Brevet FR2845581A1 — publié le 20040416

- 1 La présente invention porte sur un modèle structurel permettant la réalisation de structures à formes variables à partir d'éléments constructifs standard. La géométrie de ce modèle trouve des applications dans le domaine du mobilier, mais aussi et principalement dans le domaine de la construction, en permettant la création d'architectures aux formes complexes à partir de modules constructifs standardisés. Les éléments structurels (tels que: charpentes, voiles porteurs...) ne peuvent, traditionnellement, épouser des formes complexes qu'au prix du dessin spécifique de chaque élément constituant ces objets/structures. Ceci entraîne généralement des cots supplémentaires de dessin et de fabrication de ces objets/structures. Si on prend l'exemple des charpentes utilisées généralement dans l'industrie de la construction, elles reposent sur des modèles structurels o les forces auxquelles elles sont soumises sont transmises de façon linéaire, le long de membrures connectées en continu. Les courbures d'une poutre sont alors obtenues en faisant varier en longueur chaque membrure de la structure (d'o un 15 dessin particulier pour chaque membrure). Le modèle structurel présenté ici intègre d'emblée la variabilité en dimension des éléments constitutifs de la structure. En effet, la liberté formelle permise par le modèle, repose sur la décomposition de la structure/charpente en modules à géométrie variable, reliés par des connexions "souples", permettant aux modules de pivoter les uns par rapport aux autres. Les forces présentes 20 dans la structure sont alors transmises (de façon fragmentée et récurrente) module par module, jusqu'aux points d'attache de la structure. Dans le cas présent, le schéma structurel du modèle est basé sur l'interconnexion de modules en porte-à-faux l'un sur l'autre. Un module se présente comme une 'pyramide' à base losange (figure 1. NB: Le modèle fonctionne aussi avec tout module à base losange 25 avec hors du plan de base deux, trois sommets ou plus, positionnés dans un même plan que deux sommets opposés du losange. Pour optimiser la qualité structurelle du module on choisira toujours le plan de symétrie de la base pour contenir ces autres sommets). En coupe selon ce plan, le module s'apparente ainsi à une poutre 'Warren' (Le module pyramidal' peut être placé avec les sommets en haut ou en bas du plan de la base et garder 30 son intégrité structurelle). Le schéma structurel repose ainsi sur la mise en porte-àfaux de ces poutres pyramidales, sorte de coques structurelles, accrochées les unes aux autres. (Figure 2) La flexibilité de la forme de la structure est obtenue grâce à la géométrie variable de ce module élémentaire. Chaque face de cette pyramide est un triangle - structurellement "indéformable" - avec comme exception sa base, un losange. Pour permettre la variation en dimension du module, les faces triangulaires pivotent les unes par rapport aux autres: si ces faces sont pleines (panneaux structurels), alors leurs segments communs doivent jouer le rôle de charnière si les triangles sont formés par des membrures (poutres, etc....), celles-ci doivent être connectées par des rotules. La base losange, libre de contreventement (d'entretoise ou de contreventement), peut se plier. Le module peut ainsi varier en largeur et en longueur (Figure 3), et ceci, sans compromettre l'intégrité structurelle du modèle. Les modules sont alors assemblés par les quatre côtés de leur base par l'intermédiaire de pivots, de la même manière qu'il a été décrit pour les faces triangulaires des modules. Les modules pivotent ainsi les uns par rapport aux autres tout en gardant leur relation géométrique qui leur confère une qualité structurelle en tant qu'ensemble. Le tout constitue 10 une matrice structurelle, dont la forme globale est variable (La figure 4 présente des applications dans le cadre d'une 'pyramide' à deux sommets hors de la base losange). La forme globale de la structure est définie par le contrôle d'un nombre limité de modules. En raison de l'interconnexion des modules, la forme d'un module dépend de la forme et de la position de ses voisins. Ainsi, le contrôle de la position et de la géométrie d'un 15 certain nombre de modules permet le contrôle de la forme résultante de la structure. Le caractère structurel étant relativement identique en tout point de la matrice structurelle, on peut choisir à quel endroit se fait le contrôle de la forme globale ce qui permet, dans le cas de charpentes, une plus grande liberté du plan architectural. La versatilité des structures obtenues suivant ce modèle permet la résolution d'une 20 grande variété de situations constructives. En tant que modèle structurel, basé sur une géométrie particulière, il peut être transcrit de multiples façons. Sa géométrie peut-être suivie pour des charpentes métalliques ou de bois, en utilisant des panneaux ou des profilés. Par exemple, une structure à forme variable peut être obtenue en assemblant des tubes métalliques standard par des rotules suivant le modèle décrit ci-dessus (figure 6). La 25 figure 5 - géométrie 'à plat' d'un module 'pyramidal' à deux sommets hors de la base losange - montre que deux tailles de tubes peut suffire pour former le module de base d'une telle matrice structurelle. On peut aussi réaliser en suivant le modèle, un écran à géométrie variable avec des triangles en plastic attachés par des charnières comme il est illustré par la figure 7. La forme définitive de ces structures est alors déterminée par le contrôle d'un certain nombre de modules; nombre toujours dépendant de l'étendue de la structure et de la forme voulue. Dès lors que différentes méthodes peuvent être adoptées pour contrôler ces modules, ces systèmes d'accroche ne rentrent pas dans la définition du modèle. Les dimensions des éléments de la structure dépendent de son échelle comme c'est le cas des structures traditionnelles. - 3 REVENDICATIONS Les revendications portent sur: Un modèle structurel caractérisé en ce qu'il permet la réalisation de formes complexes à partir d'une structure standardisée. Le modèle est caractérisé en ce qu'il est obtenu par assemblage de modules à géométrie variable (1) pouvant pivoter les uns par rapport aux autres (2). Les modules sont caractérisés par leur géométrie qui se présentent comme des polygones pyramidaux à base losange avec un ou plusieurs sommets positionnés dans un même plan que deux sommets opposés (deux sommets uniquement) du losange leur base losange (3), s'apparentant formellement à des coques facettées si on choisi le plan de symétrie de la base losange pour contenir ces autres sommets. Ces sommets peuvent être placés en haut ou en bas du plan de la base (4). Le modèle est caractérisé en ce que les modules utilisés sont reliés entre eux par les segments de leur 15 base losange (5). Les modules à géométrie variable utilisés, sont caractérisés par le fait d'être constitués de triangles reliés par des pivots (6). Selon les modes de réalisation ces modules à géométrie variable sont caractérisés comme pouvant être constitués de triangles pleins ((7)panneau de bois, plaque de métal, surface plastique) attachés par des charnières (8), ou 20 de profils ((9)profil métallique, poutre bois, profilé plastique) reliés parleur extrémité avec des rotules (10). L'assemblage des modules entre eux est caractérisé par l'emploi de charnières dans le cas de l'utilisation d'éléments pleins (surfaces) et par des rotules dans le cas de l'utilisation de membrures (segments structurels).