contributions de la technologie silicone

Contributions de la “technologie silicone”
à l’architecture durable
A.T. Wolf
Dow Corning Corporation
Dow Corning GmbH, Wiesbaden, Germany
concepts
Contributions de la “technologie silicone”
à l’architecture durable
Avec plus de 40 années d’expériences, mastics et adhésifs silicones sont utilisés pour la réalisation d’enveloppes de bâtiments, de murs-rideaux et d’applications d’étanchéité destinées à résister aux ouragans, séismes, pluies acides, typhons
ainsi qu’à des degrés d’humidité et des températures, tant positives que négatives, extrêmes. L’intérêt commercial des
mastics et adhésifs silicones réside dans leur combinaison de propriétés uniques grâce à laquelle ils apportent une réponse
adéquate aux besoins importants d’un vaste éventail de marchés. Les mastics et adhésifs silicones permettent la conception de nouveaux systèmes de façades offrant des rendements énergétiques, un éclairage naturel et un contrôle environnemental optimisés, avec des cycles de vie allongés.
L’immeuble
du Syndicat
des Métallos
américains
(US Steelworkers)
à Pittsburgh,
Pennsylvanie,
USA, étanchéifié
au silicone, affiche
vaillamment ses
40 ans.
es premiers mastics et adhésifs silicones destinés
à la construction sont apparus au début des
années 1960, et nombre de produits appliqués
à cette époque sont toujours opérationnels aujourd’hui.
Le poids commercial des mastics et adhésifs silicones
réside dans leur combinaison de propriétés unique
grâce à laquelle ils apportent une réponse adéquate aux
besoins importants d’un vaste éventail de marchés. Ces
propriétés incluent stabilité thermique et climatique,
résistance à l’ozone et à l’oxydation, flexibilité face aux
températures extrêmement basses, grande perméabilité au gaz, propriétés électriques, inertie physiologique,
adhérence à une large gamme de substrats et restauration par diverses méthodes, à des températures élevées
et ambiantes [2,3]. Grâce à ce faisceau unique de caractéristiques physiques, les mastics et adhésifs silicones
permettent d’optimiser l’efficacité et la longévité nécessaires aux bâtiments commerciaux et résidentiels.
L
UN VRAI BESOIN
EN ARCHITECTURE DURABLE
La construction de bâtiments nécessite l’utilisation d’un grand
nombre de ressources. En effet, les constructions consomment 35
à 40 % de notre énergie primaire, 30 à 40 % de la totalité des matières premières utilisées, 15 à 20 % de l’intégralité de l’eau absorbée et occupent 10 % des sols. À l’échelle mondiale, on avance le
chiffre stupéfiant de 3 milliards de tonnes de matériaux bruts qui
sont utilisés chaque année pour les activités de construction [4].
Les bâtiments contribuent également largement aux émissions
polluantes et exercent un impact négatif sur notre environnement.
Les constructions sont responsables de 35 à 40 % de l’ensemble
des émissions de gaz à effet de serre, de 30 à 35 % des déchets solides générés et d’environ 20 % des effluents liquides [5].
Dès 1993, dans le cadre de sa convention organisée à Chicago,
l’Union Internationale des Architectes a posé la définition de la
« conception durable » dans sa Déclaration d’interdépendance
pour un avenir viable et durable [6]. Dans cette définition, « la
conception d’un projet architectural viable et durable doit intégrer l’inventaire des ressources, le bilan énergétique, la salubrité
des matériaux et des édifices, les caractéristiques du patrimoine
foncier, d’un point de vue écologique et social et, enfin, les préoccupations esthétiques qui l’auront inspirée, soutenue et valorisée ». Cette définition s’appuie sur le concept général de la durabilité, prise en compte par les piliers économique, social et
environnemental du développement responsable.
On peut aborder cette définition différemment en affirmant que
Durabilité
Social
Supportable
Environnement
Les quatre
piliers du
développement
responsable
(Sources : A.T. Wolf Dow Corning GmbH, Wiesbaden, Allemagne. [email protected])
6
VERRE PLAT 57 • SEPTEMBRE 2010
Équitable
Viable
Économique
Tétraèdre des 4P
selon le professeur Kees Duijvestein
concepts
Projet (la qualité du concept)
un intérêt majeur, mais
constitue davantage un
Prospérité / profit
moyen pour parvenir à des
(la qualité économique)
fins. Les clients aspirent à des
services que l’énergie peut
fournir, comme le confort,
Personnes
(la qualité sociale)
l’éclairage, l’électricité, les
transports. Ce n’est pas l’énerPlanète
(la qualité environnementale)
gie en elle-même qui les intéresse. C’est pourquoi, la réalisation
d’un
rendement énergétique
tout concept ou toute architecture durable
doit satisfaire aux exigences stratégiques des maximum associé à un impact environne4P, qui font référence au (a) Projet – la qua- mental minimum constitue le défi architeclité du concept, (b) Prospérité ou profit – la tural qui au final nous permet de bénéficier
qualité économique, (c) Planète – la qualité du confort auquel nous aspirons. Dans un tel
environnementale et (d) Personnes – la qua- contexte, les choix des matériaux ayant un
lité sociale (également baptisées « tétraèdre impact sur l’énergie opérationnelle se révèdes 4P », lequel a été suggéré par le profes- lent d’une grande importance, alors qu’ils
seur Kees Duijvestein de l’université techno- sont moins significatifs pour l’énergie absorlogique de Delft, Hollande [7], voir illustra- bée dans les phases de fabrication, de
construction et de démolition du bâtiment.
tion 3).
Comme mentionné précédemment, le Par conséquent, deux des objectifs–clés dans
concept d’architecture durable dépasse lar- la conception de bâtiments durables consisgement la notion de constructions affichant tent à réduire la consommation d’énergie
simplement un bon rendement énergétique. opérationnelle et les coûts associés au cycle
Toutefois, l’efficacité énergétique représente de vie du bâtiment. Ces objectifs peuvent être
l’élément de mesure le plus important pour réalisés en se concentrant dans un premier
apporter une réponse aux trois problèmes ac- temps sur l’optimisation des performances
tuels: dommages écologiques, changements de l’enveloppe du bâtiment afin de diminuer
climatiques et sécurité énergétique. Il est la demande énergétique, la durée de vie de
facile de mesurer l’énergie consommée dans l’enveloppe étant comprise entre 50 et 100
les constructions existantes, ce qui permet de ans [9]. Le simple bon sens nous amène à
mettre en évidence que la majeure partie de nous concentrer sur des paramètres tels que
la consommation énergétique s’effectue dans l’étanchéité à l’air de l’enveloppe du bâtiment,
le cadre du fonctionnement de l’édifice, la qualité de l’isolation, notamment des fel’énergie de fonctionnement représentant nêtres, et l’absence de ponts thermiques. La
plus de 80 % de la consommation énergé- seconde priorité doit ensuite consister à
éviter une consommation énergétique intique totale [8].
La réduction de la consommation d’énergie utile, par exemple, en utilisant des appareils
opérationnelle est une priorité-clé puisque efficaces et par un recours accru à l’éclairage
«l’énergie la plus durable est l’énergie écono- naturel. Une fois ces actions entreprises, il
misée». L’énergie en elle-même ne revêt pas convient ensuite de se tourner vers la produc-
T=+20°C
T=+16.35°C
tion d’énergie renouvelable, la durée de vie de
ces systèmes étant comprise entre 10 et 25
ans [10]. Cette approche est également
dictée par des considérations économiques
simples, puisque la mise en œuvre d’un système de production d’énergie renouvelable
de grande envergure nécessite des investissements supérieurs qui n’auraient alors aucun
intérêt si la conception des enveloppes de bâtiment affichait une piètre qualité ou si les appareils utilisés offraient un rendement énergétique faible.
LES BÉNÉFICES
DE LA TECHNOLOGIE SILICONE
POUR LA CONCEPTION
DE BÂTIMENTS DURABLES
Les gouvernements des États du monde
entier définissent progressivement les exigences auxquelles les constructions durables
doivent répondre [11]. Des objectifs sont
mis en place pour la réduction de la consommation énergétique et des émissions de dioxyde de carbone. Ces prescriptions s’appliquent aux matériaux de construction
écologiques qui n’auront également aucun
impact négatif sur la qualité de l’air à l’intérieur (voir par exemple [12]).
En remplaçant un verre extérieur conventionnel à fixation mécanique par une technologie de vitrage extérieur collé à base de silicone, un architecte contribue à la
promotion de l’architecture durable selon les
4P – à savoir à la qualité environnementale,
sociale, économique et conceptuelle de la
construction.
Le vitrage extérieur collé offre une grande liberté en termes de créativité et de conception, associée à des coûts du cycle de vie
moindres et à une optimisation des performances thermiques et acoustiques de la
façade. Le silicone élastique inséré entre le
T=+20°C
T=+18.17°C
Warm Edge Spacer
T=+13.55°C
Warm Edge Spacer
T=+14.68°C
Façade traditionnelle avec
plaque de pression,
Uf = 1,88 W/m2K (à gauche),
et façade en vitrage extérieur
collé, Uf = 1,66 W/m2K
(à droite)
(source : www.gpd.fi,
© Dow Corning).
T=-5°C
T=-5°C
VERRE PLAT 57 • SEPTEMBRE 2010
7
concepts
verre et le cadre métallique de support offre
une rupture thermique, limite les infiltrations d’air et contribue à la dissociation et à
l’amortissement des vibrations. Avec pour résultat, des performances énergétiques et
acoustiques optimisées. Les silicones résistent à la dégradation naturelle liée aux conditions ambiantes et offrent une durabilité inhérente supérieure et une longévité plus
importante que leurs homologues organiques à base de pétrole. Une durée de vie
utile plus longue est synonyme de coûts de
cycle de vie moins élevés.
Selon nos évaluations, la modélisation thermique a fait la preuve à plusieurs reprises de
l’impact positif sur les performances thermiques des façades composées de Vitrages
Extérieurs Collés par rapport à la fixation
mécanique.
Sans la moindre surprise, les performances
thermiques du vitrage isolant contribuent
également aux performances thermiques globales de la façade. Les systèmes d’intercalaire
à bord chaud, tant ceux basés sur la mousse
silicone que ceux s’appuyant sur le remplissage de la cavité du vitrage isolant avec un gaz
noble, contribuent aux performances de la
façade.
Le remplacement d’un système de vitrage traditionnel à fixation mécanique par un vitrage
extérieur collé est susceptible d’améliorer
la valeur U de la façade d’au moins
0,2 W/(m2K). Il est également possible de limiter la demande énergétique de la construction en réduisant le degré d’infiltration d’air.
La durabilité du substrat et les propriétés
d’adhérence du silicone dans le système de vitrages extérieurs collés garantissent des taux
d’infiltration moindres sur la durée de la vie
utile de l’édifice comparés à un vitrage de
PLUSIEURS ÉTUDES DE CAS
Avec plus de 40 années d’expériences, mastics et adhésifs silicones sont utilisés pour la réalisation d’enveloppes de bâtiments, de murs-rideaux et d’applications d’étanchéité destinées à résister aux ouragans, séismes, pluies acides, typhons
ainsi qu’à des degrés d’humidité et des températures extrêmes,
tant positives que négatives. La section suivante présente
quelques études de cas qui démontrent l’excellence de la durabilité environnementale et de la longévité des mastics silicones et leur contribution à une conception durable.
façade à fixation mécanique utilisant des
joints d’étanchéité organiques.
Les mastics silicones affichent également une
adhérence et une résistance exceptionnelles
face au rayonnement solaire, ce qui en fait les
matériaux de prédilection pour les vitrages
extérieurs et commerciaux, ainsi que pour les
applications exigeantes de toits vitrés. Les
derniers développements en termes de vitrages isolants (IGU) ont montré que les vitrages isolants à double barrière silicone remplie d’argon répondent avec la plus grande
fiabilité aux exigences les plus strictes en matière de résistance à la pénétration d’humidité et de rétention de gaz telles que définies
par les normes industrielles nationales et internationales. Associés à des systèmes d’intercalaire à bord chaud, les mastics silicones
secondaires ont amélioré le rendement énergétique et réduit le risque de condensation. n
Station antarctique
Princess Elisabeth
Prime Tower,
Zurich, Suisse
Située à Zurich en Suisse,
la Prime Tower constitue
un exemple supplémentaire de façade avec vitrages extérieurs collés à
haut rendement énergétique avec des vitrages isolants scellés au silicone. Les
propriétaires de ce bâtiment à usage mixte, haut
de 126 m, ont demandé
aux architectes et consultants en façades d’intégrer
dans leur projet une efficacité énergétique à la pointe
Prime Tower, Zurich, Suisse.
des rendements, de façon
(Source : www.prime-tower.ch/)[22].
à distinguer cet édifice sur
le marché locatif haut de gamme local. L’immeuble affiche 20 000 m2
de vitrages extérieurs collés quatre côtés avec vitrages isolants triple remplis de gaz et scellés au silicone et ce, sur la totalité de la hauteur des étages.
8
VERRE PLAT 57 • SEPTEMBRE 2010
Station antarctique Princess Elisabeth
(avec l’aimable autorisation de l’International Polar Foundation /
R. Robert).
Exploitée par l’International Polar Foundation (IPF) afin
d’étudier les changements climatiques et les matériaux durables, la station antarctique Princess Elisabeth (illustration
5) est la première base scientifique « zéro émissions » au
monde et la première station de recherche polaire fonctionnant entièrement sur la base d’énergie renouvelable (éoliennes
et panneaux solaires) [18].
Avec une température extérieure évoluant entre -50 °C et
-5 °C, des vents affichant des vitesses maximum de
125 km/h avec des rafales allant jusqu’à 250 km/h, l’IPF a
été confrontée à des défis monumentaux en termes de choix
des matériaux appropriés pour la construction de la station,
et en particulier pour les fenêtres. Le système de vitrage est
conçu avec un double vitrage isolant, les deux vitrages étant
séparés par un espace de 400mm. Les vitrages isolants sont
composés de verres feuilletés avec un scellement en mastic
silicone.
concepts
Restaurant Pardatschgrat, Ischgl, Autriche
Situé à 2624 m d’altitude sur un emplacement exceptionnel, le restaurant de montagne Pardatschgrat à proximité d’Ischgl, en Autriche, est exposé à des températures extrêmes et à des vents violents. Le restaurant est équipé d’une façade avec vitrages extérieurs collés
sur quatre côtés. Certaines sections de la façade affichent une pente négative. La façade arbore un triple vitrage isolant scellé au silicone
et rempli avec de l’argon, et avec une valeur Ug de
0,7W/(m2K). Associés à la technique de vitrages extérieurs
collés sur 4 côtés, des vitrages isolants à triple vitrage remplis de krypton ont permis à l’architecte de réaliser, pour un
projet similaire, un mur-rideau affichant une valeur Uf de
0,77 W/(m2K) [20, 21].
Cette excellente isolation thermique n’a pu être obtenue
qu’avec l’élimination de tous les ponts thermiques de la
façade en utilisant des silicones pour étanchéifier et coller
les vitrages isolants. Depuis la fin de la construction du
projet en novembre2004, il a réussi l’épreuve du temps et a
Restaurant Pardatschgrat, Ischgl, Autriche
procuré un excellent rendement énergétique à son proprié(avec l’aimable autorisation de Steindl Glas, Itter, Autriche) [19].
taire et un confort inégalé aux clients du restaurant.
Bâtiment Berlaymont,
Bruxelles, Belgique
Siège de la Commission européenne, le bâtiment Berlaymont à Bruxelles a été construit
dans les années 1960. Au milieu des années
1990, il apparut que le bâtiment devait très manifestement être intégralement rénové en raison
de son infrastructure archaïque, de son étanchéité et de son isolation médiocres, du manque
de lumière naturelle et d’un risque important lié
à la présence d’amiante. La restauration débuta
en 1999. À cette occasion, la Commission européenne a établi une liste de critères très rigoureux en termes de développement durable: tout
d’abord, la structure d’origine devait être conservée autant que possible. Ensuite, le bâtiment
devait devenir une vraie référence en termes de
rendement énergétique, de durabilité des matériaux de construction utilisés, de facilité d’entretien et de pénétration optimale de la lumière
naturelle dans l’édifice.
L’intérieur de la façade est
équipé de vitrages isolants
allant du sol au plafond, avec
un mastic de scellement en
silicone, tandis que la partie
externe se compose de
21000m2 de persiennes en
verre mobiles collées sur l’infrastructure métallique avec
un mastic silicone pour vitrages extérieurs collés. Un
ordinateur relié à des capteurs climatiques contrôle
l’orientation des persiennes
mobiles. Ainsi, cette façade
«vivante» modifie l’inclinaison des persiennes en
fonction de la position du
Bâtiment Berlaymont, Bruxelles, Belgique (après restauration)
soleil, de la température et de
la vitesse du vent. De cette
façon, elle offre un éclairage naturel homogène été soumis à une batterie de tests complète dans
à l’intérieur de l’édifice, évitant ainsi la surchauffe la mesure où il assure également une fonction
du bâtiment en été liée à l’augmentation de l’ex- de sécurité en garantissant la rétention du verre
position solaire et fonctionnant comme une en cas de bris des vitres.
En 2005, une certification du rendement énercouche protectrice lors des hivers rigoureux.
L’orientation variable des persiennes en verre gétique des constructions a été publiée, sur la
mobiles permet de contrôler les flux énergé- base de la nouvelle directive européenne sur la
tiques entrant dans et sortant du bâtiment. De performance énergétique des bâtiments: elle a
plus, cette façade active contribue également à montré que la consommation énergétique du
réduire les niveaux sonores au sein de l’édifice. bâtiment Berlaymont s’établit à environ la
Le collage par silicone des persiennes en verre a moitié de celle des bâtiments comparables [24].
Orientation variable des persiennes
mobiles en verre, bâtiment
Berlaymont, Bruxelles
(photo de détail).
« Façade vivante » du bâtiment
Berlaymont, Bruxelles
(photo d’ensemble) [23].
10
VERRE PLAT 57 • SEPTEMBRE 2010
concepts
Bâtiment de BP Exploration Alaska,
Anchorage, Alaska
Réalisée en 1983, la façade en vitrages extérieurs collés par silicone du bâtiment
BP Exploration Alaska, situé à Anchorage, Alaska, a résisté à un climat offrant des
conditions extrêmes et à de nombreux séismes atteignant 5,8 sur l’échelle de Richter (illustration 11). L’illustration 12 affiche les températures moyennes et extrêmes, les précipitations et l’activité sismique à l’emplacement de ce bâtiment [25,
26]. [25, 26].
Comme on peut le constater, le bâtiment a été exposé à une forte activité sismique
récurrente, à des extrêmes de températures compris entre -37 °C et + 29°C et des
précipitations annuelles moyennes de 414 mm. La façade en vitrages extérieurs
collés deux côtés a résisté sans afficher la moindre altération à ce climat hostile et
à ces séismes réguliers [27].
Bâtiment de BP Exploration
Alaska, Anchorage, Alaska,
Etats-Unis.
Conditions environnementales à Anchorage,
Alaska, sur la période
1983-2007
(les températures
moyennes et extrêmes
sont représentées en
vert, les précipitations
en violet et l’activité
sismique en jaune)
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12
VERRE PLAT 57 • SEPTEMBRE 2010
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