Brevet FR2301655A1 — publié le 19760917

La présente invention concerne la fabrication industrielle de toitures incorporant dans des mêmes éléments modulaires, creux, étanches et juxtaposables toutes les fonctions d'une "toiture" classique (charpente, couverture, plafond, isolation thermique et phonique, dispositif anti-condensation, liaison et raccordement au gros oeuvre) et toutes les servitudes annexes. Dans ltétat actuel de la technique de construction des toitures les différentes fonctions sont le plus souvent traitées et mises en oeuvre avec des matériaux divers ayant leur technique, leurs fabricants et leurs poseurs particuliers. Cependant, apparaît déjà la conception dite de "toiturechaude" qui incorpore la couverture et l'isolation ; des panneaux auto-portants sont complétés par une isolation rapportée et revêtus d'une étanchéité. Cette appellation de "toiture-chaude" parait impropre puisqu'elle fait abstraction des composants suivants charpente et liaison au gros oeuvre. Le plafond peut paraître réalisé dans un comble aménageable et non ventilé; en fait, le parement inférieur de ce type de couverture n1 est pas horizontal et peut difficilement etre considéré comme le plafond d'une pièce habitable. Dans le cas d'habitation légère ou de dimensions réduites il a déjà été réalisé des ensembles auto-portants a' deux parements parallèles (couverture et plafond); les possibilités se trouvent limitées si les conditions climatiques imposent des couvertures en pente ou des "panneaux-poutres" de grande épaisseur (dans une poutre de section rectangulaire, le module d'inertie de la flexion est proportionnel au carré de la hauteur de la poutre). Les dalles horizontales en béton peuvent être adaptées pour remplir toutes les fonctions d'une couverture; elles apportent malheureusement, pour une isolation thermique intrinsèque négligeable, une surcharge générale dont il faut tenir compte pour les éléments porteurs et dans le coût global de la construction. L'invention des structures décrites a pour but d'éviter les inconvénients précités. En effet, l'emploi de polyèdres convexes soit parallélipédiques soit irréguliers permet - de réaliser en atelier par une seule entreprise tous les constituants d'une toiture. - de réduire le travail sur chantier à de la pose, parfois à de l'assemblage, à de la fixation et à du jointoiement. - de mettre simultanément en place le plafond fini sur un ensemble porteur (murs et cloisonnements intérieurs) définitivement posé et au chant supérieur terminé sur le même niveau. - de couvrir une grande surface avec un nombre réduit dlélé- ments de grandes dimensions. - d'adapter la hauteur de la toiture-poutre à la portée demandée. - de monter simultanément une couverture en pente et un plafond horizontal. - de proposer une toiture dont le poids au m2 peut varier de 10 à 25 Kg suivant le type de matériau choisi pour les parements. En outre, la présente invention se propose : - d'utiliser la hauteur sous faitage pour renforcer le module d'inertie à la flexion de la toiture sans en augmenter proportion- nellement le prix. - de mettre en place une isolation thermique de haute performance adaptée à la juste valeur désirée sans changer le processus de fabrication ni les dimensions des éléments modulaires. - de permettre simultanément l'éclairage zénital dans les locaux. - de permettre l'intégration des dispositifs d'assemblage au gros oeuvre, les canalisations électriques et toutes les autres servitudes diverses au moment de la fabrication en atelier. - de faciliter le remplacement ultérieur d'éléments de la toiture au gré des usagers. - de réaliser une sécurité incendie totale par l'emploi éventuel exclusif de matériaux incombustibles et stables dans le temps. Deux planches de figures annexées illustrent la description de l'invention, qui suit. Les polyèdres modulaires de base qui, selon l'invention, fig. 1 et fig. 2, par juxtaposition constitueront la toiture sont construits sur le principe couramment employé dans l'industrie aéronautique et spaciale des âmes alvéolaires, dites "nids d'abeilles"l, qui donne le meilleur coefficient résistance/poids. Pour des raisons d'économie, il sera de préférence fait usage dotâmes alvéo laires en matière cellulosique. La rigidité de ces tmes sera, si nécessaire , renforcée par la formation de silicate de calcium dans l'épaisseur de leurs parois obtenue par la réaction lente de silicate de sodium sur du carbonate de calcium, soit mis seuls en présence, soit en présence de silice et d'un acide organique faible. Les parements et les chants de polyèdres collés sur les âmes alvéolaires seront constitués de matériaux habituellement utilisés en plaques (métaux, amiante-ciment, bois, bois reconstitué, matière plastique, pierre reconstituée, etc...). Les parements 'couver- turne seront de préférence choisis pour résister aux intempéries par leur nature même ou traités et protégés spécialement dans ce but. Leur épaisseur minimale sera déterminée par la contrainte à la compression qu'ils devront subir. Cette couverture étant totalement étanche, la pente pourra être généralement limitée à 5%. Les parements "plafond" de matériau identique ou différent des parements couverture" ou des chants seront traités "finis" jointoiement compris, soit naturellement, soit par pose d'une peinture, d'un placage, d'un tissu, etc.. Leur épaisseur minimale sera déterminée par la contrainte à la traction qu'ils devront subir. Ils pourront être garnis d'un revetement absorbant les sons ou "respirant". S'ils sont "respirants", ils seront séparés de 1' & e alvéolaire par un pare-vapeur. Les structures alvéolaires favorisent déjà par leur concep tion l'isolation thermique en réduisant les convexions internes. Leur résistance thermique est connue. Les ponts thermiques sont faibles. Il n'y a pas de pont thermique important soit ponctuel soit linéaire dans le corps d'éléments de ce genre. allais l'isolation thermique des toitures, selon l'invention, sera obtenue par l'usage parfois simultané, des procédés suivants : couverture ou plafond en métal réfléclissant les rayons calorifiques; couverture recouverte d'un enduit également réfléchissant; mise en dépression atiosphérique de l'intérieur des éléments dans le cas de l' - sa-e dltlme enveloppe étanchez rem--lissa-e uniforme de tous les alvéoles, sur la auteur calculée en fonction du coefficient E désiré par des produits minéraux expansés sous forte de mousse, de poudre ou de granulés, par des ampoules de verre vides d'air à parois réfléchissantes, éventuellement par des mousses organiques. Les pulvérulents minéraux dont le coefficient de conductivité thermique est comparable à celui des mousses de matière organique sont absolument inaltérables. La toiture aura une grande inertie thermique malgré sa légèreté. L'isolation phonique pourra être obtenue à la fabrication en atelier soit par le remplissage des alvéoles de granulés lourds, soit par 11 emploi d'un parement "plafond" perforé, soit par le doublage du parement "plafond" avec un matériau complémentaire ad-hoc. La condensation interne d'humidité est évitée, selon l'invention, dans les éléments à enveloppe imperméable soit en les mettant en dépression atmosphérique, soit en les remplissant d'azote. S'il est fait usage de parements "respirants" une circulation d'air interne est assurée au-dessus de la couche isolante par des évents réalisés dans les chants inférieurs et supérieurs des panneaux et dans toutes les parois des alvéoles. Selon l'invention, les éléments industrialisés constituants par juxtaposition et assemblage une toiture sont modulaires en ce sens qu'en partant de quelques modèles de base il est possible de réaliser des toitures de diverses dimensions et de faitages composés. Les éléments de base seront de dimensions raisonnables pour permettre leur manipulation sur chantier par des moyens modestes de manutention meme tout simplement par deux hommes. Mais cette possibilité n'exclue nullement celle de faire en atelier une toiture en un seul élément creux à âme alvéolaire pour les entreprises ayant les moyens de transport, de manutention et de levage appropriés. Les dessins annexés illustrent à titre d'exemples, quelques éléments réalisés dans l'esprit de la présente invention Les cotes mentionnées n1 ont aucun caractère exhausifs. Les dimensions des éléments pourront etre modifiées en fonction de la nature des matériaux utilisés et du tracé des murs et des cloisonnements intérieurs en recherchant à positionner les joints sur l'axe des cloisonnements. Les figures 3 et 4 schématisent des assemblages des éléments de base pour constituer des toitures simples à un faitage. Les figures 6, 7 et 8 représentent des éléments dérivés des éléments de base mais permettant de réaliser des coupures de faitage en équerre 2 ou'des pignons abattus 3 comme schématisés sur la figure 5.Ces modèles n'ont aucun caractère exhaustifs; d'autres combinaisons sont possibles suivant le caractère de l'in Invention Lorsque les éléments constituent une poutre composée comme représentée sur la figure 4, les parements internes, collés entre eux et constituant les "fibres neutres" de la poutre seront d'épaisseur très réduite, figure 10, 4. La fabrication en atelier se fera selon les principes connus d'utilisation des ames alvéolaires, soit par colle de contact, soit par colle polymérisant sous presse à chaud, soit par pressée sous vide, etc.. .Les éléments entrant dans la composition d'une poutre devront être intimement collés et reliés entre eux. La figure 9 représente un exemple d'assemblage sur la longueur d'éléments modulaires, construits à partir du bois, par fausse languette 5 et agrafes 6 protégée par un joint adhésif classique 7. La figure 10 représente un assemblage de 3 éléments à enveloppes métalliques collées 8 et rivetées 9. Les collages sur chantier des éléments entre eux, avant agrafage ou rivetage, se feront le plus souvent par la méthode de la dépression atmosphérique sous bache souple et étanche. La présentation des éléments l'un par rapport à l'autre, notamment en cas d'utilisation de colles de contact, sera facilitée par des bords en saillie comme figuré en 10 sur la figure 10, ou par des ergots se logeant dans des trous disposés vis à vis. Au cours de la fabrication des éléments en atelier, suivant les désidérata particuliers des maîtres d'oeuvre, il est possible d'intégrer dans ltâme alvéolaire des servitudes telles que : canalisations de ventilation; évacuation des gaz brulés, évacuation des eaux pluviales; conducteurs électriques; appareillages électriques; renforts pour fixation ultérieure d'appareils suspendus, d'antennes de télévision, ou d'éléments nécessaires pour l'assemblage avec le gros oeuvre et l'immobilisation supérieure des cloisons. La sécurité incendie de ces toitures peut être assurée totalement par l'emploi exclusif de matériaux incombustibles. En effet, les âmes alvéolaires peuvent être confectionnées à partir de matière minérale fibreuse, souvent des oxydes métalliques et des silicates divers. Les colles peuvent également être constituées de produits incombustibles dérivés des silicates alcalins mélangés à des charges minérales comme le silicate de magnésium, le silicate d'aluminium ou des sels de calcium. Dans le cas d'usages de colles aqueuses et de parements imperméables, l'évacuation de l'eau s'ef- fectuera, selon l'invention, par dépression atmosphérique grâce à la présence d'évents dans les parois des alvéoles.Dans le cas d'emploi d'âmes en matière cellulosique, elles pourront être rendues incombustibles par rigidification à l'aide d'un silicate intumescent à élévation de température. Le remplissage des éléments en azote, cité ci-dessus selon l'invention, ainsi que le remplissage des alvéoles par des pulvérulents minéraux s'opposeront à la combustion des âmes alvéolaires cellulosiques. Les risques de déformation ou meme d'explosion en cas d'incendie des éléments étanches seront écartés par les perforations précitées des parois des alvéoles qui communiqueront toutes entre elles et par la présence ,sur un évent,d'un bouc-hon de sécurité sautant à une pression interne limite ou disparaissant par fusion en cas d'élévation de température anormale. En cas d'usage particulier, si les normes de sécurité incendie sont respectées, il pourra être mis en place des éléments en résine incolore et translucide, de même dimension que les éléments opaques, pour réaliser un éclairage zénital. Les toitures, objet de l'invention, peuvent être utilisées d'une façon générale dans toutes les constructions destinées à l'habitat individuel ou collectif de même que pour les locaux à usage professionnel. Des applications particulièrement intéressantes peuvent être l'emploi combiné avec des techniques simples de construction de murs porteurs et de cloisonnements intérieurs entièrement réalisés avant la pose des dites toitures. REVENDICÂTIONS 10- Toitures pour l'habitat ou l'industrie constituées par l'assemblage d'éléments modulaires, caractérisées par le fait que chaque élément, construit en un même et unique atelier, est un polyèdre convexe irrégulier remlissant simultanément toutes les fonctions et toutes les servitudes d'une toiture. 20 - Eléments polyèdres suivant la revendication nO 1 car-c- trisés par le fait qu'ils permettent la mise en place simultanée sur les murs porteurs et les cloisormements intérieurs, d'un plafond horizontal "fini", d'une couverture inclinée "finie" d'un fait, d'une rive et d'un égout "finis". 30 - Eléments polyèdres suivant la revendication n 1, caractérisés par le fait qu'ils permettent la construction de toitures sur chantier à partir d'un nombre très réduit d'éléments à assembler, parfois un seul. 40 - Eléments polyèdres suivant la revendication n0 1, carac terisés par le fait qu'ils sont fabriqués avec une âme alvéolaire de type "nids d'abeilles" ce qui permet la construction de toitures ne pesant que de 10 à 25 Kg au m2. 50 - Elle entes polyèdres suivant la reveidication n 7, carac- térisés par le fait qu'à partir de quelques modèles modulaires de base il est possible de construire des toitures à faitage variés. 60 - Eléments polyèdres suivant la revendication n 1 caractérisés par le fait qu'ils permettent de construire nne toiture à hauteur variable suivant la portée entre les appuis. 70 - Eléments polyèdres suivant la revendication n 1, carctérisés par le fait qu'ils permettent l'intégration dans la toiture d'une isolation thermique et d'une isolation pE:onique d'une valeur variable suivant usage des locaux sans qu'il en résulte des variations diensionelles des éléments ni une hétérogénéité dans l'isolation par des ponts thermiques ponctuels. 80 - Eléments polyèdres suivant la revendication 110 1, caractérisés par le fait que lorsqu'ils sont construits en matériaux étanches, l'isolation thermique peut être obtenue p & dépression atmosphérique interne. 90 - Eléments polyèdres suivant la revewdication n 1, carac- térisés par le fait que lorsqu'ils sont construits en matériaux non étanches, l'isolation thermique peut être obtenue par le remplissage des alvéoles à l'aide d'ampoules de verre vides d'air et à parois réfléchissantes. 100 - Eléments polyèdres suivant la revendication nO 1, caractérisés par le fait que lorsqu'ils sont construits en matériaux étanches, les condensations internes d'humidité sont rendues impossibles par la dépression, selon la revendication nO 8, ou par le remplissage des éléments avec de l'azote. 110 - Eléments polyèdres suivant la revendication nO 1 et nO 4, caractérisés par le fait que la sécurité incendie pout titre obtenue par la construction des dits éléments avec exclusivement des matériaux incombustibles. 120 - Eléments polyèdres suivant la revendication nO 1, caractérisés par le fait que sans apporter aucune variation dimensions nelle ou d1isolation thermique, certains des dits éléments constituant une toiture, peuvent etre construits en matériaux permettant un éclairage zénital. 130 - Ames alvéolaires suivant la revendication nO 4, réalisées en matière cellulosique, caractérisées par le fait que leur résistance mécanique et leur résistance au feu sont renforcees par une rigiciification obtenue par la formation lente de silicate de calcium dans leurs parois. 140 - Eléments polyèdres suivant la revendication nO 1, Vens truits en matériaux étanches, caractérisés par le fait qu'ils ne présentent pas de risques de déformation ou d'explosion en cas d'incendie de l'immeuble en raison de la présence d'un bouchon de sécurité de simpression interne. 150 - Eléments polyèdres suivant la revendication nO 11, caractérisés par le fait que lorsqu'il est fait usage de colles minéra- les à solvant aqueux, l'humidité est évacuée par dépression atmosphérique. 160 - Eléments polyèdres suivant la revendication no 1; caractérisés par le fait que leur assemblage par collage sur le chantier de construction est obtenu par une pressée réalisée par une dépression atmosphérique créée à l'intérieur d'une enveloppe étanche recouvrant momentanément les éléments à assembler.