Brevet FR2516124A1 — publié le 19830513

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif pour l'isolation thermique, dynamique et phonique des bâtiments, intégrant un traitement thermique de l'air. L'invention a encore pour objet un procédé de constructicn de bâtiments et un bâtiment ainsi construit. L'invention vise également un procédé de réalisation et de mise en oeuvre de panneaux de construction préfabriqués, ainsi que lesdits panneaux. On ccnnalt bien dans le bâtiment les murs et panneaux isolants du type sandwich, comportant une paroi extérieure et une paroi intérieure, entre lesquelles est disposé un isolement thermique et éventuellement phonique. Une des deux parois, généralement la parci intérieure, peut être porteuse. Pour cbtenir des isolations très élevées, on est conduit à accroître l'épaisseur de l'isolant et on aboutit ainsi à des épaisseurs de mur trop importantes. La présente invention a pour but de proposer un mur de type nouveau permettant une isolation très poussée, avec une épaisseur totale réduite.Par rapport a ) 'isolation mentionnée plus haut, que l'on peut appeler statique, la présente invention prévoit une isolaticn dite dynamique, dans laquelle se produit en permanence une circulation d'air a l'intérieur de la paroi. Conformément à la présente invention, un mur isolant est composé de panneaux comportant trois couches, une paroi extérieure, une paroi intérieure, avec une ccuche isolante entre les deux parois, une lame d'air étant réservée sur chaque face de la couche isolante, les deux lames d'air communiquant par un passage situé à la partie supérieure de chaque panneau, des ouvertures étant prévues à travers les parois extérieure et intérieure, en bas de chaque panneau, pour assurer la communication de chaque lame d'air respectivement avec l'extérIeur et l'intérieur du mur. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, chaque panneau comporte un conduit vertical, les conduits des pan neaux superposés étant alignés et en ccmunicatcn, et des moyens sont prévus, d'une part pour obturer l'ouverture à travers la paroi intérieure, et d'autre part pour mettre en communication le- passage supérieur entre les lames d'air avec le conduit vertical. Avantageusement, la couche isolante comporte sur ses deux faces des bossages régulièrement répartis, permettant de fixer l'écart entre les parois extérieure et intérieure, tout en laissant entre les bossages un passage libre constituant une lame d'air. D'autres caractéristiques de l'invention apparateront au ccurs de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins cijoints, et qui fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Les dessins montrent - figure 1, un bâtiment construit selon la présente invention avec parties en coupe et parties enlevées - figure 2, un plan d'un logement situé dans le bâtiment de la figure 1 - figure 3, une coupe horizcntale partielle au raccordement dè deux panneaux - figure 4, une coupe verticale partielle d'un mur et d'un bâtiment selon l'invention, suivant la ligne IV-IV de la figure 3 ; - figure 5, une coupe analogue à celle de la figure 4, suivant la ligne V-V de la figure 3 ; et, - figure 6, un exemple de réalisation de la couche isolante entre parois. L'invention peut s'appliquer a tous types de bâtiments et a trait à des perfectionnements de composant de façade en construction principalement collective, afin de lui conférer des qualités de haut niveau sur les plans de - l'isclation thermique, tant dans son action contre le froid que dans celle contre les élévations de température exté rieure, ce qui constitue une nouveauté - l'isolation acoustique - l'économie d'énergie, par récupération de l'énergie solaire d'une partie des déperditions qui s'échappent par la paroi. En effet, dans l'état actuel de la technique, les constructions bénéficient de la mise en oeuvre d'une isolation thermique pouvant se situer soit directement dans le composant de façade soit sur l'une de ses faces. Cette manière de faire, qui au demeurant apporte une intéressante économie d'énergie en limitant les déperditions thermiques, présente dans les faits au moins deux inconvénients :: le frein mis d l'évacuation des calories au travers des murs par le type actuel d'isolation travaille a "sens unique" même en période où il y a excès de calories a l'intérieur des immeubles, rendant les locaux plus incon fortables pendant ces périodes, c'est-a-dire en été voire en mi-saison bien ensoleillée le choc thermique correspondant 3 la "solarisation" des façades ntest plus atténué par l'effet d'inertie et d'échan ge constitué par la masse des parois. I1 peut s'ensuivre des désordres de tenue mécanique plus ou moins importants suivant la position de la barrière thermique vis-à-vis de la paroi.Par ailleurs, l'isolation thermique des bâtiments dont le but à l'évidence est de réduire leur propre consom mation énergétique, s'accompagne corrélativement de la mise en place de dispositifs de maîtrise d'autres facteurs, comme notamment l'importance du renouvellement d'air neuf. Pour ce faire, sont actuellement disposées au niveau des fenetres des bouches d'entrée directe dites "autoréglables" dont l'un des effets induits est de créer un grand nombre d'ouvertures sur l'extérieur ; celles-ci n'étant générale ment pas traitées acoustiquement (surcoût élevé), constitue autant de "ponts" phoniques et rendent la façade quasi totalement perméable aux bruits extérieurs. Ces ouvertures sont souvent obturées par les habitants, ce qui leur ôte toute efficacité, sans en éliminer les inconvénients, en risquant notamment de provoquer des condensations. La présente invention a pour but non seulement de pallier les dommages exposés ci-dessus, mais également d'apporter intrinsèquement de nouvelles et importantes possibilités de diminution des consommations énergétiques et d'amélioration du confort. La figure 1 montre un bâtiment dont seulement deux étages sont représentés ; il peut avantageusement y en avoir un plus grand nombre. Le bâtiment comporte un certain nombre de panneaux 1, pouvant être pleins, comporter une fenêtre, une porte, etc. La figure 2 représente le plan partiel d'un étage courant, avec le panneau 1 en façade. On s'y réfèrera plus loin. Tel que représenté sur la figure 4, le panneau 1 comporte une paroi externe 11, une paroi interne 12, entre lesquelles est disposé un élément isolant 13, efficace avantageusement pour le bruit et la chaleur. Des lames d'air 14 externe et 15 interne, sont réservées entre l'isolant 13 et les parois externe 11 et interne 12. Pour réaliser ces lames d'air, on utilisera avantageusement un isolant tel que représenté sur la figure 6.Cet élément isolant peut être avantageusement en résine cellulaire moulee par exemple une résine formophénolique, qui assure des qualités phoniques et thermiques supérieures, pour un prix de revient acceptable. L'élément isolant comporte sur ses deux faces des bossages ou plots 18 disposés régulièrement. Ils peuvent avoir une forme quelconque, mais de préférence avec une face plane 19 pour assurer un appui contre les parois externe et interne. Un tel élément isolant permet un calage correct des parois contre l'élément, tout en laissant une circulation d'air dans au moins deux directions très différentes entre les plots. Les plots peuvent avoir une hauteur de quelques centimètres, par exemple 2, et représentent le quart de la surface de l'élément ou un peu moins. Ils peuvent avoir un contour carré, comme représenté, ou être ronds ou autrement. Le rythme des plots dans les deux directions peut être de l'ordre de 10 cm. Ce ntest pas critique. Le panneau 1 peut être solidarisé de façon connue par des éléments de liaison métalliques reliant les deux parois externe et interne, par exemple en acier inoxydable. Les lames d'air sont obturées en haut et en bas du panneau par des barres isolantes pleines sans plot 21,22. Un passage 23 est prévu à la partie supérieure, entre les lames d'air 14 et 15. I1 peut être réalisé par un relief approprié 24 de la section supérieure de l'élément isolant, comme représenté sur la figure 6, ou tout simplement l'élé- ment isolant peut s'arrêter à une courte distance de la barre isolante 21. Des ouvertures 26,27 sont prévues à travers les parois externe et interne respectivement, pour faire communiquer la lame d'air externe 14 avec l'extérieur et la lame d'air interne 15 avec l'intérieur du bâtiment. L'ouverture 26 peut s'étendre sur toute la largeur du panneau ou peut ne comprendre que des passages 26' moulés dans le béton de la parci 11, prévus à des endroits échelonnés l'air se répartissant dans la lame d'air 14 en suivant des trajets à composantes horizontales et verticales. La paroi interne 12 est dans une majorité de cas, porteuse des structures propres du bâtiment, mais peut bien évidemment constituer un remplissage des structures. Les panneaux extérieurs ne sont pas jointifs entre eux et peuvent se dilater librement, ce qui évite les fissurations. Ces panneaux sont bien évidemment montés de façon à être étanches à l'air entre eux. Dans la période de chauffage des locaux, le panneau selon l'invention se comporte de la façon suivante. La lame d'air externe 14 va se trouver directement influence par les élévations de température de la paroi externe 11, dues au rayonnement solaire et se comporte comme un véritable capteur solaire opaque (ou en partie opaque, dans la mesure où la paroi externe peut comporter des pavés de verre, cclorés ou non, ce qui donne à l'architecte des moyens d'expression) dont l'importance surfacique (totalité des parois, Sud, Est, Cuest, hors vitrages et portes) permet de dépasser dans la pratique l'énergie récupérable par des capteurs vitrés dont le cout , aspect souvent peu en harmonie avec l'architecture, ainsi que les contraintes technologiques, limitent très sérieusement l'usage.L'air ayant pénétré en 26 dans la lame d'air 14, s'élève dans celle-ci jusqu'au 23 et redescend par la lame d'air 15 jusqu'à l'ouverture 27 où il pénètre dans les locaux, soit directement, scit après réchauffage dans un appareil électrique 31. Cette circulation d'air, donnant au procédé et au bâtiment selon l'invention son caractère dynamique, permet d'obtenir des effets isolants efficaces avec une épaisseur de paroi beaucoup plus réduite par rapport à l'emploi d'isolant sans lames d'air. Cette circulation peut être naturelle par un simple effet de cheminée ou être mécanisée. En été, le procédé se déroulera différemment. A cet effet, chaque panneau comporte une cheminée 32 verticale ou conduit collecteur, qui peut avantageusement être placée sur un bord du panneau, comme représenté en coupe horizontale sur la figure 3. Le procédé selon l'invention prévoit que toutes les cheminées des panneaux superposés verticalement sont alignées et en entiere communication les unes avec les autres, depuis le bas jusqu'en haut du bâtiment. En haut de chaque panneau, la cheminée 32 communique par une fenêtre 33 avec le passage de communication 23 entre les deux lames d'air 14,15. A une extrémité de cette cheminée, en haut ou en bas selon le cas, est prévu un organe approprié permettant d'ouvrir ou de fermer le tirage. En été, l'organe est en position ouverte.L'air réchauffé par circulation dans la lame d'air 14 ne redescend plus par la lame d'air 15 mais, dans l'exemple représenté sur la figure 1, remonte jusqu'au grenier où il est conduit dans toute installation de récupération appropriée. L'air pourrait aussi bien être aspiré vers le bas dans une installation disposée dans une cave. Sur la figure 1, les ccllecteurs 32, 32', 32", sont rassemblés en grenier pour envoyer l'air réchauffé dans un appa reil de récupération 35, puis l'air est évacué par le toit en 36. L'aération des logements en été peut être assurée par une ventilation mécanique commandée 37 (figure 2) qui insufle de l'air neuf pris par exemple sur la face Nord de la maison dans les locaux en 37a, 37b, 37c. Les panneaux de mur et de plancher représentés sont de façon classique prévus pour être reliés par du béton, avec des fers en attente ou autres solutions équivalentes. Dans le cas des figures 4 et 5, les cavités de raccordement des panneaux sont prévues de façon 3 inclure des conduits divers. Une des originalités de la présente invention est la prise en compte de l'effet de saturation thermique de la lame d'air, dû au fait que, au-dessus d'une hauteur de 3 à 4 mètres, l'apport calorifique solaire est compensé par les déperditions au travers de~la paroi vers l'extérieur. Pour éviter ce phénomène, la présente invention limite la captatic à un pas équivalent à une hauteur d'étage. Par ailleurs, afir de conserver l'avantage de pouvoir utiliser les calories solaires en mi-saison et en été, une autre originalité de la présente invention consiste à intégrer directement dans les parois les canalisations ou gaines permettant de récupérer l'air préchauffé en façade pour ltenvoyer en toiture (éventuellement en sous-sol) vers les matériels appropriés (échangeurs, pompe à chaleur, etc). Parmi les effets induits par cette maîtrise de la captation solaire de façade, on peut citer . la diminution très sensible de l'effet choc thermique solaire conduisant a"' la quasi suppression des désordres mécaniques des façades qui en résultaient jusqu'a présent . la diminution en été des apports thermiques des parois danse les locaux permettant ainsi une première réponse au maint du confort intérieur en période ensoleillée ;; les possibilités offertes au concepteur de pouvoir étendre sa palette d'harmonisation des façades par l'utilisation dr couleurs plus sombres, la mise en place d'éléments verrier de toutes couleurs, etc, qui contrairement à l'art antérieur viennent encore conforter le bilan thermique du bâtiment. La création de la deuxième lame d'air entre l'isolant et la coque intérieure permet de mettre en pratique l'ef- fet pariétodynamique. Sans reprendre ici les données scientifiques étayant les hypothèses et les résultats de la mise en oeuvre de cet effet que lton trouvera dans la littérature spécialisée en thermique, il parait néanmoins intéressant de rappeler que schématiquement la création d'une lame d'air dont on maîtrise les caractéristiques de passage, transforme la paroi en échangeur de chaleur entre le fluide et les ambiances extérieures et intérieures. Le type d'isolation dynamique ainsi créé permet donc en plus d'une~optimisation des qualités thermiques, une continuité de la qualité du confort dans les locaux, quelles que soient les conditions climatiques extérieures. Enfin,. sur le plan de l'isolation acoustique, la présente invention a pour effet de réduire les nuisances 3 un niveau très acceptable. Ce résultat est principalement obtenu par . la suppression de toutes bouches d'entrée d'air direct en façade ; les entrées d'air par l'intermédiaire de la façade, telle quelle résulte de la présente invention, subissant l'effet piège à sons naturel qu'elle constitue. . l'utilisation d'un matériau isolant conçu pour réduire les bruits aériens et situé entre deux coques de masse diffé rente, ce qui évite les phénomènes de résonance acoustique. I1 va de soi que le mode de réalisation décrit n'est qu'un exemple et qu'il serait possible de le modifier, notamment par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Procédé d'isolation d'un bâtiment consistant à constituer le mur extérieur en trois couches non complètement jointives, une paroi externe (11), une paroi interne (12) et un élément isolant (13) entre les deux, un passage pour l'ai (14,15) restant disponible sur chaque face de l'isolant, entre l'isolant et la paroi adjacente, des moyens étant prévus pour permettre la circulation de l'air entre l'isolant et la paroi, au moins du côté externe. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la circulation d'air entre l'élément isolant (13) et la paroi externe (11) est ascendante, l'air étant prélevé à l'extérieur et que l'on prévoit plusieurs circuits indépendants, chaque circuit ne s'étendant que sur une partie de la hauteur du bâtiment. 3.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on prévoit une circulation descendante entre l'élément isolant (13) et la paroi interne (12), l'air entrant de l'extérieur dans le passage compris entre l'élément isolant et la paroi externe (11), l'air montant dans ce passage sur une partie de la hauteur du bâtiment, puis est conduit dans le passage (15) compris entre l'élément isolant (13) et la paroi interne (12) pour y redescendre sur une certaine hauteur et y être introduit à l'intérieur du bâtiment. 4.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'air entre de l'extérieur dans le passage (14) compris entre ltélément isolant (13) et la paroi externe (11), monte dans ce passage sur une partie de la hauteur du bâtiment puis est conduit dans une cheminée verticale pour être dirigé à un autre niveau où il cède des calories. 5.- Panneau de bâtiment pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comprenant une paroi externe (11), une paroi interne (12) et un élément isolant (13) entre les deux parois, caractérisé en ce qu'il est prévu un passage (14), ou lame d'air, entre l'élément isolant et la paroi externe (11) et un passage (15) ou lame d'air, entre l'élément isolant et la paroi interne (12), les lames d'air étant en communication entre elles par un passage (23) mais non avec l'extérieur, le long du côté du panneau destiné à être placé vers le haut, et les passages communiquant avec l'extérieur du panneau, à travers les parois adjacentes respectives, le long du côté opposé, par une ouverture (26) débouchant à l'extérieur du bâtiment, et une ouverture (27) débouchant à l'intérieur du bâtiment. 6.- Panneau selon la revendication 5, caractérisé en ce que des moyens de chauffage (31) sont placés devant l'ouverture (27) débouchant à l'intérieur du bâtiment. 7.- Panneau selon une des revendications 5 ou 6, caractérisé en cé que des moyens sont prévus pour obturer l'ouverture (27) débouchant à l'intérieur du bâtiment. 8.- Panneau selon une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte un conduit vertical (32) s'étendant d'un côté au côté opposé, ouvert aux deux bouts, avec des moyens (33) permettant la mise en communication de l'extrémité haute de ce conduit vertical avec la partie supérieure du passage ou lame d'air (14) disposé entre l'élé- ment isolant (13) et la paroi externe (12). 9.- Panneau selon une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que l'élément isolant (13) est constitué par un corps moulé en matière plastique cellulaire, de préférence en résine formophénolique, de forme générale plane avec des bossages sur les deux faces.