Brevet FR2667643A1 — publié le 19920410

Construction sur terrain instable, notamment neige. tia présente invention a trait à une construction sur terrain instable, notamment neige ou glace. Par terrain instable dans le sens de l'invention, on entend des terrains qui sont susceptibles de supporter une construction dure mais qui peuvent fluer ou se déformer lentement, ce qui est le cas de la glace notamment sur les glaciers, banquises et calottes glacières polaires. Ainsi l'invention est notamment applicable à des constructions polaires. La tenue des constructions en milieu polaire, et notamment sur une calotte glacière, pose des problèmes importants. En effet, la construction, qui doit permettre de résister à des froids très importants pouvant aller à - 85cl, doit être posée sur pilotis afin d'éviter la formation de congères par le vent. Cependant des déformations ont tendance à se produire dans la neige et l'on a ainsi vu une base du Pôle Sud devenir inutilisable en un an, les déplacements relatifs des appuis ayant trop incliné les planchers. En même temps, les températures extérieures extrêmement basses imposent une excellente isolation thermique des surfaces extérieures qui devront être aussi réduites que possible. L'invention se propose de remédier à ces inconvénients et de fournir une construction sur terrain instable, notamment neige, qui permette à la construction de conserver son assiette malgré les déformations du terrain. Un autre objectif de l'invention est de fournir une telle construction qui soit adaptée à un froid extrême. Un autre objectif de l'invention est de réaliser une telle construction dans laquelle tous les éléments vitaux se trouvent isolés du froid. Un autre objectif encore de l'invention est de réaliser une telle construction dans laquelle les éléments principaux permettant la stabilité de la construction puissent être réalisés avec des matériaux et des composants peu coûteux et qui ne sont pas spécialement conçus pour des froids extrêmes. L'invention a pour objet une construction sur terrain instable, notamment neige ou glace, caractérisée en ce qu elle comporte une structure porteuse rigide, une pluralité de pilotis reliés la structure porteuse et à la périphérie de celle-ci par des liaisons adaptables aux déformations du terrain, et une enveloppe de forme compacte supportée par la structure porteuse et entourant celle-ci de façon à contenir lesdites liaisons. L'enveloppe présente de préférence la forme d'une sphère, qui présente l'avantage de diminuer au maximum la surface d'échange thermique entre l'intérieur, habitable, de la construction et ltextérieur. Cependant d'autres formes compactes peuvent également être utilisées et, par exemple, l'enveloppe peut présenter la forme supérieure d'une demi-sphère et se prolonger par une partie inférieure de forme cylindrique. La structure porteuse rigide forme de préférence un plancher, de préférence dans un plan équatorial de l'enveloppe, ce plancher pouvant être réalisé par exemple par une ossature bidimentionnelle à structure radiale de type quelconque connu. Le nombre de pilotis, égal au moins à trois, est de préférence égal à cinq, les pilotis étant répartis équiangulairement à la périphérie de la structure porteuse, ce qui permet de procéder à des réparations ou à un remplacement d'un pilotis tout en conservant la stabilité de la construction. De façon avantageuse, chaque pilotis est formé d'une jambe munie, à son extrémité supérieure, d'une rotule fixée au coin correspondant de la structure porteuse, telle qu'une plate-forme pentagonale très rigide en treillis en tube d'acier. En un emplacement intermédiaire de sa hauteur, par exemple à mi-hauteur, la jambe est reliée à deux tiges tubulaires obliques se dirigeant vers le haut et vers la structurel et munies de vérins qui permettent par allongement ou raccourcissement de la tige, d'orienter la jambe comme on le désire, les extrémités, inférieure reliée à la jambe, et supérieure reliée à la structure, de ces tiges obliques étant de préférence toutes deux articulées. Dans une forme de réalisation avantageuse de l'invention, les moyens d'adaptation de la liaison tels que les vérins sont situés à proximité de la plate-forme de façon à être contenus dans l'enveloppe supportée par celle-ci. La partie supérieure de la jambe peut elle-même également être munie d'un vérin pour compenser en continu de petits affaissements. Les différents vérins, de type mécanique, électrique ou hydraulique, peuvent être reliés à une unité centrale ou calculatrice d'un type en soi connu qui, par la détection continue de la pression dans les vérins, détermine les déformations qui ont tendance à se produire et qui les compense rapidement. Lorsque la construction est construite sur la glace, on peut prévoir de disposer à la partie inférieure de chaque jambe du pilotis, un pied, fixé par exemple par rotule et constitué d'un patin de glace armée dans les trois directions. Ceci peut être effectué en creusant une cavité à la surface de la glace et en y disposant, en liaison avec la jambe, une armature ou structure multidirectionnelle de petite maille que l'on remplit d'eau et qui deviendra un bloc de glace arme. L'enveloppe peut être réalisée d'une façon quelconque et des orifices de passage sont prévus pour les pilotis, ces orifices étant de préférence refermés par une paroi souple en forme par exemple de soufflet. Dans les conditions de température extrêmes, on préfère que l'enveloppe soit supportée de façon flottante par la structure, par des moyens de liaison comportant un ou plusieurs degrés de liberté. Dans les conditions de froid extrême l'enveloppe peut avantageusement être constituée d'une sphère. Celle-ci peut être réalisée de préférence avec une ossature géodésique interne porteuse assurant une rigidité absolue, et une peau externe étanche et isolante formée de panneaux triangulaires assemblés sur l'ossature porteuse ; une peau interne est de préférence prévue et un isolant est disposé entre les deux peaux. L'étanchéité entre panneaux triangulaires s' effectue par joints déformables par exemple en caoutchouc qui, étant disposés à l'intérieur, se trouvent protégés. Selon un perfectionnement avantageux de l'invention, il est préférable de réaliser l'enveloppe en bois, l'ossature géodésique formant des poutres qui peuvent être des tubes mais qui sont de préférence également réalisées en bois, les triangles d'habillage externes étant réalisés en bois, par exemple en contreplaqué. Les différents éléments d'ossature tels que poutres sont reliés par des noyaux d'assemblage en forme d'étoiles à cinq branches pour le départ des cinq éléments d'ossature aboutissant en un même noyau. De préférence, ltossature géodésique est de fréquence paire, notamment 6. Pour la constitution de l'ossature géométrique et la détermination de la forme des panneaux triangulaires de la peau extérieure, on pourra se référer au brevet français FR-A-8301761 déposé le 4 février 1983 par le déposant, ainsi qu'à la structure dite "La Géode" conçue et construite par le déposant à la Cité des Sciences à Paris. De préférence, l'ossature géodésique présente une fréquence 6, ce qui veut dire que la structure est bâtie sur une ossature d'un icosaèdre dont chaque triangle équilatéral sphérique est subdivisé en 36 triangles équilatéraux. La liaison avec le sol peut être établie, par exemple, par un escalier, lequel peut, par exemple, être disposé au centre de la structure. D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description suivante, faite à titre d'exemple non limitatif et se référant au dessin annexé dans lequel la figure 1 représente une vue schématique d'une construction selon l'invention, la figure 2 représente une vue schématique en élévation de l'enveloppe de la construction, la figure 3 représente une vue schématique d'un pilotis selon une variante simplifiée de la construction, la figure 4 représente une vue en élévation d'un noyau d'ossature géodésique de l'enveloppe, la figure 5 représente une vue en perspective de ce noyau, la figure 6 représente une coupe transversale d'une poutre de l'ossature, la figure 7 représente une vue de la liaison flottante de l'ossature sur le support rigide. En se référant à la figure 1, on voit que la construction comporte principalement une structure rigide i, une pluralité de pilotis 2 et une enveloppe 3. Dans l'exemple de réalisation représenté, dans lequel l'enveloppe présente une forme sphérique, l'ossature 1 a été représentée sous la forme d'un pentagone régulier mais on comprend qu'elle pourrait présenter toute autre forme, y compris une forme de disque circulaire. Cette ossature 1 est réalisée de toute façon connue, de préférence en une structure dite bidimensionnelle, du genre charpente métallique, formée d'un ensemble polygonal et radial de poutrelles et réunies en des noeuds et sa composition ne sera pas davantage détaillée. Le support 1 représenté est disposé dans le plan horizontal équatorial de l'enveloppe formant la sphère 3. Cependant on conçoit que ce support plan 1 pourrait être disposé à tout autre niveau inférieur ou supérieur à celui qui a été représenté à l'intérieur du volume délimité par l'enveloppe 3. En outre, on conçoit que d'autres planchers situés à des niveaux supérieurs et/ou inférieurs peuvent être prévus pour un ensemble comprenant plusieurs étages de planchers internes et l'on a représenté sur la figure 3 un tel plancher inférieur la relié au plancher-support 1 par des montants rigides lb. Dans l'exemple préféré représenté, le nombre de pilotis 2 est égal à 5 et les pilotis y sont disposés au sommet d'un pentagone régulier. On conçoit donc que l'on pourra soulever l'un quelconque des pilotis ou le démonter pour réparation ou remplacement tout en gardant un ensemble de pilotis stable pour supporter la construction selon l'invention. Chaque pilotis 2 comporte une jambe 4, de préférence un peu inclinée vers le bas et l'extérieur, et deux tiges ou tubes obliques 5. La jambe 4 est reliée par sa partie supérieure à l'un des sommets du support pentagonal 1 par une liaison à rotule 6. De préférence, la jambe 4 incorpore, vers son extrémité supérieure, un vérin 7, par exemple mécanique, permettant en fait de faire varier la longueur de la jambe entre l'articulation à rotule 6 et la semelle inférieure 8 formant l'extrémité libre de la jambe. La variation peut être par exemple au maximum de l'ordre de 30 à 50 cm. Afin de supprimer le pont thermique que représente la jambe réalisée en un tube métallique, on peut réaliser la jambe sous forme de deux tubes successifs reliés entre eux par un plateau isolant 9, de préférence en bois. Les entretoises ou tiges obliques 5 s'étendent entre deux articulations, l'une, 10 fixée sur la jambe 4 en une position intermédiaire, de préférence à peu près à mi-hauteur de la jambe, l'autre, 11, sur le support 1 en un endroit éloigné de la rotule 6, de sorte que, vue en plan, la liaison 6 forme avec les deux liaisons 11 du même pilotis 4, les trois sommets d'un triangle plan horizontal. Les tiges ou entretoises 5 incorporent également chacune un vérin 12 permettant l'allongement ou le raccourcissement de la tige. Les liaisons 10 et 11 sont de préférence des articulations à rotule. On comprend donc que, grâce à cette disposition, si la neige sur laquelle repose l'une des extrémités 8 de l'un des pilotis se déplace par rapport au reste de la neige sur laquelle reposent les autres pilotis, il sera possible de s adapter à cette déformation en modifiant la longueur et/ou la direction de la jambe 4. En cas d'enfoncement vertical, il suffira, en agissant sur les vérins 6 et 12, d'autoriser l'allongement de la jambe. S'il existe en plus un déplacement du point d'appui 8 selon une composante horizontale dans une direction quelconque, on comprend que par un réglage convenable des trois vérins 6 et 12, on pourra incliner la jambe 4 de l'angle voulu par rapport à la verticale et ceci dans n'importe quel plan géométrique vertical passant par la rotule 6. Le cas échéant, ce réglage peut être effectué de façon automatique et continue à l'aide d'une commande pilotée par ordinateur. La mesure de la pression ou de la tension permet en outre de détecter les sollicitations et de provoquer les réglages. Conformément à une caractéristique préférée de l'invention, l'enveloppe 3 entoure l'ensemble constitué du support 1 et de la partie supérieure des pilotis, y compris, de préférence, les entretoises 5 dans leur entier. De préférence, l'enveloppe 3 est de forme sphérique. La liaison entre l'enveloppe qui entoure le support 1, la partie supérieure des pilotis et tout élément de structure porté par le support, est agencée de façon à présenter, par rapport au support, au moins un degré de liberté en chaque élément de liaison afin de ne pas transmettre au support les déformations thermiques, qui peuvent être importantes, de l'enveloppe. A titre d'exemple particulièrement avantageux dans le cas d'un support 1 formant un plancher dans le plan équatorial de l'enveloppe, le treillage métallique formant le support 1 supporte des tubes radiaux 20 dans lesquels peuvent coulisser des tiges rigides 21 avec, de préférence, interposition d'un matériau 22 autorisant ce déplacement, la partie radialement externe de la pièce 21 étant reliée à l'enveloppe 3, par exemple au niveau d'un noyau d'assemblage de cette enveloppe.On conçoit donc que, si l'enveloppe augmente ou diminue de diamètre, cette déformation se traduira par un coulissement dans un sens ou dans l'autre de la pièce 21 dans le tube 20 qui, pour sa part, ne subira aucune sollicitation sensible, étant protégé de la température extérieure par l'enveloppe 3. La géométrie de l'assemblage formant l'enveloppe 3 ne sera pas décrite dans le détail, étant maintenant connue. L'enveloppe sphérique est construite à partir d'une division icosaédrique de la surface sphérique déterminant vingt triangles sphériques 23 équilatéraux. En fait les cinq triangles inférieurs sont omis, l'exemple de réalisation préférant n'avoir qu'une forme partiellement sphérique avec un fond plat comme on le voit sur la figure 2. Chaque triangle 23 est subdivisé selon une fréquence dite paire et de préférence de l'ordre de 6, ce qui veut dire que l'on détermine, comme on le voit sur la figure 2, trente-six triangles équilatéraux 24 ayant des côtés rectilignes, ces côtés équilatéraux étant destinés à être revêtus par un triangle de contreplaqué qu'on pourrait à la rigueur incurver pour donner un aspect parfaitement sphérique à la surface mais qui reste de préférence plat.Chaque triangle sphérique 23 sera donc recouvert par trente-six plaques triangulaires de contreplaqué. Les noeuds ou noyaux 25 de l'ossature géodésique sont constitués d'un tube métallique 26 auquel sont fixées cinq ailettes en tôle soudée et réparties dans les cinq directions de l'espace. Les poutres 20 et 28 de l'ossature géodésique sont réalisées en bois avec une âme contreplaquée 29 et des semelles internes et externes en bois lamellé collé 30, 31. Les faces inférieure, respectivement supérieure des semelles interne et externe 30, 31 sont rectifiées de façon à former l'angle convenable pour recevoir les éléments susjacents. Les axes 29 des poutres sont reliés, comme on le voit sur la figure 4, aux différentes ailettes 27 des noyaux 25 en formant avec l'axe du tube 26 l'angle correspondant à la géodésique. Une fois l'ossature terminée, elle reçoit le revêtement externe en contreplaqué formé des triangles 24, avec interposition de joints d'étanchéité en caoutchouc, et, après l'interposition d'un matériau d'isolation, le revêtement interne par exemple également en contreplaqué. Certains de ces éléments 24 peuvent être réalisés sous forme de hublots. Enfin on comprend que l'on peut réaliser certains de ces éléments triangulaires ou ensembles d'éléments triangulaires sous forme de portes auxquelles peuvent aboutir des escaliers ou autres éléments de sortie de secours. Dans une forme de réalisation simplifiée, représentée sur la figure 3, la liaison entre l'extrémité supérieure du pilotis et le support rigide 1 n'est pas articulée et consiste simplement en une semelle 32 rigidement fixée ou boulonnée contre le support 1. Les entretoises ou tubes 2 sont supprimés. De préférence, le pilotis est guidé de façon coulissante dans un passage de la partie inférieure la du support rigide 1. Dans cette réalisation, on peut faire varier la longueur du pilotis grâce au vérin 7. Par contre, un déplacement horizontal du pied 8 du pilotis ne peut pas être obtenu et cette forme de réalisation est destinée principalement aux cas où de tels déplacements ne sont pas probables. On peut cependant s'adapter à de tels déplacements en prévoyant une possibilités de réglage horizontal de la semelle supérieure 32, par exemple par boulonnage à travers des trous oblongs. Si le pilote est guidé à travers un second plancher rigide la, il doit alors être prévu une pièce de guidage entourant le pilotis et dont la position horizontale sur le plancher la doit également être réglable. Enfin, au lieu des réglages au niveau des planchers, on peut aussi prévoir de régler la position horizontale de la liaison entre l'extrémité inférieure du pilotis et la semelle 8. D'une façon générale, on peut disposer des jauges de contrainte ou moyens similaires sur les pilotis et/ou le support 1, de façon à détecter l'apparition de contraintes traduisant des déplacements de la neige ou de la glace, et à procéder à des adaptations ou réglages verticaux et/ou horizontaux. REVENDICATIONS 1. Construction sur terrain instable, notamment glace, caractérisée en ce qu'elle comporte une structure porteuse rigide (1), une pluralité de pilotis (2) reliés sur la structure porteuse et à la périphérie de celle-ci par des liaisons (5, 6, 7) adaptables aux déformations du terrain, et une enveloppe (3) de forme compacte supportée par la structure porteuse et entourant celle-ci de façon à contenir lesdites liaisons. 2. Construction selon la revendication 1, caractérisée en ce qu elle comporte une forme sphérique. 3. Construction selon la revendication 2, caractérisée en ce que la structure porteuse rigide (1), telle que notamment une ossature bidimensionnelle, est disposée dans un plan équatorial de l'enveloppe (3). 4. Construction selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le nombre de pilotis est égal à 5. 5. Construction selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que chaque pilotis est formé d'une jambe (4) reliée à son extrémité supérieure par une liaison à rotule (6) à la structure porteuse (1) et reliée, en un emplacement intermédiaire de sa hauteur, à deux tiges tubulaires obliques se dirigeant vers le haut et reliées à la structure, lesdites tiges étant munies de vérins (12) permettant leur allongement ou raccourcissement afin de suivre un déplacement de la jambe. 6. Construction selon la revendication 5, caractérisée en ce que lesdites tiges sont articulées en leurs deux extrémités par des liaisons à rotule (10, 11). 7. Construction selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que la jambe incorpore des moyens tels qu'un vérin (7) permettant sa modification de longueur. 8. Construction selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les pilotis sont reliés de façon rigide au support rigide (1), des vérins étant prévus pour modifier la longueur du pilotis. 9. Construction selon la revendication 7, caractérisée en ce que la liaison entre la neige et le support (1) est effectuée par une semelle réglable horizontalement (8, 32). 10. Construction selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le pied du pilotis (8) est relié à la glace par l'intermédiaire d'une armature formant un patin de glace arme. 11. Construction selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que l'enveloppe (3) est supportée de façon flottante par la structure par des moyens de liaison comportant un ou plusieurs degrès de liberté. 12. Construction selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que l'enveloppe est réalisée à l'aide d'une ossature géodésique interne porteuse assurant une rigidité absolue et une peau externe étanche et isolante formée de panneaux triangulaires assemblés sur l'ossature porteuse, de préférence géodésique, une peau interne et un isolant étant avantageusement disposés sous la peau externe. 13. Construction selon la revendication 12, caractérisée en ce que l'ossature est réalisée en bois et la peau externe en panneaux de contreplaqué. 14. Construction selon la revendication 12, caractérisée en ce que les noyaux de l'ossature présentent cinq branches disposées en étoile pour la fixation de poutrelles d'ossature en bois avec une âme, une semelle supérieure et une semelle inférieure dont les surfaces supérieure, respectivement inférieure sont rectifiées selon l'angle permettant de recevoir les éléments susjacents.