Evolution de la patine du cuivre et des ses alliages

ÉVOLUTION DE LA PATINE DU CUIVRE ET DE SES ALLIAGES

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INTRODUCTION Le cuivre est un matériau historique de construction et de conception. Depuis des siècles, il est employé pour la construction des toitures et depuis des dizaines d’années pour différentes structures externes telles que les façades, les bardages ou les évacuations d’eaux pluviales. Ces dernières années, en raison de leurs performances environnementales, les architectes et les urbanistes s’intéressent de plus en plus au cuivre et à ses alliages.

Parallèlement à l’utilisation accrue du métal pour les enveloppes, l’intérêt porté à l’interaction des métaux avec l’environnement s’est accentué. Pour cette raison, l’industrie européenne du cuivre a investi dans la recherche pour comprendre l’évolution de l’apparence des matériaux basés sur le cuivre en fonction des conditions extérieures.

Plusieurs autres programmes de recherche sur la durabilité et l’environnement ont également été lancés. Tous les résultats indiquent que le cuivre est un matériau durable, résistant et neutre vis-à-vis de l’environnement. Cette brochure résume les dernières recherches sur la patine et sur l’évolution des surfaces en cuivre et en alliage de cuivre de bâtiments situés en différents endroits d’Europe.

PREUVES HISTORIQUES

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Le métal rouge fait partie de l’histoire de l’humanité et est un fidèle compagnon de l’homme depuis l’âge du bronze. Les scientifiques considèrent que le toit du Parthénon, sur l’acropole d’Athènes en Grèce (- 447 / - 432) a été construit avec de petites feuilles de bronze, que les portes de la salle ouest ont été renforcées avec des barres de bronze et que les portes latérales étaient probablement faites de bronze évidé. Dans certaines régions d’Europe, le cuivre était considéré comme un des meilleurs matériaux pour la toiture dès le XVIe siècle. Jean III de Suède (1537-1592) exigea un toit de cuivre pour son palais « Trois couronnes » à Stockholm.

LE CUIVRE DANS L’ARCHITECTURE MODERNE Photo 1 : Surface naturellement patinée de l’Auditorium de l’université de technologie, Espoo, Finlande (conception : 1946-66), architecte : Alvar Aalto. La structure, qui ressemble à celle d’un amphithéâtre, est recouverte de cuivre et héberge les auditoriums tandis que l’extérieur peut accueillir d’autres activités.

Photo 2 : Façade patinée du centre de conférence Dipoli, Espoo, Finlande. Conçu par les architectes Reima et Raili Pietilä et achevé en 1966. Le bâtiment principal, exemple d’architecture organique, utilise massivement les matériaux de la nature finnoise, comme le pin, le cuivre et les pierres naturelles.

Photo 3 : La bibliothèque principale de Tampere (Metso), conçue par les architectes Reima et Raili Pietilä, a ouvert ses portes en 1986.

Photo 4, 5 : Le ‘de Young Museum’ à San Francisco, conçu par Herzog & de Meuron, a ouvert ses portes le 15 octobre 2005. Le gaufrage et les perforations sont un écho à la lumière qui transperce la canopée des arbres. De telle sorte que le revêtement extérieur du bâtiment se marie parfaitement au parc environnant et à l’opulence des arbres du Golden Gate Park, comme une œuvre d’art abstrait. Photo 4 prise en février 2006, photo 5 en février 2015.

Pour découvrir des références au cuivre dans l’architecture moderne par différents architectes, notamment Foster+Partners et Renzo Piano, consultez le site copperconcept.org/fr.

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LE CUIVRE ET SES REMARQUABLES PROPRIÉTÉS

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Longue durée de vie Le cuivre dure généralement 200 ans, voire plus, certains toits en cuivre datent de plus de 350 ans.

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Malléabilité Le cuivre peut être facilement travaillé à la main ou à la machine, sur site ou en atelier, pour répondre à n’importe quelle forme en 3D, notamment les courbes et détails complexes.

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Sans entretien Une toiture ou une façade en cuivre ne nécessite aucun entretien particulier.

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Résiste aux écarts de température et à l’eau Le cuivre est résistant aux différentes conditions extérieures. Il est parfaitement adapté aux conditions climatiques froides et aux régions qui connaissent d’importantes variations de température. Il ne casse pas lorsqu’il est travaillé ou déformé à basse température.

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Beauté naturelle et multiplicité des surfaces Le cuivre et ses alliages disposent de nombreux coloris allant du rouge-orange naturel au brun et vert, et de nombreuses surfaces originales.

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Durable et ininflammable Les propriétés du cuivre ne varient pas avec le temps. Il résiste aux rayons du soleil, aux rayons ultra-violets, à l’eau, à l’humidité. Il est incombustible et non propagateur de fumée.

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Il est 100 % recyclable, et ce à l’infini, sans perdre ses performances Il permet d’économiser les ressources naturelles et il conserve sa valeur dans le temps.

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Indispensable à la vie Le cuivre est un élément naturellement présent dans la croûte terrestre. Il est nécessaire à toute forme de vie.

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Le cuivre et les émissions de carbone L’industrie du cuivre est à l’avant-garde des sociétés qui s’engagent à réduire l’impact environnemental de leurs opérations. Pour plus d’informations sur les données relatives au cycle de vie du cuivre, consultez le site copper-life-cycle.org.

Photos de couverture : Hof, Allemagne Centre de radiothérapie Architecte : hiendl_schineis architekten Matériau : cuivre naturel Année d’achèvement : 2012 Photos : © Foto Eckhart Matthäus/www.em-foto.de Photos prise en octobre 2011 et avril 2017 (patiné) 3

COULEUR ET PATINE Le développement naturel de la patine est une des caractéristiques uniques du cuivre : exposé à l’atmosphère extérieure, il se protège lui-même en développant une couche de patine au fil du temps ce qui lui permet de résister aux intempéries avec une durée de vie sur plusieurs générations.

Les changements sont très progressifs et pas entièrement prévisibles, tout comme le temps, qui est le seul responsable des modifications continuelles du cuivre. Les concentrations de pollution atmosphérique et les conditions environnementales déterminent pour l’essentiel la composition et les propriétés protectrices de la patine. L’interaction de la patine avec les conditions atmosphériques locales déterminera l’apparence de la surface et son évolution au fil du temps.

ÉVOLUTION TYPIQUE DE LA PATINE DU CUIVRE ET DES ALLIAGES DU CUIVRE UTILISÉS EN ARCHITECTURE • Cuivre

En quelques jours d’exposition à l’atmosphère, la surface commence à s’oxyder et devient brune pour graduellement s’assombrir au cours des années et finir par acquérir sa patine verte typique.

• Laiton

Alliage de cuivre et de zinc. La surface brillante d’origine commence par devenir mate et vire ensuite vers une coloration vert-brun puis gris-brun et enfin brun foncé/anthracite. Les surfaces en pente peuvent développer une patine proche de celle du cuivre pur mais qui reste cependant très différente.

• Bronze

Alliage de cuivre et d’étain. La couleur chaleureuse rouge-brun d’origine évolue de manière très spécifique au fil du temps. Une oxydation de surface brun-rouge avec une nuance brun-gris est typique de cet alliage. Le matériau acquiert ensuite une coloration brun-anthracite. La patine se forme bien plus lentement qu’avec du cuivre pur.

• Alliage doré

Ce matériau doré est un alliage de cuivre composé d’aluminium et de zinc, qui est très stable et garde sa couleur dorée sur le long terme. Il se comporte différemment du cuivre pur dans l’environnement car il possède une fine couche d’oxyde protectrice qui contient les trois éléments d’alliage. La surface conserve ainsi sa couleur dorée indéfiniment et perd seulement un peu de sa brillance car la couche d’oxyde s’épaissit avec l’exposition aux éléments, pour acquérir une apparence dorée mate.

Pour en savoir plus sur l’évolution de la patine de bâtiments utilisant le cuivre et ses alliages, consultez le site surfacevol.copperconcept.org.

Photo 6, 7 : Dabas, Hongrie Halle du marché Architecte : Kiss Járomi Építésziroda Matériau : cuivre naturel Année d’achèvement : 2011 Photos : ECI Photos prises en mai 2011 et novembre 2017 (patiné) 4

6, 7

Photo : Edgar Stouvenot - AvantagesWeb

2017 Photo : Basalt Architecture architects / Sergio Grazzia

2013

Photo : Edgar Stouvenot - AvantagesWeb

2017

CUIVRE PARIS FRANCE

CONSERVATOIRE CLAUDE DEBUSSY Architectes :BasaltArchitecture Année d’achèvement : 2013

surfacevol.copperconcept.org

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Photos : Esko Tuomisto

2015

CUIVRE

2014

HELSINKI FINLANDE

RESTAURANT FLOTTANT MERIPAVILJONKI Architectes : Arkkitehtitoimisto Freese Oy Année d’achèvement : 2014 6

surfacevol.copperconcept.org

Photo : ECI

2005

2003

2010

CUIVRE

TURKU FINLANDE Photo : Pyhä Henrik surfacevol.copperconcept.org

CHAPELLE SAINT HENRY Architectes : Sanaksenaho Arkkitehdit Oy Année d’achèvement : 2003 7

Photos : Christian Richters / KME

2014

2016

LAITON AHRENSHOOP ALLEMAGNE

MUSÉE D’ART Architectes : Staab Architekten Année d’achèvement : 2013

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surfacevol.copperconcept.org

Photos : Christine Andorfer

2016

2011

LAITON

HARD AUTRICHE

HOTEL AM SEE Architectes : FRÜHARCHITEKTURBÜRO ZT GMBH Année d’achèvement : 2011

surfacevol.copperconcept.org

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Photo : Rosangela Borgese

2017

LAITON

2011

LONDRES ROYAUME-UNI

10 WEYMOUTH STREET Architectes : Make Année d’achèvement : 2009

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surfacevol.copperconcept.org

Photo : Rosangela Borgese

2017

2011

BRONZE LONDRES ROYAUME-UNI

GRANARY Architectes : Schmidt Hammer Lassen /

Pollard Thomas Edwards Architects Année d’achèvement : 2011

Photo : Tim Crocker surfacevol.copperconcept.org

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Photo : Edgar Stouvenot - AvantagesWeb

Photo : Patrick Miara

2010

2017

ALLIAGE DORÉ LES HERBIERS FRANCE

TOUR DE ARTS DES HERBIERS Architectes : Forma 6, Nantes Année d’achèvement : 2010 12

surfacevol.copperconcept.org

Photo : Rosangela Borghese

2017

Photo : Rosangela Borghese

2017

Photo : Chris Hodson

2012

ALLIAGE DORÉ PERFORÉ

LONDRES ROYAUME-UNI

TIDEMILL ACADEMY Architectes : Pollard Thomas Edwards Architects Année d’achèvement : 2012

surfacevol.copperconcept.org

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ÉTUDE SCIENTIFIQUE L’industrie européenne du cuivre a investi pour comprendre l’évolution de la surface des matériaux basés sur le cuivre dans différentes conditions et soutient les travaux de recherche entrepris par le KTH Royal Institute of Technology Surface and Corrosion Science de Stockholm. L’étude en cours est un projet à long terme qui a pour but d’évaluer et de générer une compréhension approfondie des processus de vieillissement atmosphérique du cuivre et de ses alliages utilisés dans les bâtiments. Du cuivre et trois alliages de cuivre (laiton, bronze et alliage doré) ont été exposés à l’air libre sur quatre sites test à Brest, à différentes distances de la côte.

La façon dont la patine de protection se forme, son épaisseur et sa composition ont une influence importante sur l’apparence visuelle du matériau. Des résultats scientifiques confirment que le niveau et la vitesse à laquelle la surface évolue dépendent principalement de : • • • •

Pour des informations complètes sur l’étude KTH, téléchargez « Surface appearance of copper-based materials at unsheltered marine conditions » sur copperconcept.org/fr/publications

La qualité de l’air et des conditions météorologiques : la concentration des polluants atmosphériques, le dépôt de particules et les conditions climatiques influencent fortement la composition de la patine.

La distance de la mer : les matériaux proches de zones exposées aux embruns marins développeront une teinte verte plus rapidement, alors que les matériaux placés dans des environnements urbains auront tendance à acquérir une teinte brun foncé.

La composition de l’alliage.

L’inclinaison et l’orientation de la surface.

Les pictogrammes choisis pour l’étude KTH montrent l’évolution de la surface après 6 mois, 3 ans et 5 ans dans différents lieux exposés à des inclinaisons de toiture standard (45 degrés) et de façades (90 degrés) pour quatre matériaux différents basés sur le cuivre : cuivre naturel, laiton, bronze et alliage doré.

Lieux : • •

Marin : Site d’exposition Saint Anne, à 25 mètres de la mer, avec un environnement très corrosif.

Intérieur des terres : Site d’exposition Langonnet, à 40 km de la mer, avec un environnement moyennement corrosif.

Les images sont présentées à titre indicatif uniquement et ne doivent pas être considérées comme une représentation exacte des changements visuels et de couleur pour toutes les situations et tous les conditions.

Toutes les photos des pages 14-15 sont protégées par les droits d’auteur de KTH Royal Institute of Technology, Surface and Corrosion Science. E-mail : ingero@kth.se Site Internet : https://www.kth.se/profile/ingero/ 14

PLAQUE DE CUIVRE, 45° SUD (environnement de toiture)

PLAQUE DE BRONZE, 90° SUD (environnement de façade)

Non exposé

Non exposé

6 mois

3 ans

6 mois

5 ans

Marin

Marin

Intérieur des terres

Intérieur des terres

3 ans

5 ans

PLAQUE DE LAITON, 90° SUD (environnement de façade)

PLAQUE D’ALLIAGE DORÉ, 90° SUD (environnement de façade)

Non exposé

Non exposé

6 mois

3 ans

5 ans

6 mois

Marin

Marin

Intérieur des terres

Intérieur des terres

3 ans

5 ans

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Pour en savoir plus sur l’évolution de la patine de bâtiments utilisant le cuivre et ses alliages, consultez le site surfacevol.copperconcept.org.

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