Brevet FR2841962A1 — publié le 20040109

La présente invention concerne un élément de structure rigide comprenant une plaque mince apte à être roulée et des moyens de maintient de la plaque en position roulée. Elle concerne également un procédé de montage d'un tel élément de structure. La présente invention permet de réaliser un élément de forme allongée qui peut être stocké et/ou transporté sous des dimensions réduites. On utilise dans de nombreux domaines des barres, mats, espars, bielles, poutres, longerons, membrures ou autres, de forme générale allongée permettant de l0 supporter des efforts longitudinaux de compression ou de traction, des efforts de torsion, de cisaillement et constitués de matériaux rigides, par exemple métal, bois, verre, béton ou matériaux composites ou une association de ces matériaux, pleins ou creux, de manière à pouvoir supporter les efforts prévus avec des déformations et des marges de sécurité acceptables. On peut citer quelques applications de ce genre de barre aussi diverses que les mâts de bateaux, de tente, de chapiteaux, les poteaux d'échafaudage, les étais, les poteaux d'éclairage, les piliers de diverses constructions, les bâtons de ski, ou des assemblages de barres formant des structures géodésiques, etc. De par nature, ces éléments sont essentiellement plus longs que larges, et pour leur transport et/ou leur stockage, ils occupent une place liée à leur plus grande dimension, qui est leur longueur. On conçoit aisément qu'un dispositif, permettant de stocker et/ou de transporter de tels éléments sous un encombrement notablement plus réduit que leur longueur d'utilisation, permette de nombreuses applications. On connaît des exemples de solutions à ce problème général, par exemple sous la forme de tubes télescopiques comme certaines antennes d'appareil de communication par ondes hertziennes ou certains bâtons de ski de randonnée, de structures démontables en plusieurs morceaux comme la plupart des mats de tente, etc. Une solution particulière pour un mât est décrite dans le brevet US-A-3 371 453, utilisé dans des applications spatiales, et constitué d'un long feuillard métallique préformé en forme de tube cylindrique non clos, qui peut être ouvert et enroulé autour d'un axe perpendiculaire à sa plus grande dimension pour son stockage et son transport, et qui reprend sa forme initiale lorsqu'on le déroule. Ce mat présente néanmoins une résistance en torsion et au flambage assez faible. Par ailleurs, le dispositif présenté dans l'antériorité précitée est de conception complexe et d'une application fort particulière. Il ne permet en aucun cas de réaliser un élément de structure léger facilement applicable dans des domaines d'utilisation variés pour réaliser des éléments de structure rigides. La présente invention permet de remédier aux inconvénients des techniques connues jusqu'à présent. Elle a l'avantage de proposer un élément de structure à la fois léger et fort résistant. Par ailleurs, son encombrement est très limité en position de stockage ou de transport. Compte tenu de ses performances, l'élément de l'invention peut être utilisé et appliqué dans divers domaines d'activité. En outre, son cot de réalisation est très faible et sa rapidité de montage élevée. D'autres buts et avantages apparaîtront au cours de la description qui suit d'un mode préféré de réalisation de l'invention cependant non limitatif. La présente invention concerne un élément de structure rigide comprenant une plaque mince apte à être roulée et des moyens de maintien de la plaque en position roulée, et présentant des moyens de mise en pression d'au moins une partie du volume interne de la plaque en position roulée. Suivant des variantes préférées, cet élément est tel que: - les moyens de mise en pression comportent des moyens de fermeture étanche du volume interne et un fluide sous pression dans ledit volume interne, - les moyens de fermeture étanche comprennent deux éléments d'extrémité, - le fluide est une mousse, - le fluide est une pâte, - il comporte des particules solides réparties dans le fluide, - les moyens de mise en pression comprennent un fluide durcissable, - les moyens de mise en pression comprennent au moins un ballon gonflé placé dans le volume interne, - le nombre de tours d'enroulement de la plaque mince est variable suivant sa grande dimension, - il présente plusieurs plaques minces roulées ensemble, - les moyens de maintien de la plaque comportent au moins un élément de ceinturage de la plaque roulée, - l'élément de ceinturage est une enveloppe externe, - les moyens de maintien de la plaque comportent des moyens de solidarisation des parties distinctes de la plaque roulée, - la plaque mince est préformée pour prendre spontanément une position roulée. L'invention concerne également un procédé de montage d'un élément de structure dans lequel on roule une plaque mince et on la maintient en position roulée caractérisé par le fait qu'on met en pression au moins une parie du volume interne de la plaque en position roulée. Les étapes suivantes sont des variantes au procédé de l'invention: - on injecte un matériau fluide durcissable dans le volume interne de la plaque en position roulée pour la mise en pression, - on préforme la plaque mince pour qu'elle prenne spontanément une position roulée, - on roule la plaque mince autour d'une direction parallèle à sa plus grande dimension, - pour le stockage, on déroule la plaque mince et on l'enroule autour d'une direction parallèle à sa plus petite dimension. Les dessins ci-joints sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l'invention. Ils représentent seulement un mode de réalisation de l'invention et permettront de la comprendre aisément. La figure 1 illustre une position de stockage du dispositif de l'invention. La figure 2 montre une phase de montage du dispositif. La figure 3 illustre un élément structurel composant l'invention. La figure 4 montre une autre phase de montage de l'élément de l'invention. La figure 5 schématise un mode de réalisation de la mise sous pression du volume interne. La figure 6 présente une possibilité de présentation extérieure de l'élément de structure monté. La figure 7 montre un autre mode de réalisation de l'invention avec une enveloppe externe. La figure 8 illustre l'aspect extérieur de l'élément selon l'invention équipé d'une enveloppe conforme à la figure 7. L'élément 1 ici présenté est constitué à partir d'une ou plusieurs plaques minces 2 en matériau rigide et néanmoins flexible de caractéristiques mécaniques appropriées pour être enroulable. Différents matériaux sont utilisables pour la plaque mince 2 et notamment une fine feuille métallique. Un exemple de formation d'une plaque mince 2 est donné en figure 3. Dans cet exemple, la plaque a une forme rectangulaire disposant d'une grande dimension suivant le sens 3 et d'une dimension plus petite suivant le sens 4 figurés à la figure 1. En figure 1, la plaque mince 2 est en position roulée. La figure 2 en montre le déroulage pour parvenir enfin à la situation de la figure 3. En figure 4, la plaque mince 2 est à nouveau enroulée mais cette fois ci suivant le sens de sa grande dimension 3 tel que l'indique la flèche foncée. L'enroulement de la plaque 2 dans cette configuration délimite un volume interne 5. L'élément 1 présente également des moyens de maintien de la plaque 2 en position roulée suivant cette situation. A titre d'exemple, ces moyens de maintien peuvent être constitués par deux éléments d'extrémité 6 rapportés sous forme de bouchon sur les deux ouvertures résiduelles de la plaque mince 2 en position roulée. D'autres moyens de maintien de la plaque 2 en position roulée sont également possible tel qu'un ou plusieurs moyens de ceinturage de la plaque 2 roulée pouvant être constituée par une enveloppe 7 externe souple montrée en figure 7 en combinaison avec des éléments d'extrémité 6 mais pouvant être formés séparément. A titre d'autres exemples, des moyens de maintien sous forme de moyen de solidarisation de partie distincte de la plaque 2 roulée sont également possibles. Par exemple, un collage ou un accrochage de deux portions superposées de la plaque 2 est réalisable. On a avantage à utiliser une plaque mince (ou plusieurs) 2 telle que son épaisseur et ses caractéristiques mécaniques lui permettent un rayon d'enroulement faible par rapport à la longueur de l'élément de structure en position d'utilisation. De cette façon, un encombrement plus réduit que l'encombrement d'utilisation est possible en stockage et/ou transport. On notera que les éléments d'extrémité 6 et les moyens de maintien de la plaque 2 en position roulée pourront être formés de façon à être de faibles dimensions et souples pour un stockage et un transport suivant un encombrement réduit. A partir de l'assemblage réalisé tel que décrit précédemment, et visible en figure 4, on peut mettre en pression le volume interne 5. La répartition des efforts mécaniques dans l'élément de structure de la présente invention se fait globalement de la façon suivante: la ou les plaques minces résistent aux efforts de compression longitudinale, de cisaillement éventuel et de torsion. Les moyens de maintien de la plaque en position roulée résiste aux efforts dus à la pression interne et participent éventuellement à la résistance en 1o traction. Les éléments d'extrémité 6 permettent la fermeture du volume intérieur 5 et facilitent l'application d'efforts aux extrémités de la plaque 2. La mise en pression du volume interne 5 augmente considérablement la résistance au flambage de l'élément de structure. Elle autorise aussi une mise en contact étroit des parties éventuellement superposées de la ou des plaques minces 2 produisant des frottements de contact et autorisant des collages augmentant la résistance en torsion de l'ensemble. Les moyens de mise en pression peuvent par exemple être constitués de moyens de fermeture étanche du volume interne 5 et d'un fluide sous pression. Les moyens de fermeture, dans l'exemple de la figure 4, seront constitués par des moyens d'étanchéité longitudinale de la plaque 2 en position roulée et par les éléments d'extrémité 6 rapportés de façon étanche sur la plaque 2 ainsi roulée. Pour l'étanchéisation de la plaque 2, un joint peut par exemple être constitué dans l'enroulement. Un autre exemple des moyens de mise en pression consiste en la formation d'un ballon 8 représenté schématiquement en figure 5 et placé dans le volume interne 5. Avantageusement, on introduit ce ballon 8 dans le volume interne 5 puis on le gonfle de façon à ce qu'il exerce une pression sur les parois internes de la plaque 2 roulée. A noter qu'il est possible d'utiliser plusieurs ballons 8 et, par ailleurs, de ne mettre sous pression qu'une ou plusieurs parties du volume interne 5. Le fluide utilisé pour la mise sous pression du volume interne 5 peut être aussi bien liquide que gazeux. Par ailleurs, il peut s'agir d'une mousse, d'une pâte. Ce fluide peut en outre comporter des particules solides réparties. En outre, les moyens de mise en pression peuvent comprendre un fluide durcissable. Le nombre de tours d'enroulement de la ou des plaques minces 2 n'est pas limité et il pourra s'agir d'un nombre de tours non obligatoirement entier inférieur, égal ou supérieur à un tour. En outre, l'enroulement peut être irrégulier dans le sens o le nombre local de tours d'enroulement de la plaque mince 2 peut varier tout au long de l'élément de structure 1. En ce qui concerne le ballon 8, il pourra s'agir de tout élément étanche apte à être gonflé. En particulier, un élément plastique extensible peut être utilisé à cet effet. On notera également que les caractéristiques de l'élément de structure ici proposé peuvent être adaptées à volonté suivant l'utilisation prévue en jouant sur l'épaisseur, le nombre et/ou le matériau des plaques minces et/ou le nombre de tours d'enroulement. Les caractéristiques mécaniques peuvent en outre être modifiées suivant la pression appliquée au volume interne 5. Certaines parties en contact avec les différents constituants de l'élément selon l'invention peuvent avantageusement subir un traitement de surface ou être enduites de matériau augmentant les coefficients de frottement ou améliorant leur cohésion après mise en pression, comme de la colle. De façon avantageuse, la plaque mince 2 est préformée pour qu'elle prenne spontanément sa forme roulée autour de la direction 3 afin de faciliter le montage. L'élément ainsi présenté a l'avantage d'être facile à monter suivant le procédé de l'invention pour constituer un élément de structure à la fois léger et fort résistant aux sollicitations mécaniques diverses. Par ailleurs, il est avantageux de pouvoir démonter facilement et rapidement l'élément de structure. A cet effet, les étapes inverses au montage précédemment décrites sont réalisables. En outre, un enroulement suivant le sens de la plus petite dimension de la plaque 2 permet d'en réduire l'encombrement en position de stockage ou de transport. REFERENCES 1. Elément 2. Plaque mince 3. Grande dimension 4. Petite dimension 5. Volume interne 6. Elément d'extrémité 7. Enveloppe 8. Ballon REVENDICATIONS 1. Elément (1) de structure rigide comprenant une plaque mince (2) apte à être roulée et des moyens de maintien de la plaque (2) en position roulée, caractérisé par le fait qu'il présente des moyens de mise en pression d'au moins une partie du volume interne (5) de la plaque (2) en position roulée. 2. Elément (1) selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les moyens de mise en pression comportent des moyens de fermeture i0 étanche du volume interne (5) et un fluide sous pression dans ledit volume interne (5). 3. Elément (1) selon la revendication 2 caractérisé par le fait que les moyens de fermeture étanche comprennent deux éléments d'extrémité (6). 4. Elément (1) selon la revendication 2 ou la revendication 3 caractérisé par le fait que le fluide est une mousse. 5. Elément (1) selon la revendication 2 ou la revendication 3 caractérisé par le fait que le fluide est une pâte. 6. Elément (1) selon la revendication 2 ou la revendication 3 caractérisé par le fait qu'il comporte des particules solides réparties dans le fluide. 7. Elément (1) selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les moyens de mise en pression comprennent un fluide durcissable. 8. Elément (1) selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les moyens de mise en pression comprennent au moins un ballon (8) gonflé placé dans le volume interne (5). 9. Elément (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé par le fait que le nombre de tours d'enroulement de la plaque mince (2) est variable suivant sa grande dimension (3). 10. Elément (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé par le fait qu'il présente plusieurs plaques minces (2) roulées ensemble. 11. Elément (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 caractérisé par le fait que les moyens de maintien de la plaque (2) comportent au moins un élément de ceinturage de la plaque (2) roulée. 12. Elément (1) selon la revendication 1 1 caractérisé par le fait que l'élément de ceinturage est une enveloppe (7) externe souple. 13. Elément (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 caractérisé par le fait que les moyens de maintien de la plaque (2) comportent des moyens de solidarisation de parties distinctes de la plaque (2) roulée. 14. Elément (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 13 caractérisé par le fait que la plaque mince (2) est préformée pour prendre spontanément une position roulée. 15. Procédé de montage d'un élément (1) de structure dans lequel on roule une plaque mince (2) et on la maintient en position roulée caractérisé par le fait qu'on met en pression au moins une partie du volume interne (5) de la plaque (2) en position roulée. 16. Procédé selon la revendication 15 caractérisé par le fait qu'on injecte un matériau fluide durcissable dans le volume interne (5) de la plaque (2) en position roulée pour la mise en pression. 17. Procédé selon la revendication 15 ou la revendication 16 caractérisé par le fait qu'on préforme la plaque mince (2) pour qu'elle prenne spontanément une position roulée. 18. Procédé selon l'une quelconque des revendications 15 à 17 caractérisé par le fait qu'on roule la plaque mince (2) autour d'une direction parallèle à sa plus grande dimension (3). 19. Procédé selon la revendication 18 caractérisé par le fait que pour le stockage, on déroule la plaque mince (2) et on l'enroule autour d'une direction parallèle à sa plus petite dimension (4).