Leur valorisation est étroitement liée au perfectionnement des technologies de construction, des principes de conception et des procédés de dimensionnement et de fabrication. Nous exposons ici quelques-unes de leurs perspectives de développement, tout en évoquant les restrictions qui subsistent quant à leur utilisation en BTP.

MATÉRIAUX ULTRAPERFORMANTS POUR STRUCTURES PORTEUSES Les plastiques renforcés de fibres présentent une rigidité à toute épreuve. La fabrication industrielle de semi-produits permet un usinage et un montage indépendants des intempéries. Ces matériaux font de plus preuve d’une exceptionnelle longévité et conviennent donc particulièrement à l’emploi pour les structures porteuses. Les lamelles CFK, par exemple, sont des produits assez nouveaux, à haute résistance à la fatigue et à la corrosion. Le principal frein à leur utilisation pour les structures porteuses est leur comportement au feu, qui exclut pratiquement toute utilisation sur des immeubles de plusieurs étages sans mesures complémentaires, compte tenu des exigences imposées quant à la durée de résistance au feu et des classes de matériaux de construction. Le faible module d’élasticité des plastiques, par comparaison avec d’autres matériaux, est aussi un inconvénient majeur. Il entraîne des déformations relativement importantes qui ne sont pas admissibles sur de nombreux éléments de construction et qui ne peuvent être contrecarrées qu’en utilisant plus de matière ou en donnant plus d’élévation, ce qui est en général peu esthétique. Les structures porteuses en plastique sont envisageables pour des projets où les exigences en matière de protection contre l’incendie et les limites de déformation sont moins contraignantes, comme par exemple pour les abris ou couvertures. Les systèmes à base de profilés pultrudés et les structures plissées constituées de plaques sont, entre autres, des types de systèmes porteurs appropriés. Un domaine d’utilisation contemporain et très prometteur pour les plastiques renforcés de fibres est celui de la construction de ponts. Les efforts de recherche et de développement se concentrent sur les profilés pultrudés en plastique renforcé de fibres de verre (GFK) destinés aux tabliers ; ces profilés sont montés sur

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PERSPECTIVES DE DÉVELOPPEMENT

10.1  Pont routier avec tablier en GFK, Friedberg, Allemagne ; Knippers Helbig Advanced Engineering, ­Institut für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen (ITKE), Université de Stuttgart, 2009.

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un système porteur principal traditionnel, par exemple des poutres en acier. Audelà des avantages liés à leur grande résistance, spécialement vis-à-vis du gel et des sels de déverglaçage, les tabliers en GFK présentent l’avantage d’un poids propre très réduit par rapport à ceux en béton. Pour les ponts, le fait que ces éléments soient préfabriqués en usine joue également un rôle important. Un prototype a été réalisé : le pont routier franchissant 10.1

la route nationale B 455 à Friedberg en Hesse. Les ponts avec un système porteur principal en GFK sont des exceptions. Cela est dû au faible module d’élasticité de ce matériau qui le destine plutôt aux ouvrages de portée réduite, en raison des limites de déformation strictes imposées pour les ponts routiers et ferroviaires. Dans la construction de ponts, les plastiques représentent néanmoins un important vecteur d’innovations technologiques et un catalyseur de développement en matière de structures porteuses.

MATÉRIAUX ULTRAPERFORMANTS POUR ENVELOPPES DE BÂTIMENTS L’industrie des matières plastiques fournit aujourd’hui des semi-produits économiques appropriés aux enveloppes de bâtiments. Outre les nombreuses possibilités d’emploi, offertes par leur variété de structures de surface, de couleurs, de revêtements et impressions, ou par le comblement d’espaces vides, c’est surtout leur durée de vie et leur résistance aux intempéries qui intéressent l’architecte. À cet égard, une des propriétés les plus intéressantes est la translucidité de certains matériaux. Avec le verre, les plastiques sont les seules matières permettant un éclairage naturel des espaces intérieurs. Dans l’état actuel des connaissances, les enveloppes en plastique, contrairement à celles en verre, ne sont pas appropriées pour créer une isolation par lame d’air ou de gaz ; en effet, les panneaux en polymère, sujets à des déformations dimensionnelles assez importantes causées par les variations de température et d’humidité, ne peuvent pas être jointoyés de façon parfaitement étanche. L’isolation ne serait donc pas garantie durablement. Là où une protection thermique élevée est exigée, les plastiques sont, dans la pratique, le plus souvent utilisés comme éléments de double façade, le vitrage intérieur assurant cette fonction. Les plaques alvéolaires translucides en polycarbonate offrant un coefficient U relativement bas ou celles remplies de

MATÉRIAUX ULTRAPERFORMANTS

­granulés d’aérogel qui contribuent à réduire sensiblement la transmission thermique constituent une des solutions à ce problème. Des applications prototypiques ont déjà été réalisées mais on ne dispose pas encore de résultats suffisants, issus d’expériences pratiques dans la durée avec ces structures de façade translucides entièrement constituées de plastiques et répondant simultanément aux exigences d’isolation thermique. Pour les enveloppes de bâtiments transparentes où une modeste protection thermique est requise, une piste à suivre est celle des constructions pneumatiques avec une membrane tendue ; c’est une alternative économique et techniquement intéressante aux constructions rigides. Un grand nombre de réalisations de ce genre illustrent l’éventail des applications possibles. Un type particulier est celui des constructions à pression négative, où la membrane de l’enveloppe est plaquée sur la structure porteuse par la dépression. Un vaste champ d’expérience s’ouvre avec les possibilités d’éclairage offertes par les plastiques. Parallèlement à l’emploi de matériaux translucides ou transparents, il est fondamentalement possible d’intégrer aux polymères renforcés de fibres ou aux ETFE des fibres optiques ou des sources lumineuses. Ces fibres optiques peuvent, par exemple, être incorporées au textile synthétique lors du tissage. Cependant, lorsqu’on utilise ces sources lumineuses, il faut veiller à ce que la matière plastique ne soit pas affectée par la chaleur qu’elles dégagent. Des expériences consistant à mêler des pigments thermochromes ou photochromes à la matrice résineuse ont par ailleurs été menées. Ces procédés permettraient de créer des façades qui réagiraient en changeant de couleur sous l’effet de variations environnementales, telles que la température ou le rayonnement dans une certaine plage de longueur d’onde. Pour les éléments porteurs d’enveloppes de bâtiments, les profilés en GFK sont une solution de choix du fait de leur résistance mécanique élevée, alliée à une bonne résistance à la corrosion et à un poids propre réduit. Ils peuvent être disposés sur le même plan que l’enveloppe thermique du bâtiment ou traverser celle-ci, sans que se créent d’importants ponts thermiques parce que, contrairement aux profilés métalliques, ils possèdent une faible conductivité thermique et que les problèmes relatifs à la physique du bâtiment peuvent être évités. En matière de construction de façade, le plastique renforcé de fibres de verre (GFK) dispose du potentiel nécessaire pour concurrencer des matériaux tels que l’aluminium. Les enveloppes de bâtiments autoporteuses constituent un cas particulier. Les semi-produits sous forme de plaques ou de panneaux sont particulièrement intéressants pour les applications constructives. Par leur typologie, les structures plissées composées d’éléments plans sont très bien adaptées aux enveloppes autoporteuses. Ce sont des structures spatiales qui ne requièrent pas de poutres complémentaires, à la différence des constructions à ossature classiques. Individuellement, les panneaux ne possèdent qu’une rigidité limitée mais se convertissent, grâce à une configuration tridimensionnelle appropriée, en structures porteuses ultraperformantes qui peuvent faire fonction d’enveloppe. Ces plaques, fabriquées industriellement, simples et économiques, permettent ainsi de réaliser des volumes complexes et variés. Cependant, un effort de recherche est

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PERSPECTIVES DE DÉVELOPPEMENT

10.2  Élément de façade en verre et GFK, constitué d’un vitrage isolant encadré de profilés en GFK collés.

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­nécessaire pour développer des techniques d’assemblage appropriées, répondant à la fois aux exigences constructives et architecturales.

COMBINAISON DE PLUSIEURS MATÉRIAUX Les matériaux mixtes jouent un grand rôle en matière de structures porteuses. Ils permettent de tirer profit, judicieusement et efficacement, des meilleures qualités de chaque matière et donnent naissance à des formules aussi intelligentes qu’économiques. La combinaison avec le verre des plastiques renforcés de fibres de verre est intéressante à plus d’un titre. Du point de vue action des forces, la meilleure solidarisation entre ces deux composants se fait par adhérence sur la surface. Le fait que le coefficient de dilatation thermique du verre et des profilés pultrudés en GFK soit comparable, en raison de la proportion élevée de fibres de verre dans ces derniers, permet d’obtenir une liaison suffisamment rigide par collage des deux matériaux sans que se produisent des tensions significatives. Les éléments de façade reposant sur le principe du vitrage composite, composés d’un vitrage isolant et d’une sous-construction porteuse en plastique ren10.2

forcé de fibres de verre, constituent un développement prometteur. Le verre et les profilés en plastique sont fusionnés par collage et forment une section mixte. Les profilés en GFK collés peuvent raidir efficacement de grandes surfaces de vitrage contre les effets du vent. En fonction de la géométrie requise et de la force du vent, il est possible de leur donner des formes susceptibles d’être produites à moindre coût, en grande série. On ne peut parvenir à une utilisation économique et, en même temps, à un dimensionnement fiable des sections mixtes que si les méthodes de calcul des éléments de façade tiennent compte de la semi-rigidité de la liaison par collage. Cela peut se faire par le biais de la théorie de la liaison semirigide ou de la méthode des éléments finis, en général étalonnables par modélisation. Du point de vue architectural, cette association de matériaux présente l’intérêt de produire des profilés de façade très fins. Les éléments de façade en verre et GFK conviennent particulièrement aux étages de grande hauteur. Ils peuvent être préfabriqués en atelier. Le montage de

COMBINAISON DE PLUSIEURS MATÉRIAUX

10.3 Fenêtre « Fiberwood » : la construction en bois et GFK offre une bonne isolation thermique par forte intensité de la lumière du jour.

10.3

façades constituées d’éléments de vitrage isolant se révèle beaucoup plus simple et plus économique que celles en métal léger. Des projets pilotes ont, par exemple, été réalisés à Birkerod et Middelfart au Danemark. Par ailleurs, pour les fenêtres, l’association du bois et du GFK est une combinaison judicieuse. Un développement industriel mené par l’ITKE de l’Université de Stuttgart, sous la direction de Jan Knippers et en collaboration avec le bureau d’études Engelsmann Peters, a débouché sur la fenêtre « Fiberwood ». Son 10.3

principe prévoit un cadre fixe en deux pièces : un profilé en bois et un en GFK. Celui en GFK comprend une cavité remplie de mousse pour améliorer le coefficient U. Il est ajusté et vissé à l’extérieur du cadre en bois, assurant ainsi une excellente protection contre les intempéries. Le vantail se compose de trois parties : vitrage isolant, profilé d’ajustement en GFK et cadre en bois. La vitre isolante est collée solidement au profilé d’ajustement en GFK, lui-même vissé au cadre en bois. Pour une fenêtre aux dimensions extérieures standard de 123 × 148 cm, la part du cadre représente environ 25 % contre 35 % pour une huisserie traditionnelle. Cette solution présente l’avantage d’améliorer le coefficient U ; elle augmente à la fois l’isolation thermique et la pénétration de la lumière du jour. Le bois peut également être combiné avec d’autres plastiques comme le

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PMMA. Une passerelle pour piétons au-dessus des anciennes douves du château de Darmstadt, premier pont au monde associant le bois et le PMMA, est un exemple de construction mixte. D’une portée de 26 m, ses deux supports principaux sont des plaques de Plexiglas transparentes de 70 mm d’épaisseur avec une semelle et une membrure supérieure en bois lamellé. Dans ce type de section mixte, les sollicitations de traction et de compression sont reprises par ces dernières, les plaques en Plexiglas assurant une liaison résistante au cisaillement entre les deux. L’inconvénient des matériaux mixtes, notamment ceux avec des collages, réside dans les problèmes de recyclage, encore non résolus dans de nombreux cas. Seule une approche durable peut apporter des réponses à ces questions fondamentales ; un travail de recherche s’impose en matière de recyclabilité des plastiques et des matériaux mixtes.

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PERSPECTIVES DE DÉVELOPPEMENT

10.4  Passerelle pour piétons enjambant les anciennes douves du château de Darmstadt, Université tech-

nique de Darmstadt, Evonik Röhm, 2007. Le pont a une structure porteuse mixte associant bois et PMMA.

10.4

RENFORCEMENT A POSTERIORI DES STRUCTURES PORTEUSES Les lamelles ou textiles en CFK pour le renfort des structures porteuses en béton bénéficient depuis longtemps de l’agrément des autorités compétentes et sont 10.5

couramment utilisés dans la pratique. Les ponts constituent un de leurs domaines d’application car ils leur permettent de supporter des sollicitations accrues ou d’améliorer leur résistance aux séismes. Les très fines lamelles en fibres de carbone destinées à renforcer les ouvrages d’art sont fabriquées par pultrusion ; elles possèdent une forte résistance à la traction et sont insensibles à la corrosion. L’avantage du procédé est de pouvoir les coller après coup, en général avec une résine époxy, sur une structure en béton dont la portance ou la fiabilité doivent être améliorées. Transport, manipulation et montage sont simplifiés par leur poids réduit. Si la lamelle en CFK est collée sur une structure porteuse déjà déformée par son propre poids, seules les charges utiles occasionnent une déformation des lamelles en CFK. Ainsi, leur capacité de déformation n’est pas épuisée lors de la mise en œuvre. La précontrainte permet de mieux tirer parti de leur grande solidité. C’est pourquoi la recherche se penche aujourd’hui surtout sur le développement d’ancrages à clavettes pour les lamelles en CFK, dans le but de les mettre sous tension et les ancrer. Fondamentalement, les composants en plastique renforcé de fibres extrêmement résistant tels que les lamelles en CFK peuvent servir à armer le béton de façon classique en construction neuve. En revanche, contrairement aux aciers d’armature, ils ne peuvent pas être cintrés. Pour cette raison, ce type d’applications est réservé, pour des raisons de coûts, à des domaines particuliers comme par exemple la construction de tunnels.

 TECHNIQUES D’ASSEMBLAGE ADAPTÉES AUX MATÉRIAUX Les techniques d’assemblage dans la construction en plastique, en particulier les raccords démontables, découlent pour une large part des techniques mises en œuvre dans la construction métallique. L’introduction d’une force ponctuelle,

TECHNIQUES D’ASSEMBLAGE

10.5 Emploi de lamelles en CFK pour l’amélioration d’ouvrages d’art. Sur ce pont, à Horgen, en Suisse,  la chaussée a été élargie. La dalle de chaussée en porte-à-faux a dû être renforcée sur l’extrados pour ­permettre l’absorption des contraintes de moment plus élevées.

10.5

comme c’est le cas avec les raccords vissés, a cependant pour inconvénient que l’introduction de la charge dépend fortement du sens et de la concentration des fibres et que les pics de tension ne peuvent pas être répartis, étant donné le manque de souplesse du plastique renforcé de fibres de verre (GFK). Une technique d’assemblage adaptée à ce matériau consiste à laminer les éléments moulés. Cela contribue à réduire le problème d’introduction des forces. Un autre perfectionnement très prometteur des raccords vissés est celui des liaisons par friction. À l’aide de pièces moulées en dents de scie, on arrive à une meilleure transmission des contraintes. Cela permet d’obtenir des forces d’assemblage sensiblement plus élevées. Le développement de nouvelles techniques d’assemblage n’est pas encore achevé. Dans ce contexte, les liaisons par collage revêtent une importance particulière. Ce sont des techniques d’assemblage adaptées à ces matériaux dans la mesure où les sollicitations s’appliquent sur la surface. Dans de nombreux, cas, elles conviennent donc parfaitement aux liaisons par adhérence mais elles ont aussi plusieurs inconvénients. Les problèmes non résolus portent avant tout sur la durabilité à long terme, le comportement structurel en cas d’incendie et l’interchangeabilité des pièces.

NOUVEAUX MODES DE PRODUCTION Les modes de production courants pour la fabrication des produits et des composants en matières plastiques reposent sur la fabrication en grandes séries. Mais les applications en BTP sont en général des prototypes, des pièces uniques. Or, la construction de moules nécessite un travail important. La fabrication d’un seul élément est donc la plupart du temps très coûteuse et ce facteur explique le rôle marginal des plastiques dans le bâtiment. Les polymères ne peuvent concurrencer les matériaux traditionnels en termes de rentabilité que si les moules sont réutilisés, c’est-à-dire si les produits sont fabriqués en série. Une approche économiquement rationnelle consiste donc, soit à construire des bâtiments en ­plusieurs

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PERSPECTIVES DE DÉVELOPPEMENT

exemplaires identiques, soit à concevoir une structure modulaire dont les éléments peuvent être produits à bon marché en petite série. À cet égard, la modularité est un mot-clé en matière d’architecture en plastique. La réduction des coûts relatifs à la fabrication des moules et des machines pour les produire joue un rôle important ; on rencontre le même problème dans le domaine des coques en béton. La commande numérique continue, de la conception à la production, grâce à des procédés de fabrication de moules pilotés par ordinateur, par exemple le fraisage de mousses, représente d’ores et déjà une simplification. Mais le fraisage consomme beaucoup de matériau. Le perfectionnement des modes de production par prototypage rapide qui permettent la création de grandes pièces uniques est tout à fait primordial. Les moules variables que l’on peut adapter à diverses géométries constituent une autre possibilité. Pour cela, des moules de formage à commande hydraulique sont en principe envisageables mais, à l’heure actuelle, ils ne sont pas encore utilisés en pratique. Pour les thermoplastiques, la production de composants en recourant au prototypage rapide est une option intéressante ; toutefois, ce procédé ne permet pour le moment de produire que des pièces de taille très limitée. De plus, il n’est pas exploitable pour les pièces renforcées de fibres.

 TRANSFERT DE TECHNOLOGIES De nos jours, les plastiques sont très répandus dans l’industrie aéronautique, automobile et navale, mais pas en architecture. Il semble donc qu’un transfert des connaissances technologiques acquises dans ces secteurs vers le BTP soit souhaitable. Il faut néanmoins se rendre compte que les techniques de construction et les normes de sécurité ne sont pas transposables telles quelles parce que les fonctions, exigences et influences sont fondamentalement différentes. Contrairement aux immeubles, les avions et les voitures sont en général produits en série. En dépit de toutes ces différences, des questions comme celles de l’optimisation du poids des structures porteuses, par exemple, sont aussi pertinentes en architecture. Un transfert de technologies qui paraît s’imposer est celui de la transposition des principes de construction et des expériences faites dans le secteur des ouvrages d’art à l’industrie du bâtiment. Une approche et une réflexion interdisciplinaires peuvent assurément faire apparaître des solutions performantes, économiques et innovantes.

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GLOSSAIRE Adhésion Forces de liaison dans une couche de surface entre deux substrats. Amorphe Structure désordonnée de molécules d’un corps solide, à la différence des cristaux dont la structure des molécules est ordonnée. Anisotropie Qualité d’un matériau dont les propriétés physiques et chimiques varient selon la direction ; cette dépendance est surtout due à la structure réticulaire du point de vue moléculaire. L’anisotropie des matériaux composites comme les plastiques renforcés de fibres est créée par la disposition des fibres de renfort qui peut être adaptée à la direction de la sollicitation. Contraire de ≥ isotropie. Aromates (arènes) Combinaisons d’hydrocarbures qui contiennent un ou ­plusieurs anneaux benzéniques. Ces derniers fournissent la rigidité de la structure des molécules des aromates, qui entraîne une baisse de réactivité et une stabilité thermique élevée. Exemple : le polycarbonate. Boudineuse (machine à extruder) Outil de malaxage en forme de vis linéaire, tournant ­autour de son axe longitudinal, placé dans un cylindre ­métallique positionné horizontalement, qui sert à ­mélanger et à unir des masses fondues de plastique avant de les charger dans un outil en aval (en général une filière) qui leur donnera leur forme définitive. Calandrage Procédé de fabrication de films thermoplastiques ; ils sont laminés en feuilles fines en plusieurs étapes dans une ­calandre ou ligne de calandrage. Catégories de matériaux Répartition des matériaux en fonction de leurs caracté­ ristiques de combustibilité. Ce classement se fait différemment dans chaque pays. En France, on distinguait entre M0 (incombustible), M1 (non inflammable), M2 (difficilement inflammable), M3 (moyennement inflammable), M4 (facilement inflammable) et M5 (très facilement inflammable). Depuis l’arrêté du 21 novembre 2002 relatif à la réaction au feu des produits de construction et d’aménagement, paru au Journal officiel, est en vigueur en France, le système européen des Euroclasses, c’est-àdire les ­catégories A1, A2, B, C, D, E, F pour les produits de con­struc­tion, s1, s2, s3 pour les fumées, et d0, d1, d2 pour les gouttelettes et débris enflammés.  Coefficient d’élasticité Le coefficient d’élasticité (ou module de Young) décrit, en tant que valeur caractéristique de matériau, le rapport entre la contrainte de traction et la déformation, principalement linéaire, du matériau. Un coefficient d’élasticité élevé indique qu’un matériau oppose une forte résistance à la déformation. Ce coefficient s’obtient en divisant la tension par la dilatation : E = / où  = tension (F / A) et  = dilatation (l / l).

Coefficient de transmission thermique Il s’exprime en W / m2K et est généralement désigné par U. Il se caractérise par la quantité de chaleur (W) traversant une paroi de 1 m2 par unité de différence de température (K) entre l’extérieur et l’intérieur de ladite paroi. Cette ­valeur U sert à déterminer les pertes de chaleur par transmission d’un élément  : plus cette valeur est petite, meil­ leure est l’isolation. Lorsqu’on donne le coefficient d’une baie (Uw), on distingue entre celui du vitrage (Ug ) et celui de  l’encadrement (Uf). Pour les produits en plastique transparent qui viennent remplacer le verre, la valeur Ug est i­ ntéressante. Cohésion Forces de liaison entre atomes ou molécules dans une substance. Diélectrique Propriété d’un matériau qui est un isolateur, c’est-à-dire dont la conductibilité électrique est très faible. Ductilité La ductilité décrit le pouvoir d’un matériau d’accepter des déformations plastiques avant une défaillance sans perdre sa capacité portante. Conformément à la théorie de sécurité en matière de construction, il est souhaitable que la défaillance soit annoncée par des déformations. Dans des systèmes non déterminés statiquement, des matériaux ductiles permettent la redistribution des ­efforts tranchants. L’acier et le béton armé sont des exemples de matériaux présentant un comportement ductile. Élastomère Terme général regroupant des matériaux à réticulation à larges mailles qui ne sont ni solubles ni soudables et qui présentent un comportement élastique prononcé. Utilisation en construction principalement sous forme de joints étanches ou de coussinets. Enduit gélifié (gelcoat) Couche de résine de surface non renforcée pour éléments moulés en plastique renforcé de fibres de verre (GFK) ­permettant d’augmenter la résistance aux agents atmosphériques. ETFE L’éthylène tétrafluoroéthylène est un thermoplastique ­utilisé notamment sous forme de films transparents. Extrusion Procédé de production de semi-produits en plastique élastomères, thermoplastiques ou thermodurcissables à section constante. GFK Plastique renforcé de fibres de verre.

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Groupes bifonctionnels, trifonctionnels, multifonctionnels Composants réactifs de molécules organiques, par exemple –OH (groupe hydroxyle), –COOH (groupe carboxyle), –NH 2 (groupe amino) qui influencent la structure moléculaire et peuvent être utilisés de manière ciblée pour définir des propriétés de produit au moment de la ­fabrication du plastique. Isotropie Indépendance des propriétés d’un matériau selon la ­direction. Contraire de ≥ anisotropie. Liaison de valence principale Les liaisons de valence principale sont une forme de liaison entre les différents composants d’une molécule : par exemple les liaisons atomiques et les liaisons ­ioniques. Les liaisons de valence principale possèdent une force de liaison supérieure aux à liaisons de valence ­secondaire. Liaison de valence secondaire Les liaisons de valence secondaire reposent sur des inter­ actions électrostatiques des éléments participant à la liaison. La force de liaison est générée par l’attraction entre deux atomes ayant des charges électriques dissemblables. Les liaisons de valence secondaire possèdent une force de liaison inférieure aux àliaisons de valence principale. Liaisons doubles insaturées Liaison double entre deux atomes de carbone dans une molécule. Du fait de la liaison relativement instable, la molécule est très réactive. Macromolécule Molécule ayant une masse moléculaire élevée : elle est constituée d’un certain nombre de monomères qui se répètent. Le terme a été introduit par Hermann Staudinger pour expliquer la structure chimique des plastiques. Les macromolécules naturelles sont, par exemple, la cellulose ou l’amidon ; en revanche, la plupart des plastiques se composent de macromolécules fabriquées synthétiquement. Matrice Dans un matériau composite, une matrice est une matière servant de liant et à transférer les efforts au renfort. En principe, tous les plastiques peuvent être utilisés comme matrice. En pratique, ce sont surtout les résines synthétiques qui sont employées à cette fin afin d’en améliorer les propriétés mécaniques. Monomère Molécule réactive liée par un processus de synthèse à d’autres monomères pour former des polymères à chaîne longue. Module de base de chaque plastique. Moulage libre Terme général dans l’industrie du plastique pour désigner un processus de travail par lequel sont fabriqués, à partir de mélanges de matières brutes sous forme liquide ou ­solide, des produits ou des semi-produits.

Mousse intégrale Structure en mousse avec un noyau cellulaire et une surface fermée. Les polyuréthanes sont souvent fabriqués sous forme de mousses intégrales, mais également d’autres thermoplastiques comme le polypropylène. Orthotropie Le terme combine les mots orthogonal et anisotrope et décrit un comportement de portance et de déformation, dépendant de la direction, des matériaux ou des structures. La dépendance selon la direction se réfère à un système d’axes orthogonaux. Une des caractéristiques de l’orthotropie est le fait que les allongements et les déformations de poussée ne sont pas couplés. C’est une forme spéciale d’ ≥ anisotropie. Photopolymère Polymère qui durcit sous rayon UV. Application par procédé de prototypage rapide (à Rapid Prototyping). Plaque alvéolaire Plaque fabriquée par extrusion qui se compose de deux couches de couverture planes et d’alvéoles de liaison. ­Fabrication généralement à partir de polycarbonate ou de PMMA. Plaque ondulée Plaque monocouche présentant un profil transversal ­ondulé. Plexiglas Désignation commerciale déposée de la société Evonik Röhm GmbH pour des produits en PMMA. Est utilisé ­couramment pour désigner des PMMA transparents. PMMA Le polyméthacrylate de méthyle est un thermoplastique cassant qui se caractérise par sa grande transparence et une bonne résistance aux agents atmosphériques. Il est souvent utilisé en remplacement du verre. Polycarbonate Le polycarbonate est un thermoplastique doté d’une grande transparence et d’une meilleure résistance aux chocs que le PMMA. Le PC sera préféré au PMMA pour remplacer le verre principalement en cas de sollicitations mécaniques élevées ou d’exigences élevées en protection incendie. Polyester Terme général pour un polymère du groupe des thermoplastiques. En raison de sa structure chimique, il possède une température de fusion relativement élevée. Les exemples en sont le polycarbonate et le polyéthylène ­téréphtalate (PET). Polyéthylène Thermoplastique utilisé avec diverses modifications pour des éléments de construction mineurs de l’équipement technique des bâtiments et pour des films d’étanchéité.

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Polymère Chaîne moléculaire ramifiée ou non ramifiée constituée par réaction chimique à partir de monomères. Le terme de polymère est souvent utilisé comme terme général pour les plastiques.

Radicaux Des atomes ou des groupes de molécules réactifs avec au moins un électron impair produisent fréquemment des ­intermédiaires à courte durée de vie par le biais de réactions photochimiques et thermiques.

Polymérisation Procédé de synthèse utilisant des réactifs ; les produits obtenus sont désignés par le terme de polymères (ou produits de polymérisation). Le terme de polymérisation ­désigne aussi cependant en général le chaînage de monomères en polymères.

Rapid Manufacturing Terme général pour un procédé de fabrication d’éléments de construction en petites séries, qui se base sur l’utilisation de sets de données numériques.

Polypropylène Thermoplastique très polyvalent, à résistance limitée, à partir duquel il est possible de fabriquer des éléments moulés ou des plaques présentant divers profils. Polystyrène Le polystyrène sous sa forme pure est un thermoplastique amorphe et fragile qui possède une transparence élevée. Cependant, on le trouve le plus souvent sous forme de mousses (EPS, XPS) qui sont utilisées comme isolants thermiques. Préimprégné Les préimprégnés (ou prepregs) sont des fibres imprégnées de résine thermodurcissable qui peuvent être utilisées en tant que semi-produit moulable. Le durcissement de la matrice est retardé par un inhibiteur ou par refroidissement et ne survient que sous l’action de la chaleur et de la pression. Un pourcentage élevé de fibres dans l’élément de construction est combiné avec l’avantage d’une haute aptitude au façonnage. PTFE Le polytétrafluoroéthylène possède, grâce à l’élément fluor, une très grande résistance chimique et thermique. Il est utilisé comme tissu ou comme revêtement. Pultrusion Procédé industriel de fabrication pour des profilés en plastique renforcé de fibres, qui consiste à comprimer des fibres de verre imbibées dans un bain de résine à travers un outil de formage de manière à obtenir leur profil définitif. Les produits pultrudés ont un pourcentage de fibres très élevé et présentent donc une grande résistance. PUR Les polyuréthanes constituent un groupe de plastiques dont la dénomination a pour origine leurs composants chimiques communs du groupe uréthane. En général cependant, leurs propriétés très variées sont imputables à d’autres modules moléculaires. Ils sont le plus fréquemment utilisés dans la construction sous forme de mousses pour des joints d’étanchéité et de plaques d’isolation ­thermique. PVC Le polychlorure de vinyle est un thermoplastique fabriqué industriellement pour obtenir des semi-produits et des produits, par exemple des profilés pour huisseries (portes et fenêtres), des volets roulants, des tuyaux et des films.

Rapid Prototyping (prototypage rapide) Terme général pour un procédé de fabrication de prototypes et de modèles utilisant des données numériques. Réaction endothermique Processus chimique se produisant sous absorption de chaleur. Les produits finaux d’une réaction endothermique sont plus riches en énergie que les produits d’origine et se décomposent donc plus facilement. Contraire de ≥ exothermique. Réaction exothermique Réaction chimique sous libération d’énergie thermique. Contraire de ≥ endothermique. Résine époxy Plastique thermodurcissable dont les composants d’origine liquides sont co-réticulés par réaction chimique ­(polyaddition). Les résines époxy (EP) sont utilisées comme matrices de plastiques renforcés de fibres pour des éléments de construction dont les exigences de pré­ cision de dimension et de résistance sont élevées. Résine phénolique Plastique thermodurcissable ayant une résistance élevée à la chaleur, dont les composants d’origine liquides sont co-réticulés par condensation. Résine polyester Plastique thermodurcissable dont les composants d’origine liquides sont co-réticulés par polymérisation. Les ­résines polyester sont faciles à façonner, contrairement à d’autres résines, et elles sont très polyvalentes. Stratifié Matériau obtenu en imprégnant de résines thermodur­ cissables ou de polymères spéciaux, des fibres que l’on superpose en plusieurs couches. Stratification manuelle Procédé pour la fabrication manuelle d’éléments de construction renforcés de fibres. C’est une méthode coûteuse en heures de travail qui est, par exemple, adaptée pour la fabrication de prototypes ou d’éléments de construction ayant des épaisseurs de paroi variables. Le pourcentage de fibres est relativement faible (25 %). Styropor Marque déposée de la société BASF pour du polystyrène expansé (EPS), principalement utilisé sous forme de panneaux d’isolation thermique.

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Bibliographie Synthèse Processus chimique pour la fabrication d’un polymère à partir de monomères. Les exemples en sont la polymérisation, la polyaddition, la polycondensation. Température de transition vitreuse Tg Plage de température de matériaux amorphes qui détermine la transition de l’état solide à l’état visqueux ou ­liquide (masse fondue). La température de transition ­vitreuse se différencie par une plage de température plus large que la température de fusion des substances cristallines, définie avec précision et caractéristique pour chaque substance. Thermodurcissable Terme général regroupant des matériaux à réticulation à mailles serrées qui ne sont ni solubles ni soudables. Ils sont utilisés en architecture en général avec des fibres de renfort pour des éléments en plastique armé demandant une grande résistance. Thermoplastiques C’est, de loin, le groupe des plastiques le plus important. Les thermoplastiques sont non réticulés et possèdent des chaînes polymères linéaires ou ramifiées. Ils sont fusibles et soudables, ils sont moins solides que les thermodurcissables. Verre acrylique Terme utilisé dans la pratique pour définir des produits en PMMA transparents ou également, dans certains cas, des produits en PMMA opaques teintés dans la masse. Vinylester (résine de) Plastique thermodurcissable ayant une forte résistance aux chocs, à la chaleur et aux produits chimiques. Vulcanisation Réticulation du caoutchouc brut par sulfuration sous ­l’effet de la température et de la pression. Les molécules de caoutchouc à chaîne longue ainsi obtenues sont reliées entre elles par des ponts dits de soufre. La matière passe de l’état plastique à l’état élastique et devient plus résistante aux influences chimiques ainsi qu’aux sollicitations mécaniques. Développée en 1839 par Charles Goodyear.

1  Vers l’architecture en plastique « Das Kunststoffhaus », Deutsche Bauzeitung, n° 1, 1988, p. 68 « Bauen mit Kunststoffen », Werk, Bauen und Wohnen, n° 11, 1978 Burgard, R. (éd.) : Kunststoffe und freie Formen. Ein ­Werkbuch, Springer Verlag, Vienne / New York, 2004 Dietz, Albert : Plastics for Architects and Builders, MIT Press, Cambridge, 1969 Doernach, R. : Bausysteme mit Kunststoffen, Deutsche Verlags-Anstalt, Stuttgart, 1974 Ehrenstein, E. W. : Faserverbund-Kunststoffe. Werkstoffe – Verarbeitung – Eigenschaften, Carl Hanser Verlag, ­Munich / Vienne, 1992 Genzel, E. ; Voigt, P. : Kunststoffbauten. Teil 1 – Die P ­ ioniere, Bauhaus-Universität Weimar, Universitäts­verlag, Weimar, 2005 Genzel, E. : « Zur Geschichte der Konstruktion und der ­ emessung von Tragwerken des Hochbaus aus faser­ B verstärkten Kunststoffen 1950–1980 », thèse, BauhausUniversität Weimar, 2006 Home, Marko ; Taanila, Mika : Futuro. Tomorrow’s House From Yesterday, Desura, Helsinki, 2002 Institut für das Bauen mit Kunststoffen e.V. (éd.) : Kunststoffhäuser und Raumzellen, IBK-Verlag, Darmstadt, 1973 Obrecht, Véronique ; Judas, Didier ; de Longcamp, Michel : Polymères et construction : évolutions d’hier et de demain, Édtions PC, Paris, 2003 Plastic Design, daab, Köln, 2007 Quarmby, Arthur : The Plastics Architect, Pall Mall Press, Londres, 1974 Saechtling, Hansjürgen : Bauen mit Kunststoffen, Carl Hanser Verlag, Munich  / Vienne, 1973 Tschimmel, U. : Die Zehntausend-Dollar-Idee. KunststoffGeschichte vom Celluloid zum Superchip, Econ Verlag, Dusseldorf / Vienne / New York, 1989 Uffelen, Chris van ; Steybe, Sophie : Pure Plastic. New ­Materials for Today’s Architecture, Verlagshaus Braun, Berlin, 2008. Voigt, P. : « Die Pionierphase des Bauens mit glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK) 1942 bis 1980 », thèse, Bauhaus-Universität Weimar, 2007

2  PROPRIÉTÉS DES MATÉRIAUX Kunststoffe im Brandschutzkonzept : conférence ­Würzburg, 27.–28. 9. 1999, VDI Gesellschaft Werkstoff­ technik, VDI Verlag, Dusseldorf, 1999

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Ehrenstein, E. W. : Faserverbund-Kunststoffe. Werkstoffe – Verarbeitung – Eigenschaften, Carl Hanser Verlag, ­Munich / Vienne, 1992 Fiberline Composites A / S : Fiberline Design- & Konstruktionshandbuch, 1995

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Habenicht, Gerd : Kleben, Springer Verlag, Vienne /  New York, 2002

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Hellerich, W. ; Harsch, G. ; Haenle, S. : Werkstoff-Führer Kunststoffe, Carl Hanser Verlag, Munich / Vienne, 1996, 7e édition

3 CONNAISSANCE DES MATÉRIAUX Cowie, J. M. G. : Chemie und Physik der synthetischen ­Polymere, Vieweg Verlag, Braunschweig / Wiesbaden, 1997 Erhard, Gunter : Designing with Plastics, Carl Hanser ­Verlag, Munich / Vienne, 2006

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4 TYPES DE PLASTIQUES ET FABRICATION Biron, Michel : Aide-mémoire : transformation des ­matières plastiques, Dunod, Paris, 2010 Curbach, Manfred, et al : « Sachstandsbericht zum Einsatz von Textilien im Massivbau », DAfStb (Deutscher Aus­ schuss für Stahlbeton), cahier 488, 1998

6 CONSTRUIRE AVEC LES PLASTIQUES Bauüberwachungsverein e. V. (BÜV), recommandation « Tragende Kunststoffbauteile im Bauwesen (TKB), ­Entwurf, Bemessung und Konstruktion », proposition, ­octobre 2002 Clarke, John L. : Structural Design of Polymer Composites, EUROCOMP Design Code and Handbook, E & FN Spon, Londres, 1996 DIN 18 820, parties 1–3 : « Laminate aus textilglas­ verstärkten ungesättigten Polyester- und Phenol­ acrylatharzen für tragende Bauteile » DIN EN 13706, parties 1 et 2 : « Spezifikationen für ­pultrudierte Profile » Einsfeld, Ulrich : « Kunststoffe im Bauwesen – Werkstoffe der Zukunft : Eigenschaften – Anwendungen – Brand­ verhalten », Institut für das Bauen mit Kunststoffen e. V., Darmstadt, das Bauzentrum, n° 12, 2000, pp. 4–5

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9 LE PLASTIQUE EN FONCTION PORTEUSE ET ­ENVELOPPANTE « Empfangsgebäude in Basel », Detail, n° 5, 2008, pp. 488–491 (Bâtiment de réception de Novartis Campus) Engelsmann, Stephan ; Spalding, Valerie : « Ein proto­ typisches Kunststoff-Faltwerk mit neuartiger Füge­ technologie », Stahlbau, n° 78, 2009, pp. 227–231 ­(Structure en plastique plissé) FOMEKK, « Abschlussbericht », Bauhaus-Universität, Weimar, 2004 (MYKO) Genzel, Elke ; Voigt, Pamela : Kunststoffbauten. Die ­ ioniere, Bauhaus-Universität Weimar, Universitäts­verlag, P 2005, pp. 133–160 (Futuro) Henckel, Peter ; Kurath, Josef : « Flügeldach auf Glas­ stützen », Der Bauingenieur, n° 7/8, 2008, pp. 36–45 ­(Bâtiment de réception de Novartis Campus) Home, Marko ; Taanila, Mika : Futuro. Tomorrow’s House From Yesterday, Desura, Helsinki, 2002 (Futuro)

7  Le plastique EN FONCTION ENVELOPPANTE « Flagship Store und Firmenzentrale in London », Détail, n° 5, 2008, pp. 498–502 (Reiss Headquarters) « Omnibus-Bahnhof in Emsdetten », Détail, n° 12, 2002, pp. 1566–1569 (Gare ferroviaire d’Emsdetten) Pawlitschko, Roland : « Mobiler Pavillon für zeitgenössische Kunst in Hongkong », Détail, n° 5, 2008, p. 450 ­(Chanel Mobile Art Pavilion) Schmal, Peter Cachola (éd.) ; Bollinger, Klaus ; Grohmann, Manfred : Workflow. Architecture – Engineering, ­Birkhäuser Verlag, Bâle, 2004, pp. 72–77 (BMW Bubble)

8  Le plastique EN FONCTION PORTEUSE Birk, Stephan : « GFK-Glas-Pavillon », Ingenieurbaukunst in Deutschland. Jahrbuch 2003/2004, Junius Verlag, Hambourg, 2003 (Pavillon Verre / GFK) Engelsmann, Stephan ; Spalding, Valerie : « Eine geo­ metrisch komplexe Plastik-Skulptur mit modularem ­Tragwerk », Bautechnik, n° 85, 2008, pp. 345 – 348 ­(Sculpture-tour en plastique)

10  PERSPECTIVES DE DÉVELOPPEMENT Burtscher, Stefan : « Vorspannen – nicht kleben ! », Deutsches Ingenieurblatt, n° 7/ 8, 2005, pp. 22–26 Knippers, Jan ; Gabler, Martin : « Faserverbundwerkstoffe im Bauwesen », Stahlbau-Kalender 2007, Ernst & Sohn Verlag, Berlin Park, Don-U. : « Materialgerechte lösbare Fügever­ bindungen bei glasfaserverstärkten Kunststoffen », ­Forschungsbericht 29, Institut für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen, Université de Stuttgart, 2007 Betz, Holger ; Peters, Stefan : « Fiberwood – Ein inno­va­ tives Konzept im Fensterbau », Glaswelt, n° 1, 2008

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Auteurs

REMERCIEMENTS

Stephan Engelsmann est ingénieur en génie civil ; il a fait des études de génie civil à l’Université technique de ­Munich et des études d’architecture à l’Univer­sité de Bath. Après un doctorat sous la direction de Jörg Schlaich et Kurt Schäfer à l’Université de Stuttgart, il a travaillé avec Werner Sobek Ingenieure à Stuttgart. Il est professeur d’études de construction et de structures à la Staatliche Akademie der Bildenden Künste (Académie ­nationale des arts plastiques) de Stuttgart. Il est partenaire et associégérant du bureau d’études ­Engelsmann Peters Beratende Ingenieure à Stuttgart.

Nous remercions les architectes et ingénieurs qui ont bien voulu nous fournir des informations sur les projets qu’ils ont réalisés et ont mis à notre disposition des illustrations pour cette publication. Nous remercions aussi toutes les entreprises qui nous ont donné des informations sur leurs produits et nous ont autorisés à avoir un aperçu sur les procédés de fabrication. Un remerciement particulier à Gerhardt Spalding pour ses nombreux et précieux conseils sur le chapitre relatif aux principes chimiques des plastiques. Nous remercions Ria Stein pour sa relecture très minutieuse.

Valerie Spalding a fait des études d’architecture à la RWTH d’Aix-la-Chapelle. Elle a travaillé dans divers bureaux ­d’architectes en Allemagne et à l’étranger, notamment chez James Carpenter Design Associates à New York. Elle est collaboratrice universitaire à la Staatliche Akademie der Bildenden Künste de Stuttgart et fait de la recherche sur le thème de la construction avec des plastiques. Stefan Peters est ingénieur en génie civil, il a fait ses études à l’Université de Stuttgart et a travaillé pour divers ­bureaux d’études, notamment Werner Sobek Ingenieure à Stuttgart. Il a été collaborateur scientifique de Jan ­Knippers à l’Université de Stuttgart et a passé un doctorat sur les assemblages collés entre verre et plastiques renforcés de fibres. Il est partenaire et associé-gérant du ­bureau d’études Engelsmann Peters Beratende ­Ingenieure à Stuttgart.

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Index des noms et de bâtiments Catégorie des matériaux  18, 34, 60,

A

Gillmann, Ursula  148, 149

ABB Architekten  98, 99

Goody, Marvin  11, 13

SelgasCano  124–126

Allmann Sattler Wappner

groenlandbasel  146, 147

Serafijn, Q. S.  130

Cellulose  21

Gumpp, Rainer  154, 155

Serra, Marco  156–158

CFK ≥ Plastique renforcé à la fibre de

H

Spalding, Valerie  128, 129, 140, 141

Hamilton, Richard  11, 13

Spuybroek, Lars  130, 131

Architektur Consult ZT  100, 101

Heidenreich, Christian  154, 155

Squire and Partners  108, 109

Charge (de remplissage)  18

Arrêt de bus de Hoofddorp  77, 132–135

Herzog & de Meuron  114, 115

Staubli, Kurath & Partner AG  118, 119

Chlore  21 Classes de combustibilité ≥ Catégorie

­Architekten  122, 123 Arbeitsgemeinschaft Kunsthaus  19, 100, 101

129

Artevetro Architekten  19

Hossdorf, Heinz  12, 14

Strunge & Hartvigsen  110, 111

ARUP  96, 97

I

Suuronen, Matti  11, 13, 152, 153

Atelier van Lieshout  144, 145

Idee Workstation  106, 107

Swissfiber AG  118, 119, 148, 149,

B

Institut für das Bauen mit Kunst­ stoffen (IBK)  12

Baloghy, Gerlind  140–142 Bär + Knell  112, 113 de Fiberline  110, 111

carbone Chaînes polymériques  21–26

des matériaux Cœfficient de dilatation thermique  33, 38

156–158 T

Co-extrusion  41

TBM-Engineering  116, 117

Cohésion  88

Konstruktives Entwerfen (ITKE)  138,

Terminal V  116, 117

Collage sous vide  55

160, 163

U

Colles  82–84

Institut für Tragkonstruktionen und

Bâtiment administratif et de production

102, 167

Bayer, Veit  154, 155

K

Université de Stuttgart  138, 160, 163

Colles aérobies  83

BMW Bubble  98, 99

Klein Dytham architecture  106, 107

Université technique

Colles anaérobies  83

Bollinger + Grohmann Ingenieure 

Knippers Helbig, Advanced ­Engineering  160

98–101, 130, 131

de Darmstadt   164

Colles bi-composants  83, 138

V

Colles de contact  83

Bulle six coques  12, 13

Knippers, Jan  138, 139, 163

van der Lippe, Klaar  144, 145

Colles de dispersion  83

C

Knobel, Felix  19

Vehovar & Jauslin Architektur  118, 119

Colles de réaction  83

Cabine hôtelière mobile  10, 11

Krause, Thoralf  154, 155

Voigt, Pamela  154, 155

Colles humides  82

Camus & Cie.  11

Kunsthaus Graz  19, 100, 101

W

Colles monocomposants  83

Casoni & Casoni  11, 13

L

Walther, René  11, 13

Colles multicomposants  83

Centre de conférences et auditorium,

Laban Creekside  69, 114, 115

Warren and Rowe  120, 121

Colles thermofusible  83

Langlie, Carsten  11, 150, 151

Werner Sobek Ingenieure  122, 123

Colles type solvant  33, 36, 82, 140

Centre Yitzhak-Rabin  136, 137

La Tour D  130, 131

Whitby Bird & Partners  114, 115

Colorant  20

Chanel Mobile Art Pavilion  96, 97

Le Musée Dornier  122, 123

Z

Compression (thermoplastiques)  42

Château, Stéphane du  12, 14

Les échanges  12, 14

Zaha Hadid Architects  96, 97

Conception sandwich  11, 96, 100,

Cinq bulles  148, 149

Linne, Stefan  154, 155

Zonneveld  132–135

Clip-On  144, 145

M

Coulon, René-André  10, 11

Magnant, Yves  10, 11, 13

Cox Architects & Planners  120, 121

Maison escargot  11

Craig-Martin, Michael  114, 115

Maneval, Jean Benjamin  11, 13

Badajoz  124–126

136, 140, 143, 150, 152, 154, 156 Confection  9, 15

Index de sujets

Conformation en pelote ­s tatistique  23 Constructions en béton,

D

Marché couvert, Argenteuil  12, 14

A

Dietrich, Gerhard  11

Michailidis, Apostolos  128, 129

Accélérateur  48

Contraintes de cisaillement  92

­a mélioration  14, 160

Dietz, Albert  11, 13

Monsanto, Maison du futur  11, 13

Additifs  18

Contraintes de pelage  92

Dworzak, Hugo  116, 117

Moshe Safdie Architects  136, 137

Adhésion  88

Contre-dépouille  54

E

MYKO  143, 154, 155

Adjuvant (agent gonflant, agent

Copolymère  21

Eiertempel  143, 146, 147

N

Engelsmann Peters Beratende

NIO architecten  132–135

Aérogel  75, 161

Novartis Campus, bâtiment

Alumine hydratée  19

Coupole segmentée  12

Amorphe  23, 24, 32

Coussin en membranes EFTE  38

Ingenieure  140–142, 162

moussant)  37, 42

de réception  156–158

Engelsmann, Stephan  128, 129,

Copolymère éthylène tétrafluoro­ éthylène ≥ ETFE

NOX Architects  130, 131

Anisotropie  50

Cristallin  23, 24

Engiplast  132–135

O

Anneaux benzénique  32, 167

Cristallisation  23, 24

Ernst Basler & Partner AG  156–158

Octatube Engineering  136, 137

Armure satin  52

Cyanacrylate  83, 34

Evonik Röhm GmbH  61, 67, 78, 164, 168

OX2architekten  102, 103

Armure serge  52

D

Eyecatcher Building, Bâle  17, 19

P

Armure toile  52

Défaillance à la pression latérale  87

F

Passerelle pour piétons enjambant

Assemblage vissé  81, 87

Défaillance sur traction

­140–142

Farben des Konsums  112, 113

les douves du château

Feierbach, Wolfgang  11, 150, 151

de Darmstadt  164

Assemblages collés

transversale  87

Préparation  83, 92

Démoulage  54, 44

fg 2000  11, 12, 143, 150, 151

Pavillon Verre / GFK  138, 139

Thermodurcissables  86

Dichroïtique  62

Fhecor  124–126

Peters, Stefan  138, 139

Thermoplastiques  81

DIN 18 820  92

Fischer, Melanie  140–142

Polymer Engineering Centre  120, 121

Autoclave  55, 56

DIN 4102  18

Fluid Structures  108, 109

Polyvilla  12

Automatic Fiber Placement

DIN EN 13501 18

FOMEKK  154, 155

R

Forum Soft  118, 119

Reiss Headquarters  108, 109

B

Direct Digital Manufacturing  43

Franken, Bernhard  98, 99

Rondo  11, 13

Bore  21

Directive VDI 2014  92

Fuller, Richard Buckminster  10

Ronkka, Yrjö  11, 13, 152, 153

Brome  19

Dôme géodésique  10

Futuro  11, 13, 143, 152, 153

Ruth, Jürgen  154, 155

C

Double liaison  22

Führer-Kosch-Jürges  102–105

S

Calandrage  41

Dureté Shore  29, 31

G

Schein, Ionel  10

Calcul comparatif des éléments

E

Ganns, Franciska  128, 129

Schnegg, Matthias  146–149

Gare ferroviaire d’Emsdetten  102–105

Sculpture en plastique plissé  140–142

Carbone  21

Elastomère  15, 24, 26, 29

Genzel, Elke  154, 155

Sculpture-tour en plastique  16, 127–

Carpet Plots  93

Élastomère thermoplastique

(procédé AFP)  56

finis  93

DIN EN 13 706  92

Élasticité  24, 167

175

(TPE)  15, 24, 27

nique  13

100, 102, 108, 124, 163, 168

Soudage au laser  85

Éléments d’isolation thermique  37

Physique du bâtiment  12, 13

PMMA-GS  33, 42

Soudage par élément chauffant  85

Encliquetage  81

Préfabrication  10

PMMA-HI  34

Soudage par ultrasons  85

Enroulement filamentaire  56

Prototypes  11

Polyacrylonitrile  51

Soudage par vibrations  85

Mat à fils coupés  52

Polyaddition  26, 27, 169, 170

Stabilisants  19

Mat en verre textile  51

Polyamides aromatiques  51

Stabilité dimensionnelle à chaud  22,

EPDM  31

Mat sandwich  52

Polycarbonate  32, 67, 72, 106, 114,

EPM  31

Matériaux composites  9

EPS ≥ Polystyrène expansé

Matrice  15, 19, 22, 48, 55, 168

Polychlorure de vinyle ≥ PVC

ETFE  30, 39, 66, 96, 167

Matrice en plastique ≥ Matrice

Polycondensation  26, 28, 170

EUROCOMP Design Code and

Mélange  21

Polyester saturé  30, 32

Stratifié  54

Enveloppes de bâtiments auto­ porteuses  11, 18, 143, 148, 161

122, 124, 140, 168

23 Stéréolithographie  45 Stratification manuelle  52, 54, 96, 118, 128, 130, 148, 150, 154, 156

Mélange polymère ≥ Mélange

Polymère fluoré  37

Stratifils  52

Extrusion multicouche ≥ Co-extrusion

Monomère  22

Polymère mixte ≥ Copolymère

Structure moléculaire  15, 21–24

F

Monomère d’éthylène-propylène

Polymères d’addition  28

Synthèse  21, 169

Polymérisation  21, 26, 27, 169

T

Polyméthacrylate de méthyle ≥ PMMA

Théorie du stratifié  93

Polystyrène  24, 26, 30, 36, 46, 73,

Thermodurcissables  15, 24, 26, 44

Handbook  92, 93

Fabrication de prototype  15, 42, 52 Fabrication générative ≥ Direct Digital

≥ EPM Monomère d’éthylène-propylène-

Manufacturing

diène ≥ EPDM

Fibres d’aramide  50, 60

Mouillabilité  83

Fibres de carbone  50

Moulage par compression (thermo-

Fibres de renfort  50–54

durcissables)  55

Fabrication  51

76, 132, 146, 169 Polystyrène expansé  36, 77, 169

Façonnage  58

Polystyrène extrudé  37, 76

Propriétés  58

Fibres de verre  50

Moulage par coulée  42

Polytétrafluoroéthylène ≥ PTFE

Technique d’assemblage  86

Film, membrane  66

Moulage par infusion de résine  55

Polyuréthane ≥ PUR

Valeurs caractéristiques  58

ETFE  37

Moulage par injection  34, 37, 40, 56

Pontage de soufre  31

Thermoformage  45

Fabrication ≥ Calandrage

Moulage sandwich par injection  40

Préfabrication  15

Thermoplastiques  15, 24, 32, 170

PTFE  37

Moule positif  54

Préimprégnés (prepregs)  42, 56, 169

Fabrication  39

PVC  34

Mousse intégrale  43, 73

Procédé CNC  15, 43, 108, 130, 132,

Matériaux  32 Recyclage  46

Fils  50, 53

Mousse rigide  37, 76, 144, 150

Fluage  60, 94, 97

Mousses  36, 37, 42

Procédé de synthèse  27, 169

Techniques de raccordement  81

Fluor  21

P

Processus de formage  39

Thermoformage  45

Fonctionnalité  21

PAN ≥ Polyacrylonitrile

Profilé sans fin  57

Usinage par machine-outil  46

Forces de liaison  21–23, 89, 167

Panneaux sandwich  70–76

Profilés GFK  77, 110, 124, 138 , 161

Valeurs caractéristiques du

Forces de valence principale  22

PC ≥ Polycarbonate

Promoteur d’adhésion  20

Forces de valence secondaire  23

Phosphore  19

Protection incendie  17

Tissu d’arrachage  92

Photopolymère  44, 168

PS ≥ Polystyrène

Tissu de filaments de verre  50

Plaque alvéolaire à parois

PTFE  30, 37, 169

Tissus  52

Pultrusion  57

Tissus tricotés  52

Formage, à chaud (thermo­ formage)  46 Formation de fissures sous ­t ension  22, 24, 81 Fragilisation  17

multiples  66, 67 Plaques alvéolaires  66, 106, 110,

136, 156, 166

PUR  9, 37, 136, 143, 150, 152, 156,

114, 122, 160

169

­m atériau  38

TPE ≥ Élastomère thermoplastique Treillis  50, 53

Fused Deposition Modelling  44

Plaques ondulées  67

PVC  34, 67

Tressage  56

FVK ≥ Plastique renforcé de fibres

Plastifiant  35

R

Tricot  52, 53

G

Plastique renforcé à la fibre

Rapid Manufacturing (RM)  42, 43,

Gelcoat  49, 54, 94, 102, 118, 120, 167 Géosynthétiques  80

de carbone  14, 164 Plastique renforcé de fibres  49–51,

TSG (Coulée de mousse thermo­ plastique)  42

169 Rapid Prototyping (RP)  42, 43, 169

U UP ≥ Résine polyester insaturée

GFK ≥ Plastique renforcé de fibres

159, 167

Rapid Tooling (RT)  43, 44

Granulat  32, 39, 47

Caractéristiques mécaniques  58

Recyclage  46–48

Uréthane  37

Grilles en GFK  79

Coefficient d’élasticité  58

Résine époxy  49, 71, 89, 130

V

H

Dimensionnement  92

Résine polyester  48, 169

Verranne coupée  52

Homopolymère  21

Durabilité  94

Résine polyester insaturée (UP)  48

Vitrification au laser  45

Hydrocarbures  21

Normalisation  92

Résines vinylesters (VE)  49, 170

Vitrification sélective au laser  44

Resin-Transfer-Moulding (RTM)  56

Vulcanisation  170

I

verre  51–53

Résistance au feu  17, 18

X

Impression 3D  45

Applications  10, 96, 102, 110, 116,

Résistance aux intempéries  16

XPS ≥ Polystyrène extrudé

Inflammabilité  17, 18, 60

118, 120, 124, 128, 130, 132, 136,

Retardateur  48

In-Mould-Skinning  43

138, 144, 146, 148, 150, 152, 154,

Retardateur de flammes  18, 20

Intissé  52, 53, 80, 94, 154

156

Réticulation  15, 21, 24

L

Malléabilité  10, 15, 51

Revêtement intumescent  20

Layer Laminated Manufacturing  44

Prototypes  10

RTM ≥ Resin-Transfer-Moulding

Hydroxyde de magnésium  19

Plastique renforcé de fibres de

M

Rayonnement électromagné-

Rupture d’adhésion  90

Macromolécule  21

tique  10

Rupture de cohésion  89

Maisons en plastique (histo-

Résistance aux agents atmos­

S

phériques  54, 94

Semi-cristallin  23, 24

rique)  10–12 Construction en coques  12

Plastiques standard  32

Couvertures de grande portée  12

Plastiques techniques  32

Silicone  83

Fabrication industrielle

Plastiques thermoplastiques

Solid Ground Curing (SGC)  44

en série  12, 150, 152 Obligation d’agrément tech-

≥ Thermoplastiques PMMA  9, 24, 30, 33, 61–64, 78, 98,

Silicium  21

Soudage  85 Soudage à l’air chaud  85

Crédits des illustrations

Colophon Conception graphique et couverture : Muriel Comby, Bâle

1  Vers l’architecture

Reiss Headquarters 1, 2 Will Pryce,

en pl astique

3–5 Squire and Partners ; BÂTIMENT

Composition : Stephan Schinkel, Leipzig/Bâle

1.1 Carl Hanser Verlag ; 1.2 Buckminster

­ADMINISTRATIF ET DE PRODUCTION DE

Responsable éditoriale: Ria Stein, Berlin

Fuller Institute ; 1.3 source: ­Arthur

FIBERLINE ­1 Fiberline Composites A/S,

Révision : Thomas de Kayser, Paris

Quarmby, The Plastics Architect, Pall

photo : Poul Elmstrøm, 2 Fiberline Com-

Traduction de l’allemand :

Mall Press, London, 1974 ; 1.4 Mon­santo

posites A/S, 3 Fiberline Com­p o­sites A/S,

Brigitte Villaumié-Zavertiaev, Heidelberg (p. 9–27 ; 61–79 ; 159–166)

Company Records, University ­Archives,

photo : Poul Elmstrøm, 4 Fiberline

Architext – Anne Kuhn, Dresden, Marseille, et Claudie Pons, Marseille

Department of Special Collections,

­Composites A/S; Farben des Konsums

(p. 29–59 ; 81–158 ; 167–173)

Washington University, St. Louis ; 1.5, 1.6

1, 2 Bär + Knell; L aban Creekside

Institut für das Bauen mit Kunststoffen

1 Christian Fischer-Wasels, 2 Herzog

Ce livre est aussi paru en version allemande (Plastik in Architektur ­

e.V., Darmstadt ; 1.7 Pamela Voigt ; 1.8

& de ­Meuron, 3 source : Detail, n° 7 / 8,

und Konstruktion, ISBN 978-3-0346-0321-8) et anglaise (Plastics ­

source : Heinz H ­ ossdorf – Das ­Erlebnis

2003 ; ­T erminal V 1, 2 Craig Kuhner, 3, 4

in ­Architecture and Construction, ISBN 978-3-0346-0322-5).

Ingenieur zu sein, Birkhäuser Verlag,

Hugo ­Dworzak ; ­F orum Soft 1–3 Beat

Bâle, 2002

­Widmer, 4 Valerie ­Spalding ; Polymer

L’Information bibliographique de la Deutsche Nationalbibliothek

Engineering ­Centre 1–4 Cox Archi­

La Deutsche Nationalbibliothek a répertorié cette publication dans la

2  PropriÉtÉs des matÉriaux

tects + Planners; LE MUSÉE DORNIER

Deutsche Nationalbibliografie ; les données bibliographiques détaillées

2.1, 2.2 Valerie Spalding ; 2.3 Fiberline

1, 2 Allmann Sattler Wappner, photo :

peuvent être consultées sur Internet à l’adresse http://dnb.d-nb.de.

Composites A/S ; 2.4 Bollinger + Groh­

Jens Passoth, 3 Valerie Spalding, 4 All-

mann, photo : Gernot Stangl

mann Sattler Wappner, photo : Jens

Les droits d’auteur de cet ouvrage sont protégés. Ces droits concernent

Passoth; CENTRE DE CONFÉRENCES ET

la protection du texte, de l’illustration et de la traduction. Ils impliquent

3  Connaissance des matÉriaux

AUDITORIUM 1 SelgasCano, 2 Roland

aussi l’interdiction de réédition, de conférences, de reproduction d’il-

3.1–3.14 Valerie Spalding

­Halbe, 3 SelgasCano, 4, 5 ­Roland ­Halbe,

lustrations et de tableaux, de diffusion radiodiffusée, de copie par

6 SelgasCano

micro­film ou tout autre moyen de reproduction, ainsi que l’interdiction

4  T ypes de plastiques

de divulgation, même partielle, par procédé informatisé. La reproduc-

et fabrication

8  Le pl astique en fonction

tion de la totalité ou d’extraits de cet ouvrage, même pour un usage iso-

4.1–4.32 Valerie Spalding ; 4.33 Arbeits-

porteuse

lé, est soumise aux dispositions de la loi fédérale sur le droit d’auteur.

gemeinschaft PVC und Umwelt e. V.,

SCULPTURE-TOUR EN PLASTIQUE 1–3

Elle est par principe payante. Toute contravention est soumise aux dis-

photo: Bettina Koch ; 4.34–4.36 Valerie

Valerie Spalding, 4 Valerie Spalding,

positions pénales de la législation sur le droit d’auteur.

­Spalding ; 4.37 Engelsmann Peters;

Franciska Ganns ; LA TOUR D 1, 2 Valerie

4.38–4.43 Valerie Spalding ;

Spalding, 3, 4 NOX Architects, Lars

© 2010 Birkhäuser GmbH

­4 .44–4.46 Engelsmann Peters ;

Spuybroek ; ARRÊT BUS DE HOOFDDORP

Case postale 133, CH-4010 Bâle, Suisse

4.47 ­Fiberline ­Composites A/S ;

1 Gerhardt Spalding, 2 NIO architecten,

4.48–4.50 Engelsmann Peters

3 Gerhardt Spalding, 4 NIO architecten,

Imprimé sur papier sans acide.

photo : Radek Brunecky, 5 Gerhardt

Fabriqué à partir de cellulose TCF (totalement exempte de chlore).

5  Semi-produits et produits

Spalding, 6–8 NIO architec­ten ; TOITURE

Imprimé en Espagne

finis

DU CENTRE YITZHAK-RABIN 1–3­Octa-

5.1–5.14 Valerie Spalding ; 5.15 Waco­tech

tube ; PAVILLON VERRE / GFK 1 Valerie

ISBN 978-3-0346-0670-7

GmbH & Co. KG ; 5.16–5.26 Valerie

Spalding, 2 Nigel Young, 3 Engelsmann

987654321

­Spalding ; 5.27 NIO architecten ; 5.28 Iso-

Peters ; STRUCTURE EN PLASTIQUE

Massivhaus ; 5.29 Valerie Spalding ;

­P LISSÉ 1–7 Valerie ­Spalding

www.birkhauser.ch

5.30 Fiberline Composites A/S ; 5.31 Arbeitsgemeinschaft PVC und

9  Le pl astique en fonction

­Umwelt e. V., photo : Bettina Koch ;

porteuse et enveloppante

5.32 ­Evonik Röhm GmbH

CLIP-ON 1 Valerie Spalding, 2 Atelier van

6  Construire avec

basel ; CINQ BULLES 1–4 Arbeitsgemein­

Lieshout ; EIERTEMPEL 1–4 groenlandles pl astiques

schaft Gillmann Schnegg ; fg2000

6.1–6.9 Valerie Spalding ; 6.10,

­ uturo 1–4 Wolfgang ­Feierbach ; F

6.11 ­Engelsmann Peters ; 6.12 Valerie

1 Boijmans Museum, ­Rotterdam,

­Spalding ; 6.13 Engelsmann Peters ;

©­Centraal ­Museum, ­Utrecht, 2 Museum

6.14 Valerie Spalding ; 6.15–6.18

of Finnish Architecture, Helsinki

Engelsmann Peters

(­Suomen Rakennustaiteen Museo), ©Matti ­Suuronen, 3 Boijmans Museum,

7  Le pl astique en fonction

Rotterdam, © Centraal Museum,

enveloppante

­Utrecht, 4 Valerie Spalding; MYKO

Chanel Mobile Art Pavilion 1 John

1–4 FOMEKK ; BÂTIMENT DE RÉCEPTION

­Linden, 2 Virgile Simon Bertrand,

DE NOVARTIS CAMPUS 1 Jörg Päffinger,

3, 4 Zaha Hadid Architects ; BMW

2 Novartis, Marco Serra, 3, 4 Ernst

­B ubble 1–3 Franken Architekten ;

­Basler + Partner AG, 5 Ernst Basler +

Kunsthaus Graz 1 Arge Kunsthaus,

­Partner AG, Christoph Haas, 6 Novartis,

2 Bollinger + Grohmann, photo :

Marco Serra

Matthias Michel, 3 Bollinger + Groh­

Dans le présent ouvrage, des brevets d’invention, modèles déposés, marques déposées, etc. ne sont pas mentionnés. L’absence de mention

mann, 4 Bollinger + Grohmann, photo :

10  Perspectives de dÉveloppement

ne signifie pas qu’un produit ou un nom de produit n’est plus protégé.

Matthias Michel ; GARE FERROVIAIRE

10.1 ITKE, Université de Stuttgart ;

En raison du grand nombre des matériaux et produits cités, il na pas été

D’EMSDETTEN 1–8 OX2 Architekten ;

10.2­­Valerie Spalding ; 10.3 Fenster Betz

possible de vérifier au cas par cas s’ils étaient protégés. Par souci d’har-

Idee Workstation 1–3 Katsuhisa Kida ;

GmbH, Albstadt ; 10.4 Evonik Röhm

monisation de l’ouvrage, les marques de fabrique (par exemple ®, ™)

GmbH ; 10.5 Sika Deutschland GmbH

n’ont pas été stipulées.