Brevet FR2816972A1 — publié le 20020524

i La présente invention concerne un élément de paroi et plus particulièrement un élément de couverture utilisable notamment dans les toitures des bâtiments non résidentiels tels que des bâtiments industriels ou des bâtiments collectifs. La toiture de tels bâtiments comprend généralement une charpente en métal, en béton ou en bois, sur laquelle sont fixés des éléments de couverture. Il est connu des éléments de couverture formés de plaques métalliques nervurées fixées sur des pannes s'étendant entre des poutres de la charpente. Ces plaques métalliques sont recouvertes d'un isolant et de couches bitumineuses d'étanchéité. De tels éléments de couverture nécessitent une charpente complexe et mettent en oeuvre de multiples composants dont l'assemblage est réalisé sur le site. La réalisation de telles toitures est donc relativement longue et coûteuse et s'avère également dangereuse compte tenu du nombre d'opérations qu'il est nécessaire de réaliser en hauteur. En outre, les couches bitumineuses nécessitent des opérations de maintenance et d'entretien relativement fréquentes et ont une durée de vie qui n'excède pas une quinzaine d'années. Par ailleurs, compte tenu de leur composition, les couches bitumineuses tendent à faciliter la propagation des incendies. Pour pallier cet inconvénient, les toitures de ce type sont généralement recouvertes d'une couche de plusieurs centimètres de gravillons limitant la propagation des flammes vers le haut de la toiture. Cependant, ceci complexifie la réalisation de la toiture et alourdit celle-ci de façon importante. Il est également utilisé des éléments de couverture formés de tôles métalliques ondulées encadrant une couche isolante. De tels éléments de couverture sont réalisables en relativement grande longueur de sorte qu'il est possible de monter ceux-ci directement entre les poutres de la charpente sans recourir à des pannes. Toutefois, ces éléments de couverture ont généralement des épaisseurs importantes, de l'ordre de deux mètres pour les plus longues portées. L'utilisation de tels éléments de couverture entraîne donc soit une augmentation notable de la hauteur extérieure du bâtiment, soit une diminution notable de la hauteur intérieure de celui-ci. Il serait donc intéressant de disposer d'un élément de couverture remédiant aux inconvénients de l'art antérieur. A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un élément de paroi comprenant un caisson d'ossature en béton et une couche isolante s'étendant dans le caisson d'ossature. Avec cette structure, l'élément de paroi peut être utilisé comme élément de couverture pour de grandes portées, de l'ordre de 12 à 20 mètres, tout en ayant une épaisseur relativement faible, de l'ordre de 40 centimètres. La masse de tels éléments est également relativement faible. Les éléments de paroi ainsi constitués ont en outre une durée de vie importante équivalente à celle de la structure en béton du bâtiment qu'ils équipent. Par ailleurs, l'élément de paroi peut facilement être usiné pour permettre son ajustement à une structure support telle qu'une charpente et/ou aux éléments de paroi environnant. Selon un mode de réalisation particulier, le caisson d'ossature comprend deux plaques qui s'étendent de part et d'autre de la couche isolante et sont réunies par des parois latérales, les plaques ayant des surfaces internes nervurées et/ou le caisson d'ossature étant cloisonné intérieurement, et le caisson d'ossature comportant au moins une partie longitudinale précontrainte. Cette structure présente une résistance mécanique importante. Avantageusement, le béton du caisson d'ossature comporte une matrice de ciment et des charges de renfort telles que des fibres métalliques, des fibres synthétiques ou des fibres organiques. De préférence, la couche isolante est en un béton léger comprenant avantageusement une matrice de ciment et des billes de polystyrène. Il est possible d'obtenir une couche isolante présentant une masse volumique de l'ordre de 200 à 400 kg/m3 et une résistance en compression à 28 jours de l'ordre de 1 à 2 mégapascals. La couche isolante est facilement usinable, ce qui facilite la fabrication de l'élément de paroi en particulier lorsque le caisson d'ossature est nervuré intérieurement et que la couche isolante est utilisée comme insert dans le coffrage dans lequel est coulé le béton formant le caisson. En outre, ce type de matériau est sensiblement incombustible ou non inflammable. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers non limitatifs de l'invention. Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective d'un élément de couverture selon un premier mode de réalisation, - la figure 2 est une vue en perspective et en coupe transversale avec écorché d'un caisson d'ossature d'un élément de couverture selon un deuxième mode de réalisation, - la figure 3 est une vue analogue à la figure 2 d'un caisson d'ossature d'un élément de couverture selon un troisième mode de réalisation, - les figures 4 et 5 sont des vues partielles en perspective avec écorché du caisson d'ossature de cet élément de couverture, - la figure 6 est une vue analogue à la figure 2 d'un élément de couverture selon un quatrième mode de réalisation, - la figure 7 est une vue partielle en perspective d'une extrémité de cet élément de couverture. L'élément de paroi qui va maintenant être décrit est destiné à être fixé à une charpente pour former un élément de couverture. Cet élément de paroi peut également être utilisé en association avec une structure support pour former un bardage. En référence aux figures, l'élément de couverture conforme à l'invention comprend un caisson d'ossature généralement désigné en 1 et une couche isolante 2 s'étendant à l'intérieur du caisson d'ossature 1. Le caisson d'ossature 1 comprend deux plaques 3, 4 qui s'étendent de part et d'autre de la couche isolante 2 et sont réunies par des parois latérales 5, 6. Les extrémités 1' du caisson sont obturées par des cloisons transversales internes 14 qui isolent la couche isolante 2 de l'extérieur et en particulier du feu en cas d'incendie ou de l'eau. Le caisson d'ossature 1 est réalisé dans un matériau comportant une matrice de ciment dans laquelle sont dispersées des fibres métalliques, des fibres synthétiques ou des fibres organiques. Ce matériau est réalisé à partir de granulats ayant une granulométrie faible, de préférence inférieure à 0,3 mm, et d'eau. D'une manière connue en soi, il est possible d'ajouter des adjuvants pour obtenir une plasticité déterminée avec le minimum d'eau de gâchage. Avantageusement, la composition du matériau est. déterminée pour que le matériau ait une bonne résistance au cycle de gel-dégel (pas de détérioration de ses propriétés après 300 cycles), une porosité capillaire faible avantageusement inférieure à 10 im (ou inférieure à 1 %) , une porosité totale faible avantageusement comprise entre 2 % et 6 % et un retrait après cure inférieur à 10-5. La combinaison de ces caractéristiques confère au matériau une durée de vie supérieure à celle des bétons conventionnels et une imperméabilité intrinsèque en l'absence de fissures. Le béton constituant le caisson d'ossature, et plus particulièrement au niveau de la plaque destinée à être orientée vers l'intérieur du bâtiment, peut comprendre des fibres plastiques de manière que, en cas d'augmentation de la température, la fusion des fibres plastiques permette une libération au moins partielle des contraintes internes. La surface externe des plaques 3, 4 et plus particulièrement celle qui est destinée à être orientée vers l'intérieur du bâtiment peut être recouverte en tout ou partie d'une couche de peinture intumescente. La surface interne des plaques 3, 4 et plus particulièrement celle de la plaque 4 destinée à se trouver à l'intérieur du bâtiment est de préférence recouverte en tout ou partie d'une couche de plâtre notamment, en cas d'incendie, pour ralentir la diffusion de la chaleur vers l'intérieur du caisson. La couche isolante 2 est réalisée de préférence en un béton isolant léger qui est avantageusement composé d'une matrice de ciment dans laquelle sont dispersées des billes de polystyrène. Lors de la fabrication de ce béton, il est possible d'ajouter au ciment, aux billes de polystyrène et à l'eau de gâchage, notamment de la chaux hydraulique, un adjuvant de type protéinique animal et/ou une charge calcaire. En variante, lorsque le comportement de la couche isolante au feu n'est pas déterminant, la couche isolante 2 peut être réalisée à partir de blocs de mousse de polystyrène ou de mousse de polyuréthanne ou bien encore à partir de toute autre matière isolante de faible densité. Les éléments identiques ou analogues à ceux précédemment décrits porteront des références numériques identiques dans la description détaillée qui suit des différents modes de réalisation. Dans la suite de la description, on considérera que la plaque référencée 4 est celle qui est destinée à se trouver du côté intérieur du bâtiment. Dans le mode de réalisation de la figure 1 correspondant à la forme la plus simple de l'élément de couverture conforme à l'invention, les plaques 3, 4 ont des surfaces internes lisses. Dans le deuxième mode de réalisation représenté à la figure 2, des nervures longitudinales 7 et des nervures transversales 8 s'étendent sur les surfaces internes des plaques 3, 4. Ces nervures exercent une fonction de raidissement du caisson d'ossature 1. Le caisson d'ossature 1 comprend une partie longitudinale précontrainte s'étendant ici dans la partie des parois latérales 5, 6 adjacente à la plaque 4, c'est- à-dire dans la partie de celles-ci s'étendant le plus souvent sous la ligne de contrainte nulle. La précontrainte est assurée au moyen de câbles adhérents 9 noyés dans le béton pour exercer un effort de compression sur cette partie de chaque paroi latérale 5, 6. La couche isolante 2, non représentée ici, présente des rainures qui reçoivent les nervures longitudinales et transversales 7, 8. Dans le troisième mode de réalisation représenté aux figures 3, 4 (dans cette dernière, la plaque 3 n'est pas représentée) et 5, des nervures longitudinales 7 et des nervures transversales 8 s'étendent sur la surface interne de la plaque 3 et la surface interne de la plaque 4 est lisse. Par ailleurs, deux cloisons longitudinales internes 10, 11 s'étendent dans le caisson d'ossature 1 entre les plaques 3 et 4 parallèlement aux parois latérales 5, 6. Des éléments de précontrainte 9 s'étendent ici longitudinalement dans les parties des parois latérales , 6 et des 'cloisons internes 10, 11 adjacentes à la plaque 4. On remarque que les extrémités 1' du caisson 1 comprennent plusieurs parois transversales internes 14 parallèles les unes aux autres obturant les extrémités 1'. Ceci permet, lors d'une découpe de l'élément de couverture pour diminuer sa longueur, de conserver au moins une cloison transversale 14 après découpe pour protéger et isoler la couche isolante 2 de l'extérieur et par exemple des flammes en cas d'incendie ou de l'eau. Dans le quatrième mode de réalisation représenté aux figures 6 et 7, le caisson d'ossature est cloisonné intérieurement par des cloisons 10, 11, 12, 13 s'étendant longitudinalement entre les plaques 3 et 4 parallèlement aux parois latérales 5, 6. Des éléments de précontrainte 9 s'étendent dans les parties des parois latérales 5, 6 et des cloisons internes 10, 11, 12, 13 adjacentes à la plaque 4. On remarquera en particulier en liaison avec les figures 4, 5 et 6, que les parois latérales 5, 6 et les cloisons internes 10, 11, 12, 13 ont une épaisseur plus importante au niveau des extrémités 1' du caisson d'ossature 1. Ceci permet d'effectuer des coupes d'ajustement ou des perçages pour la fixation des éléments de paroi les uns aux autres sans affaiblir le caisson d'ossature 1. On améliore également ainsi la reprise des efforts. D'une manière générale, l'élément de paroi peut être facilement usiné (par exemple découpé) pour faire passer notamment verticalement des gaines ou des conduits ou permettre des ajustements à d'autres éléments. La fabrication de l'élément de paroi conforme à l'invention débute par la réalisation de la couche isolante 2 par coulage du béton dans un coffrage dont les dimensions correspondent à celles de l'espace intérieur du caisson d'ossature 1. Lorsque le caisson d'ossature 1 est destiné à comporter des nervures internes, des rainures correspondantes sont usinées dans la couche isolante 2 après durcissement de celle-ci. Pour la réalisation des éléments de paroi à cloisons internes, des saignées sont usinées dans la couche isolante 2. Du béton est ensuite coulé dans le fond d'un coffrage dont les dimensions intérieures correspondent aux dimensions extérieures du caisson d'ossature 1 pour former la plaque 4. Immédiatement après cette coulée, la couche isolante 2 est déposée sur la plaque 4 puis l'ensemble est recouvert de béton pour former les parois latérales 5, 6 et la plaque 3. Lorsque la couche isolante 2 comporte des rainures, il est nécessaire que le béton pénètre dans ces rainures pour que celles-ci forment une empreinte de moulage des nervures. Il en est de même lorsque la couche isolante comporte des saignées. Le béton isolant léger utilisé pour la couche isolante est considéré comme incombustible ou non inflammable et ses propriétés d'isolation thermique ralentissent la diffusion de la chaleur limitant ainsi l'augmentation de température au niveau de la plaque supérieure et également des parois latérales et des cloisons internes. Avec ce type d'éléments de paroi, il est possible d'avoir une stabilité au feu de l'ordre de minutes au minimum. Le comportement au feu d'un tel élément de couverture est donc particulièrement intéressant. Ce mode de réalisation permet d'avoir une bonne adhérence entre le béton formant le caisson d'ossature et celui formant la couche isolante. En cas de fissuration de l'élément de paroi, cette adhérence tend à maintenir les parties fissurées avec le reste de l'élément de paroi. Par ailleurs, avec une structure nervurée ou cloisonnée, la détérioration de la plaque 4 n'entraîne sensiblement pas l'apparition d'instabilité de forme au niveau du reste de l'élément de paroi. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications. En particulier, d'autres modes de fabrication de l'élément de paroi sont envisageables. Par ailleurs, la configuration des nervures internes et/ou des cloisons internes du caisson d'ossature et l'agencement et/ou le nombre des éléments de précontrainte peuvent être modifiés notamment en fonction des efforts que devra supporter l'élément de paroi et de la direction d'application de ceux-ci, des propriétés mécaniques de la couche isolante, des propriétés mécaniques des bétons utilisés... REVENDICATIONS 1. Elément de paroi, caractérisé en ce qu'il comprend un caisson d'ossature (1) en béton et une couche isolante (2) s'étendant dans le caisson d'ossature. 2. Elément de paroi selon la revendication 1, caractérisé en ce que le caisson d'ossature (1) comprend deux plaques (3, 4) qui s'étendent de part et d'autre de la couche isolante (2) et sont réunies par des parois latérales (5, 6). 3. Elément de paroi selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'au moins une des plaques (3, 4) a des surfaces internes nervurées. 4. Elément de paroi selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le caisson d'ossature (1) comporte au moins une partie longitudinale précontrainte (5, 6, 10, 11, 12, 13). 5. Elément de paroi selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le caisson d'ossature (1) est cloisonné intérieurement. 6. Elément de paroi selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le béton du caisson d'ossature (1) comporte une matrice de ciment et des charges de renfort. 7. Elément de paroi selon la revendication 6, caractérisé en ce que les charges de renfort sont des fibres métalliques. 8. Elément de paroi selon la revendication 6, caractérisé en ce que les charges de renfort sont des fibres synthétiques. 9. Elément de paroi selon la revendication 6, caractérisé en ce que les charges de renfort sont des fibres organiques. 10. Elément de paroi selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche isolante (2) est en béton léger. 11. Elément de paroi selon la revendication 10, caractérisé en ce que le béton de la couche isolante (2) comprend une matrice de ciment et des billes de polystyrène. 12. Elément de paroi selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la couche isolante (2) est en une matière isolante telle que le polystyrène et le polyuréthanne. 13. Elément de paroi selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le caisson (1) a des extrémités (1') obturées par au moins une cloison transversale interne (14).