Brevet FR2813904A1 — publié le 20020315

PANNEAU DE CONSTRUCTIONS EN BOIS AUTOPORTANT Domaine technique La présente invention a trait au domaine de la construction, et plus spécialement de celui des bâtiments. Elle a trait plus particulièrement à un nouveau type de panneaux ou de plaques préfabriqués, utilisables comme matériaux de couvertures ou de vêtures en façades, par exemple pour des bâtiments industriels. Techniques antérieures Dans le domaine de la construction, il a été proposé depuis fort longtemps de réaliser des panneaux préfabriqués utilisables comme matériaux de couverture ou de revêtement de façades. Parmi ces solutions, il a été proposé de réaliser, comme cela ressort de la figure A, une gamme de panneaux appelés "bacs" autoportants pouvant avoir des longueurs comprises entre 1 et 8 mètres et qui sont obtenus à partir de tôles minces profilées pour donner de la rigidité en augmentant la. hauteur statique. En ce reportant à cette figure A, qui illustre le profil de tels bacs, quel que soit le matériau utilisé, la performance structurale, ou la portance, est directement fonction de la hauteur de cette nervure. Dans cette forme de réalisation, il est possible d'avoir une portée de 6 mètres avec une feuille d'acier ayant une épaisseur de seulement quelques dixièmes de millimètres, mais avec une nervure ou un profil dont la hauteur (H) est de 7 centimètres. De tels bacs en métal profilé se sont largement développés, mais présentent cependant des inconvénients. Tout (abord, leur prix est relativement élevé à cause des peintures nécessaires pour les protéger. Leur résistance au feu est également très faible et ils ne peuvent pas servir comme éléments de stabilisation de bâtiments. De plus, ce type de panneaux génère une très mauvaise acoustique, aussi bien aérienne (échos), que solidienne (tapotement de la pluie), ainsi qu'une mauvaise isolation thermique au chaud et au froid. Il a également été proposé de réaliser des panneaux en bois permettant de résoudre ces problèmes d'acoustique et d'isolation thermique. Parmi les solutions les plus anciennes, on peut citer celles faisant l'objet du brevet français FR-A-648 575, et plus récemment, dans le brevet européen EP-A- 0 203 868. D'une manière générale, le premier de ces documents, dont la figure B annexée est une reproduction d'une forme de réalisation qu'il décrit, concerne des panneaux, utilisables plus particulièrement pour réaliser un plafond, mais qui peuvent également servir de parois verticales, et qui sont constitués d'une succession de planches disposées en V. Ces planches sont usinées sur le champ pour donner un plat d'appui vertical, et un plat d'appui horizontal. Afin qu'un tel système fonctionne en élément de poutre, la jointure est renforcée par différentes solutions, à savoir # soit par un fer plat sur toute la longueur; # soit par une pièce de bois en forme de traverse triangulaire sur toute la longueur; # soit par des pièces en bois à dents alternées formant un créneau longitudinal et offrant des surfaces de clouage sur les planches en V, les dents bloquant les efforts de cisaillement. Ces éléments de liaison sont continus et par suite, une telle solution présente un coût élevé. De plus, l'usinage du champ des planches n'est pas envisageable dans le cas de planches de faible épaisseur, par exemple comprises entre 20 et 30 millimètres, un tel usinage pouvant fragiliser lesdites planches, voire même les casser. Une solution comparable fait l'objet du brevet européen précité, dont les éléments constitutifs sont assemblés par collage. Selon ce document, l'ensemble est constitué par un panneau de surface plan, réalisé par des planches ou matériau équivalent, panneau qui est renforcé pour obtenir plus de rigidité par un caisson structurel de forme en V, réalisé par collage sous ledit panneau plan. Ce système permet d'obtenir des surfaces de planchers finis, autoportants, avec une structure visible dans 1e volume inférieur alternant des V et des plats. Ce type d'élément de construction est intéressant en structure primaire, pour des portées de 8 à 15 mètres, et peut servir d'élément secondaire de couverture, mais est d'un coût beaucoup trop élevé dans son concept, spécialement pour des bâtiments industriels. Description sommaire de l'Invention On a trouvé, et c'est ce qui fait l'objet de la présente invention, un nouveau type de panneaux de construction en bois autoportant, utilisable aussi bien pour réaliser des parois que des planchers, plafonds ou couvertures, et qui comportent, d'une manière similaire aux enseignements du brevet français FR 648 575 une succession de planches de section rectangulaire assemblées entre elles en formant une structure en V, ledit panneau se caractérisant en ce que # les planches sont montées sur deux crémaillères parallèles et sont fixées par l'intermédiaire de vis sur les crêtes desdites crémaillères qui constituent des éléments rigides perpendiculaires à l'axe des planches ; # l'assemblage de deux planches consécutives se fait par vissage entre le champ d'une planche contre la fin du plat da la planche consécutive ; # les deux crémaillères perpendiculaires à l'axe des planches forment un gabarit permettant d'assurer leur positionnement de préférence à 90 l'une par rapport à la suivante. Il pourrait être envisagé cependant d'associer les planches en faisant varier cet angle entre 80 et 100 suivant les performances mécaniques souhaitées. Ainsi, avec la même dimension de planches, un angle plus faible augmente la performance par augmentation de la hauteur statique du panneau, un angle plus grand la réduit, mais économise la matière. Comme planches entrant dans la réalisation d'un panneau conforme à l'invention, on utilisera pour les planches assemblées en V des planches réalisées en bois massif, bois recomposé, lamellé collé, de section rectangulaire pouvant avoir une épaisseur comprise entre 20 à 30 millimètres, l'assemblage se faisant par vissage avec des vis de faible diamètre (3,5 à 4,5 millimètres). Les crémaillères seront quant à elles découpées pour présenter des logements dans des planches de résineux ayant une épaisseur de l'ordre de 40 millimètres. La crémaillère peut être obtenue en découpant une planche massive, mais elle peut également être réalisée dans un panneau de type MDF (Médium Density.Fiber) ou en panneau micro-lames ou encore dans tout autre matériau naturel ou synthétique permettant le vissage des planches. Le nombre de crémaillères est calculé en fonction des charges à reprendre et de l'inertie du panneau, inertie donnée par sa hauteur (h) et le type de planches, et plus particulièrement de leur section (épaisseur et largeur). Pour le cas le plus général, .les deux crémaillères peuvent être espacées d'une distance comprise entre 3 et 8 mètres, étant entendu qu'avec des planches fines, c'est-à-dire dont l'épaisseur est inférieure à 27 millimètres, le nombre de crémaillères sera plus important alors qu'avec des planches plus épaisses et il sera possible d'obtenir un espacement plus important. Par ailleurs, les crémaillères sont de préférence réalisées dans un matériau plus dense que les planches, de manière à ce que les vis de fixation desdites planches ne puissent pas s'arracher sous l'action de la succion de la toiture par le . vent. Les crémaillères qui supportent les planches servent donc de nervures perpendiculaires auxdites planches, donnant aux panneaux une performance dans les deux directions, longitudinale et transversale. La crémaillère permet la fixation par vissage à la structure primaire, soit sur une ferme en panneau de toiture, soit sur un poteau en panneau de façade. Le nombre de vis de liaisons des planches est calculé en fonction des efforts de cisaillement du panneau, qui doit reprendre les efforts horizontaux dus au vent. En conséquence, le panneau conforme à l'invention n'a donc plus que deux éléments structurels, à savoir, les planches fines assemblées en V et la crémaillère. C'est l'épaisseur du panneau (h = hauteur statique du panneau) qui donne sa performance mécanique. C'est la crémaillère qui permet la transmission des efforts entre le panneau et le système porteur primaire, et qui permet donc le fonctionnement en mode plaque du panneau. En conséquence, la crémaillère joue un rôle essentiel de distribution pour répartir les efforts à la structure porteuse et améliore les performances de la construction globale. Description sommaire des dessins L'invention et les avantages qu'elle comporte seront mieux compris grâce à la description qui suit, illustrée par les schémas annexés, dans lesquels # les figures A et B illustrent, comme indiqué précédemment, l'état de la technique antérieure. # la figure 1 est une vue générale schématique en perspective d'un panneau réalisé conformément à l'invention, la figure 1 étant une vue agrandie de la zone cerclée de ladite figure ; # les figures 2 et 3 illustrent deux variantes de réalisation d'un panneau conforme à l'invention . # les figures 4 et 5 sont des vues en perspective schématique montrant la mise en oeuvre de tels panneaux pour réaliser la couverture et les façades d'une construction ; # la figure 6 illustre, vue en bout, un panneau conforme à l'invention, associé à un complexe d'isolation d'étanchéité ; # la figure 7 est une vue en bout d'un panneau conforme à l'invention intégré en mur de façade et; # la figure 8 est un panneau conforme à l'invention renforcé par du béton en partie supérieure dans la zone de compression. Manière de réaliser l'invention La figure 1 illustre la structure générale d'un panneau réalisé conformément à l'invention. D'une manière générale, un tel panneau désigné par la référence (1) se compose de planches (2a,2b), ayant une section rectangulaire, à savoir dans le cas présent une épaisseur de 27 millimètres et une largeur de 200 millimètres. Ces planches (2a,2b) sont montées sur deux crémaillères désignées par la même référence (3), en bois préalablement découpées dans des planches de résineux ayant une épaisseur d'environ 40 millimètres. Ces dimensions sont indicatives et permettent de réaliser un panneau autoportant pour une charge de neige de 60 à 80 kg/m2 et pour une portée libre dans le sens de la longueur de 6 mètres, lesdites crémaillères étant espacées l'une de l'autre d'une distance de l'ordre de 3 à 8 mètres. Les planches sont brutes de sciage et séchées à l'hygroscopie finale qu'elles auront dans le bâtiment. Ce séchage préalable est important puisqu'il permet d'éviter les variations dimensionnelles telles que le retrait, qui feraient apparaître des fentes de discontinuité au niveau des joints. Les planches sont assemblées entre elles par l'intermédiaire de vis désignées par la même référence (4), dont seulement certaines sons représentées à la figure 1 et ce, en prenant soin, ainsi que cela ressort de cette figure 1 et de la figure la, de réaliser le vissage de telle sorte que l'extrémité (5) du plat de la planche (2b) s'appuie contre le champ (6) de la planche suivante. Eventuellement, un joint peut être intercalé au niveau de la zone d'appui. La densité de vis (4) est calculée en fonction des contraintes de cisaillement à reprendre. Conformément à l'invention, les planches (2a,2b) sont vissées sur les crêtes (7) des crémaillères (3) par l'intermédiaire de vis (8). Ces crémaillères (3), qui ont une épaisseur d'environ 40 millimètres, sont réalisées de préférence dans un matériau plus dense que les planches (2a,2b), par exemple en bois dur, micro-lame ou matériau MDF, de façon à ce que les vis de fixation (8) ne puissent pas s'arracher sous l'action de la succion de la toiture par le vent. Si dans l'exemple illustré à la figure 1, les planches (2a,2b) forment un angle de 90 entre elles, il pourrait être envisagé d'avoir un angle légèrement inférieur ou légèrement supérieur pouvant varier entre 80 et 100 suivant les performances mécaniques souhaitées. La rigidité ou performance mécanique de la structure conforme à l'invention est donnée par la hauteur (h) de l'assemblage de planches (2a,2b). En prenant des planches plus larges ou en ayant un angle plus faible, inférieur à 90 , la performance du panneau augmente en augmentant la hauteur statique (h). Cependant, l'angle de 90 est plus pratique, notamment pour réaliser le montage des planches les unes contre les autres. La crémaillère (3) permet la fixation par vissage du panneau selon l'invention à la structure primaire, soit sur une ferme en panneau de toiture, soit sur un poteau en panneau de façade, comme cela ressort des figures 4 et 5. Le nombre de vis de liaison des planches est calculé en fonction des efforts de cisaillement du panneau, qui doit reprendre les efforts horizontaux dus au vent. Le panneau, dans sa forme de réalisation la plus simple n'a donc que deux éléments structurels, à savoir la planche fine (2a,2b) et la crémaillère (3). C'est la crémaillère (3) qui permet la transmission et la répartition des efforts entre le panneau et le système porteur primaire et permet donc le fonctionnement en mode plaque dudit panneau étant donné qu'il n'y a aucun point de concentration des contraintes. .Les figures 4 et 5, qui illustrent la mise en oeuvre de ce type de panneau sur une structure primaire en forme de treillis en bois permettant de réaliser aussi bien la couverture que l'élément de façade, le panneau étant alors monté entre les poteaux. Un tel panneau peut être utilisé soit tel quel, soit éventuellement recevoir une couche de couverture, de type tôle ou autre, avec étanchéité. Dans un tel cas, il est nécessaire d'avoir une épaisseur de bois de plusieurs centimètres pour la fixation de cette couverture. Dans ce cas, pour augmenter l'épaisseur de matière d'emprise, on associe au panneau, comme cela ressort de la figure 1, une latte carrée (9), qui se loge sous la crête du panneau et qui permet de "tire-fonner" des vis de grande longueur pouvant atteindre 8 à 10 centimètres. Une telle latte (9) peut par exemple être positionnée toutes les 3 ou 4 crêtes, en fonction des exigences et des distances minimalés de fixation de la couche de finition en converture. En élément de façade, le panneau conforme à l'invention peut rester brut, c'est-à-dire avec les crêtes tournées vers l'extérieur. Dans ce cas, l'avant toit de la toiture doit être suffisamment prolongé pour protéger les planches de l'eau de pluie directe. En toiture, le panneau peut également être utilisé tel que. Dans ce cas, les crêtes négatives sont posées dans le sens de la pente pour permettre les écoulements d'eau. Dans ce cas d'application, les différentes planches (2a,2b) sont étanchées au niveau des crêtes inférieures (10) et supérieures (11), de façon à ce qu'il n'y ait pas de fuite ou de traversée d'eau à travers le complexe de toiture (voir figure 3). D'une manière générale, un tel panneau peut donc être aussi bien utilisé en toiture qu'en façade, que sous la forme de dalle. Utilisation en toiture En toiture, le panneau peut se monter entre deux fermes de structures porteuses dans le sens longitudinal (voir figures 4 et 5). Les deux crémaillères (3) des extrémités des panneaux (1) se bloquent alors contre les fermes et stabilisent celles-ci pour les efforts horizontaux. Eventuellement, les crémaillères pourraient se poser sur les fermes. Dans tous les cas, elles transmettent et répartissent les charges sans point de concentration. Dans le cas de sa mise en oeuvre en toiture, ledit panneau peut servir de structure secondaire, de plafond, et de sous-couverture. En couverture, un panneau OSB (Oriented Strand Board) de 8 à 13 millimètres peut être posé pour recevoir une couverture étanche, type élastomère ou équivalent, par exemple résine polyuréthane. Dans cette conception en panneaux de toiture, le panneau selon l'invention a une très bonne acoustique et une esthétique de type plafond bois. La qualité de finition peut être améliorée en rabotant les planches. Ce panneau peut éventuellement être isolé de façon à fournir un complexe avec une performance d'isolation thermique efficace contre le chaud et contre le froid. Dans ce cas, un panneau d'isolant semi-rigide est posé sur les ondes supérieures avant de recevoir une couverture étanche. Eventuellement, l'isolant pourrait également être injecté si le panneau conforme à l'invention est associé à un panneau de recouvrement formant donc un caisson. L'isolant est alors une mousse synthétique expansive ou tout autre matériau tel que liège, laine de roche, laine de verre ou de papier recyclé. Eventuellement, l'isolant peut être constitué de copeaux de bois mélangés à de la sciure. Lorsqu'il est posé dans le sens de la pente, 1e panneau est donc porté par les crémaillères (3), qui s'appuient sur les fermes. Une couverture en tôle ou de type élastomère étanchée comme précédemment, peut être posée en couche de finition externe. Mais le panneau peut par lui-même faire office de couverture. Pour cela, les fonds d'ondes sont fermés par des joints d'étanchéité (10) et les sommets d'ondes par un nez (11) par exemple en plastique recouvrant la zone vissée (voir figure 3). .Lorsque les panneaux sont utilisés tels que, les planches peuvent être autoclavées aux sels métalliques de type cuivre-chrome bore ou cuivre-chrome arsenate, pour une meilleure durabilité du bois. Les joints entre deux panneaux, posés longitudinalement ou dans le sens de la pente, sont réalisés par vissage de la dernière planche au niveau supérieur, comme cela ressort de la figure 1. Dans certains cas, une cale de rattrapage peut être utilisée pour compenser une variation dimensionnelles ou un écart par rapport au dernier panneau posé. Utilisation en façade Les panneaux conformes à l'invention peuvent être posés en façade, sur l'extérieur des poteaux de ferme, avec la crémaillère (3) entre les poteaux ou sur les poteaux. Ce panneau peut donc assurer la stabilisation de la façade face aux efforts horizontaux (vent). Le nombre de vis est alors dimensionné pour reprendre les efforts horizontaux par cisaillement. Comme précédemment, les panneaux peuvent rester bruts et servir de murs, ou être associés à des matériaux isolants (20), ainsi qu'à un panneau interne ou externe (21) tel qu'illustré aux figures 6 et 7. De tels panneaux peuvent être posés aussi bien horizontalement (figure 6) que verticalement (figure 7). Dans le premier cas, il convient de réduire l'arrivée de l'eau de pluie par des avant-toits protégeant lesdits panneaux. Dans le second cas, ils peuvent être exposés partiellement à la pluie, à la condition de bien rapporter des cordons d'étanchéité au fond des nervures. Par ailleurs, pour améliorer l'architecture des panneaux, certains peuvent intégrer des planches en matériau translucide type plexiglas ou plastique alvéolé permettant ainsi de laisser passer la lumière et d'éclairer naturellement le volume intérieur du bâtiment. Avec des panneaux posés horizontalement, on obtiendra alors des lignes de lumière horizontales, et avec des panneaux posés verticalement, des lignes de lumière verticales. On peut @ également jouer avec un mélange de panneaux verticaux et horizontaux pour accentuer l'effet des façades. Utilisation en tant crue dalle Le panneau conforme à l'invention peut supporter des charges importantes si les planches sont plus larges. Dans ce cas, ces planches sont par exemple réalisées à partir de structures lamellées-collées ou de micro-lames permettant d'atteindre des dimensions très importantes, tel que cela est représenté à la figure 2. La capacité portante du panneau permet de l'utiliser comme dalles d'habitation, de bâtiments industriels ou commerciaux, voire même comme tablier de pont. II est possible de renforcer l'efficacité du panneau conforme à l'invention en l'associant à une couche de béton (30) dans la zone de compression tel que cela est illustré à la figure 8. De plus, une couche de remplissage (31),à base de sable, papier ou autre matière équivalente, peut être disposée dans l'angle formé entre les planches (2a-2b) en dessous de la couche de béton (30). Pour améliorer l'efficacité des deux matériaux liés entre eux et composant sa section finale, des tiges métalliques (32) peuvent être ajoutées pour travailler en cisaillement et bloquer le déplacement relatif du béton par rapport au bois. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui précèdent, mais elle en couvre toutes les variantes réalisées dans le même esprit. REVENDICATIONS 1/ Panneau de construction en bois autoportant, utilisable aussi bien pour réaliser des parois que des planchers, plafonds ou couvertures, comportant une succession de planches (2a, 2b), de section rectangulaire, assemblées entre elles en formant une structure en V, caractérisé en ce que # les planches (2a, 2b) sont montées sur deux crémaillères parallèles (3) et sont fixées par l'intermédiaire de vis (4) sur les crêtes desdites crémaillères qui constituent des éléments rigides perpendiculaires à l'axe des planches (2a, 2b) ; # l'assemblage de deux planches (2a, 2b) consécutives se fait par vissage entre le champ (6) d'une planche (2a) contre la fin du plat (5) de la planche consécutive (2b) ; # les deux crémaillères (3) perpendiculaires à l'axe des planches forment un gabarit permettant d'assurer leur positionnement, de préférence à 90 l'une par rapport à l'autre. 2/ Panneau de construction selon la revendication 1, caractérisé en ce que les planches sont réalisées en bois massif, bois recomposé, lamellé-collé. 3/ Panneau de construction selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que certaines des planches qui le composent sont en matériau translucide, type plexiglas ou plastique alvéolé. 4/ Panneau selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les planches (2a, 2b) forment entre elles un angle compris entre 80 et 100 . 5/ Panneau de construction selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il est associé à une couche d'isolation (20) ou à un panneau externe ou interne (21). 6/ Panneau selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est associé à une couche de béton (30) disposée dans la zone de compression, une couche de remplissage (31) à base de sable, papier ou autre matière équivalente étant disposée dans l'angle formé entre les planches (2a,2b) en dessous de la couche de béton (30).