Isolation thermique : Barre d'économie d'énergie remplie

Elles sont encore mieux cachées que les vis, dont on voit tout de même la tête, mais tout aussi omniprésentes : les barrettes d'isolation se trouvent à l'intérieur des profilés en aluminium et en métal pour les fenêtres et les vitrages de façade - comme séparateurs thermiques entre l'extérieur et l'intérieur, car sinon le froid ou la chaleur s'écouleraient sans frein à travers le métal. Il s'agit donc d'un composant discret, mais dont l'importance s'accroît avec le réchauffement de la planète et la nécessité de réduire les émissions de CO2.

Mais bien qu'elle soit établie depuis plus de quatre décennies, la barre d'isolation présente un potentiel d'amélioration. Une équipe de l'Empa dirigée par Michel Barbezat et Giovanni Terrasi du département "Mechanical Systems Engineering" travaille sur un produit d'un genre nouveau - en collaboration avec des experts de l'entreprise de construction métallique Hochuli à Wigoltingen, qui a créé à cet effet la société sœur "hochuli advanced".

Le point fort de la barrette isolante "Alpet" : à l'intérieur du plastique renforcé de fibres de verre se trouve une bande de mousse en polyéthylène téréphtalate - PET, donc, provenant de bouteilles recyclées. Les nombreux pores d'air dans cette couche isolent efficacement : la conductivité thermique des prototypes est en moyenne, selon la largeur de la barre, d'environ 0,1 W/mK - bien moins que celle d'une barrette isolante standard en polyamide (environ 0,25 W/mK) et aussi nettement moins que celle des produits haut de gamme disponibles aujourd'hui.

Réglage fin de nombreux détails

Une approche simple à première vue - mais pour transformer l'idée en produit, il a fallu, dans le cadre d'une Innosuisse-a nécessité beaucoup de travail de conception. Prenons l'exemple de la méthode de production : après avoir testé différents procédés, les spécialistes ont opté pour l'extrusion, qui consiste à presser du plastique chauffé et fondu sous forme de pâte molle à travers une fente et à le façonner ainsi - autour de la bande de PET. Mais cela soulevait à nouveau des questions, par exemple sur la proportion de pores d'air dans ce "remplissage".

"Autant que possible", telle est la réponse, afin d'obtenir un effet isolant élevé. Mais "trop" aurait mis en péril la stabilité du boudin de PET préparé, car son enrobage avec le plastique noir se fait à des températures allant jusqu'à 300 degrés et à haute pression. Les chercheurs ont également adapté l'épaisseur de cette "enveloppe" aux nécessités : la plus étroite possible pour un bon effet isolant - mais suffisamment épaisse pour que la barrette résiste ensuite bien aux sollicitations mécaniques ; y compris le traitement ultérieur de l'ensemble du profilé fini, par exemple la peinture en poudre ou l'anodisation.

À partir de nombreux échantillons, les développeurs ont distillé sept variantes pour des tests - au total, environ 1000 mètres linéaires de barre d'isolation - et en ont finalement tiré le prototype final qui sert de base aux produits finis. C'est ainsi qu'une étape importante a été franchie dans le processus de production : La barrette se soude quasiment d'elle-même sous l'effet de la chaleur, sans qu'il soit nécessaire de coller une "couture". "C'est déjà un grand avantage", déclare l'ingénieur en construction métallique Frank Hochuli du partenaire industriel. "Il n'y a pas de points faibles locaux où le matériau pourrait se détacher. Et moins il y a d'étapes de travail, moins le produit est cher".

Un processus de longue haleine qui en valait finalement la peine, comme le pense également le chercheur de l'Empa Barbezat. "D'un point de vue technique, nous avons certainement de très bonnes chances", dit-il. Les valeurs mesurées et le produit, qui pourrait être facilement recyclé malgré la présence de deux matériaux, sont déjà convaincants. Et les spécialistes sont également confiants en ce qui concerne la stabilité nécessaire à long terme, sur de nombreuses années, que son équipe a tenté d'évaluer à l'aide d'expériences et de la méthode innovante "Stepped Isostress".

Contrôles indépendants en Allemagne

Pour M. Barbezat, convaincre une grande entreprise de systèmes, qui fabrique et distribue des profilés pour les fabricants de fenêtres, de coopérer avec lui est un défi. "Comparés aux grandes entreprises, nous sommes finalement des 'nobodys'", dit-il. Pour gagner des clients, il faut donc aussi une bénédiction indépendante venant d'en haut - et c'est ainsi que les partenaires ont envoyé leur barrette isolante "Alpet" à l'institut de contrôle ift de Rosenheim en Bavière, qui est considéré comme une référence dans le secteur depuis des décennies.

Les spécialistes y ont non seulement répété les essais suisses, mais ont également soumis les prototypes à des tests d'incendie, de rupture et à d'autres contraintes - par exemple à des microfissures invisibles après un stockage de 1000 heures dans l'huile ou un acide léger, ou encore à une forte traction dans le sens transversal. Selon Frank Hochuli, des certifications officielles ont été obtenues entre-temps pour le comportement au feu et la capacité de charge statique ; seule l'attestation relative à l'isolation thermique n'a pas encore été délivrée - en raison de légères différences dans certaines valeurs mesurées, qui ne modifient toutefois pas les résultats positifs, selon l'ingénieur.

Plus écologique à moindre coût

Quel serait l'effet de la nouvelle barre d'isolation sur l'ensemble du système "fenêtre", y compris les vitres, les profilés en aluminium, les joints et tous les autres détails ? M. Hochuli estime que l'isolation thermique pourrait être améliorée jusqu'à un cinquième par rapport aux modèles haut de gamme actuels, par exemple dans un nouvel immeuble de bureaux. Et comme l'entretoise avec sa "queue d'aronde" comme raccord de montage est compatible avec tous les systèmes courants, il est relativement facile de mettre à niveau des solutions existantes - par exemple pour répondre aux exigences élevées des normes des maisons passives. "Aujourd'hui, il est très difficile d'y parvenir avec des profilés en aluminium", dit-il, "notre système faciliterait certainement les choses".

Les fabricants se chargeraient alors eux-mêmes des tests détaillés, dans leurs propres laboratoires avec leurs propres systèmes de profilés. Des discussions à ce sujet ont déjà lieu, selon le développeur : "Je suis en tout cas optimiste ! "Sinon, je n'aurais guère fondé d'entreprise pour lancer notre idée sur le marché". Il ne s'agira pas pour autant de faire cavalier seul : les spécialistes de l'Empa continueront d'accompagner la passerelle isolante de leur savoir-faire après l'avoir encadrée pendant des années.

La méthode "Stepped Isostress

Comment un composant en plastique se déforme-t-il sur une période de 30 ans ou plus - sous une charge continue et de grandes différences de température ? Les "essais de fluage" courants en laboratoire pendant 1000 heures sous des contraintes thermiques et mécaniques combinées ne permettent pas de se prononcer sérieusement sur ce point. Pour pouvoir néanmoins faire des prévisions à long terme, de nouvelles méthodes ont été développées et affinées au cours des dernières années, notamment la "Stepped-Isostress-Method" (SSM), que les spécialistes de l'Empa ont appliquée à la nouvelle barre d'isolation. Pour simplifier, on additionne les déformations de nombreux essais individuels avec des charges croissantes pour obtenir une "courbe maîtresse" qui donne des informations sur des périodes plus longues. Cette méthode peut également être appliquée en un seul cycle de mesure avec des charges progressivement croissantes - et facilite l'étude des plages de température critiques.