Brevet FR2444131A1 — publié le 19800711

La présente invention a pour objet de nouveaux éléments de construction ayant la forme de blocs élémentaires qui sont juxtaposés pour construire des parois et qui captent l'énergie solaire. Le secteur technique de l'invention est celui de la construction des bâtiments, On connaît des capteurs solaires plans dans lesquels on fait circuler un fluide caloporteur qui est chauffé par l'énergie solaire et qui sert à transporter des calories jusqu a un appareil utilisateur. On connaît également des maisons solaires comportant des doubles parois entre lesquelles circule l'air qui s 'échauffe et qui pénètre dans le logement. On connaît enfin des éléments de construction en forme de corps creux contenant dans une enveloppe un sel solide ayant une température de fusion comprise entre 200C et 500C qui est en équilibre avec la phase liquide et qui absorbe l'énergie solaire sous forme de chaleur latente sans variation de température. La présente invention a pour objet des éléments de construction qui captent l'énergie solaire et qui sont différents des trois catégories énumérées ci-dessus. Les parois extérieures d'un bâtiment, c'est-à-dire les murs, la toiture et les ouvertures reçoivent de l'énergie solaire et captent une partie de celle-ci, mais le rendement et l'efficacité thermique sont variables. En ce qui concerne les murs et la toiture, l'énergie solaire provoque un échauffement de la surface externe mais la plus grande partie de la chaleur produite est dissipee dans l'atmosphere sous l'effet de la convection et du rayonnement, de sorte qu'une faible partie seulement de l'énergie reçue est transmise à Itintérieur par conduction à travers la paroi, surtout si celle-ci est bien isolée. En ce qui concerne les ouvertures vitrées, celles-ci transmettent à l'intérieur la plus grande partie de l'énergie qu'elles reçoivent pendant les périodes où elles sont ensoleillées. Mais on sait que le coefficient de transmission thermique K qui mesure la déperdition de chaleur par unité de surface, par unité de temps et par degré d'écart de température, est élevé pour les surfaces vitrées, de sorte que les pertes de calories à travers ces surfaces sont élevées. De plus, les surfaces vitrées ont une inertie thermique tres faible. Un objectif de la-présente invention est de procurer des éléments de construction qui permettent de construire les murs et/ou les toitures des bâtiments et qui remédient aux inconvénients ci-dessus, c'est-à-dire qui permettent d'obtenir des murs ou des toitures qui transmettent vers l'intérieur la plus grande partie de l'énergie solaire qu'ils reçoivent, tout en ayant un pouvoir isolant élevé qui évite les déperditions de calories pendant les périodes non ensoleillées. Cet objectif est atteint au moyen d'éléments de construction ayant la forme de corps creux, qui comportent - une paroi externe, exposée au rayonnement solaire, transparente; - des parois latérales en un matériau de construction; - et un fond, opposé à la paroi transparente, qui délimitent une cavité fermée entre eux ou en coopération avec les parois d'éléments voisins. Selon un mode de réalisation particulier, la face interne du fond est garnie d'un revêtement absorbant. Selon un autre mode de réalisation, le fond est composé d'un matériau ayant une bonne conductibilité thermique. Selon un autre mode de réalisation, le fond est en un matériau transparent. Les éléments de construction selon l'invention permettent de construire des murs porteurs, qui ont en même temps la fonction de capter l'énergie solaire. Ils permettent de juxtaposer, en avant d'un mur porteur, qui peut être un mur existant, une paroi faisant fonction de capteur et d'isolant. Ils permettent également de construire des toitures qui captent l'énergie solaire et qui sont bien isolées. Cette application en toiture est particulièrement intéressante car elle réduit les pertes de calories à travers la toiture qui sont importantes si la toiture n'est pas isolée intérieurement et elle permet également d'utiliser les pans de toitures dirigés vers le Sud comme capteurs de calories sans modifier l'architecture. Les éléments destinés à cette application en toiture comportent des parois externes, qui ont la forme de tuiles transparentes, par exemple de tuiles mécaniques ou romanes qui s'imbriquent entre elles pour composer la couverture. L'invention a pour résultat un nouveau produit industriel qui constitue un élément de construction en forme de bloc qui permet de construire des murs ou des couvertures de bâtiments par juxtaposition. Les blocs selon l'invention peuvent être identiques aux blocs ou corps creux traditionnels, c'est-à-dire avoir la même forme que les briques creuses ou pleines, ou les parpaings en aggloméré de béton qui sont utilisés habituellement pour maçonner des murs. L'invention entend protéger toute modification isotopologique de ces blocs, c'est-à-dire toute forme dérivée de la forme typique ci-dessus décrite par extension ou modification des dimensions. Les parois latérales et éventuellement le fond des éléments selon l'invention sont composés, de préférence, de matériaux de construction traditionnels tels que de la terre cuite, du béton de ciment ou de résine et dans ce cas, les éléments selon l'invention présentent une résistance mécanique analogue à celle des briques ou parpaings en aggloméré de béton traditionnels et peuvent donc être incorporés dans un mur porteur pour bâtir tout ou partie de celui-ci, sans modifier obligatoirement l'architecture des bâtiments et sans entraîner des supplements de coûts de construction ou d'entretien. On peut évidemment diviser les corps creux selon l'invention en les munissant de cloisons internes,perpendiculaires à la paroi externe et transparente, qui morcellent la cavité en plusieurs alvéoles. Dans ce cas, ces cloisons internes sont, de préférence, plus courtes que les parois la térales, de sorte qu'elles sont séparées de la paroi transparente par un espace libre. La paroi externe des éléments selon l'invention doit être transparente notamment aux radiations lumineuses visibles. Par contre, elle arrête les radiations qui se situent dans l'infrarouge lointain et elle produit un effet de serre. Cette paroi externe est par exemple en verre ou en une résine polymérisable ayant des propriétés optiques voisines de celles du verre, par exemple en polycarbonate. Les parois latérales des blocs selon l'invention remplissent plusieurs fonctions. Comme dans un corps creux traditionnel, ils confèrent la résistance mécanique et ont une bonne résistance thermique dans la direction perpendiculaire à la paroi externe, c'est-à-dire dans le sens de l'épaisseur de la paroi. De plus, ils servent, en même temps que la paroi externe et le fond, à délimiter une cavité fermée, ce qui réduit les pertes par convection. Les parois latérales des blocs selon l'invention ont donc une fonction supplémentaire anticonvection qui est essentielle. La cavité interne d'un corps creux selon l'invention est fermée. Le mot fermé ne signifie pas qu'elle est etanche à l'air. Les parois latérales peuvent être construites en un matériau poreux, non étanche à l'air, par exemple en aggloméré de béton. On peut même prévoir de petits orifices d'échappement de l'air contenu dans la cavité pour éviter la mise en pression de celle-ci, par suite de l'échauffement de l'air et pour permettre d'éliminer l'humidité. Le terme cavité fermée signifie seulement une cavité qui est isolée de l'extérieur par des parois de telle sorte que l'air qu'elle contient n'est pas mis sensiblement en mouvement. Cette cavité remplie d'air est transparente au rayonnement qui vient frapper le fond ou les parois latérales, elle est peu convective et elle présente une résistance thermique élevée pour la conduction vers l'extérieur, de sorte que les pertes thermiques à travers le mur sont réduites. Bien entendu, on pourrait obtenir des cavité fermées en juxtaposant ou superposant des blocs auxquels il manquerait une face latérale dont la fonction serait remplie par une face latérale du bloc voisin. L'invention protège également ce mode de réalisation. Le fond des blocs selon l'invention sert à délimiter la cavité anticonvection. De plus, il reçoit le rayonnement solaire et il sert à absorber ce rayonnement, à le transformer en chaleur et à le conduire vers l'intérieur. On peut recouvrir la face interne du fond d'un revêtement absorbant, par exemple d'un revêtement dont les propriétés se rapprochent de celles d'un corps noir. Si on désire que les calories captées soient transmises rapidement vers l'intérieur, on peut construire des éléments selon l'invention dont le fond est en un matériau ayant une bonne conductibilité thermique, par exemple en métal. Dans ce cas, la résistance thermique du bloc est peu diminuée et les pertes par conduction pendant les périodes non ensoleillées restent faibles. La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent, sans aucun caractère limitatif, des exemples de réalisation d'éléments de construction selon l'invention. La figure 1 est une vue éclatée d'un élément de construction selon l'invention. La figure 2 est une coupe transversale d'un mode de réalisation d'un élément selon l'invention. La figure 3 est une vue en perspective d'un autre mode de réalisation d'un élément selon l'invention. La figure 4 est une coupe verticale de la partie avant de deux éléments superposés. La figure 5 est une coupe verticale de deux éléments superposés selon un autre mode de réalisation. La figure 6 est une vue en perspective de deux blocs selon l'invention destinés à construire des toitures. La figure 7 est une coupe verticale de deux blocs superposés selon une autre variante de réalisation. La figure 8 est une coupe transversale d'un autre mode de réalisation d'un bloc selon l'invention. La figure 9 est une coupe verticale d'une paroi construite avec des blocs selon l'invention en avant d'un mur. La figure 1 représente une forme de réalisation de base d'un élément de construction selon l'invention. Celui-ci présente la forme d'un bloc ou corps creux comportant une cavité centrale, qui est délimitée par une paroi externe 1 qui est exposée au soleil et qui est transparente, par des parois latérales 2a, 2b, 2c, 2d et par un fond 3. Les parois latérales sont composées d'un matériau de construction qui est utilisé pour fabriquer les éléments de construction habituels tels que les briques, les parpaings etc...., c'est-à-dire de la terre cuite, ou un aggloméré de béton de ciment ou de résine ou un mortier, ou une pierre artificielle ou tout autre matériau équivalent. La figure 1 représente un bloc parallélépipédique qui a les mêmes dimensions qu'une brique ou un parpaing. Bien entendu, on peut construirere des corps creux selon 1 invention ayant n'importe quelle autre forme polygonale pouvant être juxtaposée à des formes identiques pour construire une paroi maçonnée et on peut par exemple fabriquer des corps creux conformes à l'invention dont la section transversale est triangulaire, hexagonale, en forme de losange, de trapèze ou des formes variées telles que celles des éléments qui composent les claustra. Dans la suite de l'exposé, on se réfèrera à des exemples de blocs parallélépipédiques, qui sont la forme de réalisation la plus simple, sans que cela entraîne aucune limitation de l'invention. La lumière du soleil directe, réfléchie ou diffuse qui tombe sur la face transparente 1 traverse celle-ci en grande partie et elle pénètre dans la cavité où elle frappe la face interne du fond ou la face interne des parois latérales et elle se transforme en chaleur. La plaque transparente 1 arrête les radiations infrarouges émises par les parois internes et produit un effet de serre. La figure 2 représente une coupe transversale d'un mode de réalisation particulier. Dans cet exemple, les parois latérales comportent du côté de l'extrémité externe, une feuillure 4 sur laquelle est appuyée une plaque transparente 1 qui est fixée sur les parois latérales par un cordon 5 de mastic ou par tout autre procédé équivalent, par exemple par collage. Dans cet exemple, le corps creux comporte des cloisons intermédiaires 6 qui sont perpendiculaires au plan de la plaque 1 et qui sont légèrement plus courtes que les parois latérales, de sorte qu'elles sont séparées de la plaque transparente 1 par un espace libre 7. Dans cet exemple, le fond 3 est rapporté et il est fixé aux parois latérales par tout moyen connu tel que collage, joint de ciment ou de colle-ciment etc... Ainsi, on peut fabriquer la partie centrale du bloc, composée des parois latérales et des cloisons, par tout moyen connu pour la fabrication des briques ou des parpaings en agglomére de béton, c'est-à-dire avant cuisson de la terre par passage de la pâte à la filière ou par moulage de l'aggloméré de béton etc...On peut ensuite rapporter sur le corps central un fond 3,qui peut être de nature différente,et la plaque transparente 1. Dans l'exemple représenté sur la figure 2, la face interne du fond 3 est recouverte d'un revêtement 8 qui est un revêtement absorbant se rapprochant d'un corps noir, par exemple une couche de peinture noire spéciale. On peut également revêtir d'un tel revêtement absorbant 8a la totalité ou une partie des faces internes des parois latérales et des cloisons 6 sur lesquelles frappent les rayons solaires pendant une partie de la journée. Le fond 3 transmet les calories par conduction à l'intérieur du bâtiment. Il ne joue pas forcément un rôle mécanique. Il sert principalement à fermer la cavité interne en conduisant les calories vers l'intérieur. Si on désire transmettre rapidement la chaleur vers l'intérieur, on peut utiliser un fond bon conducteur thermique, par exemple un fond de faible épaisseur ou même un fond métallique. Si, au contraire, on désire que le mur amortisse et retarde fortement les variations de température externe, on peut fabriquer des blocs ayant un fond épais ou augmenter cette épaisseur en ajoutant ensuite, contre la face interne du mur, des plaques ou des enduits supplémentaires. La figure 3 représente un autre exemple de réalisation d'un élé- ment de construction selon l'invention, de forme parallélépipédique. Dans cet exemple, les deux parois latérales verticales 2b et 2d comportent une rainure interne 9 dans laquelle est engagée une plaque transparente 1. De plus, le bloc selon la figure 3 comporte uniquement trois parois latérales 2b, 2c et 2d. La paroi supérieure 2a est remplacée par la paroi inférieure du bloc qui lui est superposé et qui coopère avec les autres parois du bloc pour délimiter une cavité fermée. La figure 4 représente une coupe verticale de la face externe de deux éléments selon l'invention superposés. Dans cet exemple, la face transparente la est assemblée avec les parois supérieure et inférieure 2a, 2c d'un corps d'élément creux par l'encastrement de deux nervures 1Oa et 10b situées le long du bord supérieur et inférieur de la plaque transparente la dans des rainures creusées le long des parois supérieure et inférieure. Le bord inférieur des plaques la dépasse au delà du prolongement de la paroi inférieure et forme une bavette il qui est recourbée vers l'extérieur et qui recouvre légèrement le bord supérieur de la plaque transparente lb du bloc placé au-dessous. Ainsi, les plaques transparentes forment sur la face visible du mur, un revêtement en écaille, qui remplit la même fonction protectrice qu'un revêtement en ardoises. La figure 5 représente une coupe verticale de deux éléments de construction juxtaposés qui sont fabriqués selon une autre variante de réalisation. Dans cet exemple, les corps creux qui constituent les parois latérales sont d'abord fabriqués normalement, par exemple en terre cuite, ou en aggloméré de béton, puis une extrémité est coupée en biais suivant un plan qui forme un angle a avec le plan de l'autre extrémité. On fixe ensuite, par tout moyen, des fonds rapportés 3a, 3b contre l'extrémité coupée en biais. Pour construire un mur, on superpose dans un plan vertical, les fonds 3a, 3b, de sorte que l'axe longitudinal des éléments est incliné d'un angle a sur l'horizontale. Cette solution présente l'avantage que les rayons lumineux, représentés par des flèches, frappent les faces transparentes la, lb plus perpendiculairement et peuvent pénétrer jusqu'au fond des corps creux. En variante, on peut couper en biais l'extrémité extérieure des corps creux et placer les faces transparentes dirigées en biais vers le haut, comme le représente la figure 7, avec un angle d'inclinaison a par rapport au plan vertical. Cette variante permet de maçonner les murs plus facilement en superposant des blocs placés horizontalement. Du point de vue de l'efficacité de la captation d'énergie, elle est moins avantageuse. Les rayons lumineux frappent perpendiculairement les parois transparentes la, lb mais ils ne pénètrent pas jusqu'au fond des alvéoles des corps creux. Bien entendu, dans les variantes selon les figures 6 et 7, l'angle d'inclinaison a est choisi en fonction de la latitude du lieu. Dans le mode de réalisation selon les figures 6 et 7, les parois transparentes la, lb comportent sur leur face interne un bossage qui stem- boîte dans la cavité du corps creux et qui peut être collé sur toute sa péri phérie à celle-ci. On voit sur les figures 6 et 7 que les parois transparentes se recouvrent mutuellement comme des écailles ou des tuiles et forment, comme dans le mode de réalisation selon les figures 4, un revêtement protecteur des façades. La figure 6 représente une application des éléments de construction selon l'invention pour la réalisation de toitures. Les éléments de construction destines à cette application comportent des parois externes transparentes la, lb en forme de tuiles, par exemple de tuiles romanes ou de tuiles mécaniques, qui s'emboîtent les unes dans les autres. Chaque tuile est fixée par tout moyen sur un corps creux muni d'un fond 3a, 3b, de sorte que la juxtaposition de ces éléments forme une toiture qui capte l'énergie lumineuse pendant les heures ensoleillées, qui transmet celle-ci vers l'intérieur et qui réduit les pertes de calories par conduction à travers la toiture. La fixation des tuiles en verre sur les corps creux peut être réalisée par n importe lequel des moyens qui ont été décrits précédemment, par exemple au moyen de bossages 12 qui s'emboîtent dans les corps creux. Dans cette application particulière, les corps creux n'ont pas à résister à des efforts mécaniques élevés. De plus, il est avantageux de ne pas utiliser des sous-toitures trop lourdes pour ne pas avoir à construire des charpentes onéreuses. De préférence, les corps creux seront construits pour cette application en un matériau de faible densité, par exemple en un matériau à structure cellulaire tel que du béton cellulaire, une mousse thermorésistante rigide, un matériau contenant de la perlite ou vermiculite expansée ou de l'argile expansée. Bien entendu, on pourra construire, avec des éléments selon l'invention,seulement certains murs ou pans de toiture orientés vers le Sud, tandis que les murs ou pans de toiture orientés vers le Nord pourront être construits autrement. Dans tous les exemples illustrés, le fond 3 des corps creux est un fond opaque. Il estprécisé que l'on peut également utiliser des éléments de construction selon l'invention comportant un fond 3 transparent ou translucide, par exemple pour insérer des panneaux qui donnent du jour à l'intérieur dans un mur ou dans une toiture. Dans les exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, chaque élément de construction parallélépipédique comporte une paroi transparente et un fond individuels. Il est bien précisé qu'une même plaque transparente peut être commune à plusieurs corps creux juxtaposes. Pareillement, une plaque unique peut être utilisée pour obturer les fonds de plusieurs corps creux juxtaposés. La figure 8 représente le cas inverse où un même corps creux comporte une paroi transparente et un fond divisés en plusieurs éléments. Cette figure 8 représente par exemple la section transversale d'une brique 13 à neuf trous, c'est-à-dire trois rangées de trois canaux. Les extrémités arrière des canaux sont obturées par des bouchons en un matériau de construction traditionnel, par exemple par des tampons en plâtre. Dans les extrémités avant de chaque canal, un bouchon transparent 15 est engagé. Dans les modes de réalisation qui précèdent, la paroi transparente externe 1 est une plaque d'épaisseur constante. Il est précisé que l'invention s'applique également au cas où cette paroi est une plaque d'épaisseur variable, par exemple une plaque présentant une surface externe légèrement bombée. Les éléments de construction selon l'invention peuvent avoir une résistance mécanique suffisante pour constituer tout ou partir de murs porteurs. La figure 9 représente une autre application dans laquelle des éléments sont utilisés pour construire, contre la face externe d'un mur 16, qui peut être un mur existant, un revêtement capteur 17 composé d'éléments de construction selon l'ivnention. Dans ce cas, le revêtement 17 augmente la résistance thermique du mur 16 et, pendant les heures d'ensoleillement, il capte des calories qu'il transmet par conduction au mur 16, qui les transmet à l'intérieur du bâtiment. Dans les applications qui ont été décrites, les éléments de construction selon l'invention servent à construire des parois ou des couvertures qui transmettent l'énergie captée par conduction. On peut également utiliser des éléments de construction selon l'invention pour construire en maçonnerie des panneaux capteurs d'énergie solaire dont la face externe de la paroi arrière est mise en contact avec un fluide caloporteur qui s echauf- fe et qui transporte l'énergie captée vers un lieu d'utilisation. On peut également construire des panneaux ouvrants ou pivotants avec des éléments de construction selon l'invention. Bien entendu, sans sortir du cadre de l'invention, les divers élé- ments constitutifs des éléments de construction qui viennent d'être décrits à titre d'exemple pourront être remplacés par des éléments équivalents remplissant les mêmes fonctions. REVENDICATIONS 1 - Elément de construction ayant la forme d'un corps creux, caractérisé en ce qu'il comporte une paroi externe, exposée au rayonnement solaire, transparente, des parois latérales en un matériau de construction et un fond, opposé à la paroi transparente, lesquels parois et fond délimi tent entre eux ou en coopération avec les parois des éléments voisins, une cavité fermée. 2 - Elément de construction selon la revendication 1, caractérisé en ce que la face interne du fond et éventuellement une partie des faces internes latérales sont garnies d'un revêtement absortant. 3 - Elément de construction selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le fond est composé d'un matériau bon conduc teur thermique. 4 - Elément de construction selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fond est en un matériau transparent. 5 - Elément de construction selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, destiné à construire des toitures, caractérisé en ce que lesdites parois externes ont la forme de tuiles transparentes. 6 - Elément de construction selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte des cloisons internes, qui sont perpendiculaires à ladite paroi externe transparente, et qui sont séparées de celle-ci par un espace libre. 7 - Elément de construction selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le fond est disposé en biais par rapport aux pa rois latérales, de sorte que l'on peut construire des parois dont la face arrière est plane et dont les éléments sont inclinés vers le haut. 8 - Elément de construction selon l'une quelconque des revendications I à 6, caractérisé en ce que la face avant transparente est disposé en biais par rapport aux parois latérales, de sorte que, en superposant ces éléments, on peut construire des parois dont la face arrière est plane et dont la face avant est composée de plaques transparentes diri gees vers le haut. 9 - Elément de construction selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que lesdites parois transparentes sont composées d'une plaque transparente dont un bord dépasse au delà du prolongement de la paroi inférieure et forme une bavette rejetée vers l'extérieur, de sorte que lorsqu'on construit une paroi verticale avec ces éléments, les plaques transparente se recouvrent comme des écailles et forment un revêtement protecteur. 10 - Elément de construction selon la revendication 1, composé de corps creux traditionnels tels que des briques ou des parpaings, percés de canaux, caractérisé en ce que les extrémités desdits canaux, qui sont disposées vers l'extérieur, sont obturées par des bouchons transparents et les autres extrémités sont obturées par un bouchon opaque en un matériau de construction traditionnel.