Brevet FR2877956A1 — publié le 20060519

STRUCTURE EN COUCHES, NOTAMMENT POUR AIRE DE JEUX POUR ENFANTS, PRESENTANT DES PROPRIETES PNELIOREES D'AMORTISSEMENT DES CHUTES La présente invention se rapporte au domaine des structures de surface, notamment pour terrains ou aires de jeux pour enfants et à leur constitution. L'invention concerne également le procédé de fabrication de telles structures. La sécurité des aires de jeux, notamment pour enfants, est un élément très important pour leur utilisation et notamment leur homologation. En particulier, un facteur très important est la capacité de tels revêtements à amortir la chute d'enfants tombant de jeux ou d'agrès. Quel que soit le pays dans lequel elles sont installées, toutes les aires de jeux et leur périphérie doivent ainsi répondre, autour d'un périmètre imposé par le législateur, à des critères de sécurité bien définis. On définit en général une zone d'impact qui se situe dessous et aux abords immédiats des équipements de jeux collectifs pour enfants. Cette zone d'impact possible doit répondre à des critères définis d'amortissement des chocs en utilisation normale ou accidentelle. Par exemple, la norme Européenne PR EN 1177 (1997) définit en Europe de tels critères. Selon cette norme, on se réfère à une valeur dénommée HIC (Head Injury Criteria selon le terme anglais). Cette valeur est calculée suivant une formule mathématique empirique à partir des résultats de tests dans lesquels à la fois la décélération de la tête durant l'impact résultant d'une chute, ainsi que la durée de la décélération sont mesurées. Les blessures à la tête résultant de la chute ne sont pas considérées comme pouvant porter atteinte à la vie de l'enfant si la valeur HIC est inférieure à 1000. Par conséquent, pour différentes structures ayant une fonction d'amortissement des chocs ou des chutes, on peut définir une hauteur critique, qui représente, pour une surface d'amortissement des chocs donnée, la plus basse hauteur de chute équivalent à une valeur HIC de 1000, obtenue lors d'essais effectués conformément aux dispositions de la norme PR EN 1177. La hauteur des installations possibles sur un terrain de structure donnée est donc directement fonction de la valeur de la hauteur de chute critique obtenue selon la norme. De nombreuses structures possibles des aires de jeux, notamment pour répondre à cette norme, peuvent être mises en place. Ainsi, le plus simplement, on peut envisager des terrains en herbe, sans preparation spécifique, par exemple sur un sous-sol sablonneux. La hauteur de chute critique pour cette surface n'est cependant pas supérieure à 1 mètre. Selon une autre voie possible, on a proposé des terrains en sable. Outre qu'un tel terrain nécessite un entretien très fréquent, notamment pour éviter le tassement du sable et son durcissement (et par suite l'augmentation de son HIC), cette solution pose également des problèmes d'hygiène, le sable pouvant être facilement pollué, par exemple par des déjections animales. Il est également commercialisé à l'heure actuelle différents types de revêtements de soi synthétiques comprenant, pour l'amortissement des chocs, au moins une couche de matière souple plastique tel qu'un caoutchouc, le plus souvent lié par du polyuréthane. Le revêtement est en général coulé directement sur le site, présente une bonne hauteur critique de chute qui peut par exemple excéder 2 mètres et surtout une très bonne résistance à l'usure. Cependant, si cette solution remplit pleinement les critères d'amortissement aux chocs et de résistance à l'usure, elle est très coûteuse, notamment au regard des dimensions souvent importantes de la zone d'impact possible. D'autre part, cette solution est difficilement acceptée par les usagers dans de nombreux pays qui préfèrent un terrain naturel plutôt qu'une surface dont le revêtement est constitué par une matière plastique. Le but de la présente invention est de fournir une nouvelle solution alternative, c'est à dire une aire de jeux dont la structure nouvelle permet de remplir les critères d'amortissement des chocs et de sécurité par exemple au sens de la norme PR EN 1177, même pour des hauteurs de chutes supérieures à 3 mètres, voire 4 mètres ou même 5 mètres et qui présente une surface naturelle, c'est à dire une surface constituée en majeure partie d'herbe tout en présentant une grande longévité pour un coût d'installation et d'entretien minimal. Par majeure partie, on entend au sens de la présente description qu'au moins 50%, de préférence au moins 75% et de manière très préférée au moins 90% de la surface est constituée d'herbe en surface. Plus particulièrement, la présente invention se rapporte à une structure notamment pour aire de jeux pour enfants, comprenant au moins, en succession du haut vers le bas. une couche ou tapis d'herbe, une couche de terre, c'est à dire constituée par ou comprenant de la terre, - une couche comprenant au moins un panneau de particules compris dans le groupe constitué par les fibres minérales unies par un liant et les mousses de polyuréthane. L'herbe utilisée est en général choisie parmi les variétés végétales ou un mélange de variétés végétales comprenant une vitesse de croissance faible, de manière à minimiser les coûts de maintenance de l'aire de jeux et de préférence parmi les variétés végétales ou un mélange de variétés végétales dont la longueur des racines est supérieure à 10 cm, de préférence à 20 cm et de manière très préférée supérieure à 30 cm. Avantageusement, au moins une variété végétale d'herbe est choisie de telle IO manière que ses racines soient suffisamment longues pour traverser entièrement l'épaisseur de la couche de terre et de la couche de particules sous jacentes. A titre d'exemple, on peut citer les variétés végétales Festuca arundinacea Schreb. sous sa désignation en latin ( Tall Fescue sous sa désignation anglaise) ou Poa Pratensis L. pour une telle application. Une couche sous-jacente à la couche d'herbe est constituée ou comprend de la terre. Cette couche peut comprendre ou être constituée de particules d'argile ou de glaise de très petite taille, c'est à dire dont le diamètre moyen est inférieur à 2 m, mélangés à des particules de sable de taille plus importante, c'est à dire dont le diamètre est typiquement compris entre 0,05 et 2 mm. Avantageusement, on utilisera selcn l'invention comme couche de terre, une composition de terre sablonneuse telle que précédemment décrite et dont les particules de diamètre comprise entre 3,05 et 2 mm représentent au moins 50% de l'ensemble en volume, de préférence au moins 70% en volume et de manière très préférée au moins 80% en volume. Une telle composition présente l'avantage de bien amortir les chocs et de répartir une force d'impact très localisée sur une zone plus étendue de la couche de terre elle même mais aussi sur une zone plus étendue du ou des panneaux de particules sous-jacents. Ceci permet au final de prolonger la durée de vie de la structure en couche selon l'invention. En général l'épaisseur de la couche de terre précédemment décrite est ajustée en fonction des propriétés d'amortissement des chocs, de stabilité de la surface, de répartition de la force d'impact sur les panneaux de particules sous-jacents, de la nature desdits panneaux et des impératifs pour une bonne croissance du tapis d'herbe disposé au dessus de la couche de terre. Typiquement, la couche de terre présente une épaisseur comprise entre 1 et 100 centimètres, de préférence entre 1 et 50 centimètres et de manière très préférée entre 1 et 10 centimètres. Lorsqu'une mousse de polyuréthane est utilisée, sa densité est en général comprise entre 30 et 200 kg/m3, de préférence entre 60 et 150 kg/m3 et de manière très préférée entre 80 et 120 kg/ m3. Les dimensions (largeur x longueur) de chaque panneau peuvent être comprises par exemple entre 1500 x 2400 mm et 1200 x 2400 mm. L'épaisseur des panneaux en mousse de polyuréthane est variable, notamment en fonction des capacités d'absorption des chocs envisagées pour la structure en couche et est le plus souvent comprise entre 1 et 500 mm, de préférence entre 1 et 150 mm et de manière très préférée entre 1 et 50 mm. Selon un autre mode possible de réalisation de l'invention, les panneaux peuvent comprendre des fibres de laine de roche ou des fibres de laine de verre, de préférence des fibres de laine de roche. Lorsque des fibres minérales unis par un liant sont utilisées, la densité du produit est en général comprise entre 30 et 150 kg/m3, de préférence entre 45 et 130 kg/m3 et de manière très préférée entre 80 et 120 kg/ m3. Les dimensions (largeur x longueur) de chaque panneau peuvent être comprises par exemple entre 1200 x 2400 mm et 1000 x 1200 mm. En général, on cherchera selon l'invention à maximiser les dimensions de chaque panneau, de manière à améliorer la stabilité globale de l'ensemble de la surface. Avantageusement, les panneaux de particules disponibles en sortie d'usine peuvent être utilisés sans découpe supplémentaire. L'épaisseur des panneaux en fibres minérales est variable, notamment en fonction de leur densité et est plus souvent comprise entre 1 et 20 cm, de préférence entre 1 et 12 cm et de manière très préférée entre 4 et 6 cm. Selon un mode de réalisation possible de la structure, on pourra remplacer certaines zones très localisées de ladite structure et représentant une partie minime de celle ci, par exemple les zones sollicitées par un usage très important (typiquement les zones de glisse, de réception d'un toboggan, de montée d'échelle) par un revêtement d'un autre type et de résistance supérieure telle que le revêtement synthétique précédemment décrit. Par partie minime on entend une surface inférieure à 50%, de préférence inférieure à 25% et de manière très préférée inférieure à 10% de la surface totale de la zone d'impact possible. L'invention se rapporte également à un procédé de fabrication d'une telle structure comprenant les étapes suivantes. - on délimite la zone d'impact autour de 5 l'installation à protéger et on creuse un trou de profondeur adaptée, - on applique sur la surface ainsi dégagée un ou plusieurs panneaux de particules tels que précédemment décrits. - on imprègne les panneaux avec de l'eau, - on couvre lesdits panneaux par une couche de terre telle que précédemment décrite, - on recouvre la couche de terre par des plaques ou des rouleaux d'herbe préalablement préparés ou on 15 ensemence ladite couche de terre pour l'obtention de la couche d'herbe. Selon une autre approche, la couche de terre peut également être apportée au moins en partie avec les plaques ou rouleaux d'herbe préalablement préparés. De préférence, les panneaux de fibres minérales utilisés comprennent en outre au moment de leur pose un agent de mouillage, c'est à dire un agent permettant de diminuer la tension superficielle de l'eau et d'augmenter ainsi les capacités d'absorption et de rétention de l'eau desdits panneaux. De préférence l'agent mouillant est incorporé avec les fibres et le liant lors de la fabrication des panneaux. Sans sortir du cadre de l'invention, l'agent mouillant peut également être dispersé sur des panneaux de fibres directement sur le site de l'installation. En général, le ou les panneaux sont imprégnés à 100, c'est à dire qu'ils sont saturés en eau après l'étape d'imprégnation. On pourrait également sans sortir du cadre de l'invention apporter une plus faible quantité d'eau, c'est à dire correspondant à un taux de saturation inférieure à 100, par exemple compris entre 50 et 100%, voire entre 70 et 100%. L'invention sera mieux comprise à la lecture d'un mode de fabrication et de réalisation, donné bien entendu à titre illustratif et non limitatif, d'une telle structure. Dans une première étape, on délimite la zone d'impact possible autour de l'installation. Cette information peut généralement être disponible dans le livret d'instruction accompagnant ladite installation. Dans une seconde étape, on creuse le terrain sur une 15 profondeur de 10 cm. Dans une troisième étape, on remplit la surface ainsi dégagée avec des panneaux de particules de laine de roche d'épaisseur 4 cm et commercialisés par la société Saint-Gobain Cultilène BV. Lesdits panneaux comprennent de la laine de roche, un liant et un agent mouillant. Dans un quatrième étape, on ajoute la quantité d'eau nécessaire pour saturer en eau les panneaux de laine minérale. Dans une cinquième étape, on recouvre la couche de laine de roche avec une couche de terre sablonneuse telle que précédemment décrite. Si celle- ci est adaptée, il est bien sur possible de remettre la terre dégagée au cours de la deuxième étape. Au sens de la présente description, la terre est adaptée si elle présente des qualités suffisantes en terme d'amortissement et de répartition des chocs tel que cela est précédemment décrit, en terme de drainage des eaux de pluie et en terme de support de croissance pour les racines de l'herbe. Au cours d'une sixième étape, on déroule des rouleaux d'herbe préalablement préparés au dessus de la couche de terre sablonneuse. Cette couche d'herbe comprend par exemple 80% de la variété Festuca arundinacea Schreb. et 20% de la variété Poa pratensis L. (encore appelée smooth stalked meadow grass selon le terme anglais). On maintient ensuite un niveau d'humidité important pendant trois à quatre semaines en arrosant fréquemment la surface ainsi préparée. L'agent mouillant incorporé dans les panneaux de fibres de roche a pour fonction de maximiser les capacités d'absorption et de rétention d'eau des panneaux de fibres minérales. De cette façon, on favorise la croissance rapide des racines de l'herbe placée en position supérieure durant les premières semaines du développement de celle-ci. Les fibres minérales agissent ainsi dans un premier temps comme milieu de croissance pour l'herbe, les racines traversant après quelques jours la couche de laine minérale. On choisit avantageusement à cette fin une variété végétale connue pour générer des racines de taille importante et suffisamment longues pour traverser après quelques jours ou semaines de croissance les couches de terre et de fibres minérales sous jacentes telle que la variété Festuca arundinacea Schreb.. Dans le même temps, l'agent de mouillage initialement contenu dans les panneaux de fibres passe en solution avec l'eau lors des remouillages (arrosages) successifs, les panneaux de fibres perdant ainsi au fur et à mesure leur capacité de rétention d'eau. Ainsi on obtient au final une structure dont les propriétés d'amortissement des chutes sont améliorées, la couche de terre et la couche de laine minérale étant maintenue au sec. De plus le tapis d'herbe présente un bonne longévité, car les racines de l'herbe traversent les couches sous-jacentes pour absorber l'eau de la terre humide disposée plus en profondeur, c'est à dire sous la structure selon l'invention. En particulier, une telle disposition permet une meilleure résistance de l'herbe pendant les périodes sèches car les plantes peuvent ainsi puiser dans les couches plus profondes du sol l'eau dont elles ont besoin. De manière originale, la couche de laine minérale est ainsi utilisée dans un premier temps comme milieu de croissance pour les racines de l'herbe et notamment comme réservoir d'eau, puis dans un deuxième temps, lorsque la couche est asséchée, pour ses capacités étonnamment bonnes à absorber et amortir les chocs tels que des chutes sur la structure. L'exemple qui suit permet de montrer les qualités 20 d'amortissement des chutes d'une structure selon l'invention. Exemple: Dans cet exemple, on a reproduit une structure tri-couche pour aire de jeux selon l'invention et telle que précédemment décrite, dont les principales caractéristiques sont regroupées dans le tableau 1. Couches Composition épaisseur de couleur couche (mm) couche Herbe 20 noir supérieure (80% Festuca, 20% Poa) sous-couche 1 Terre sablonneuse 50 gris sous-couche 2 Laine de roche (80 kg/m3) 40 jaune - Il - Tableau 1: composition de la structure tri-couche On a ensuite cherché à déterminer, dans les conditions de la norme PR-EN 1177, les valeurs HIC obtenues pour cette structure pour différentes hauteur de chutes. Le tableau 2 reprend les résultats pour les différents tests. Pour chaque hauteur de chute, trois essais ont été pratiqués. La définition de la valeur HIC reportée est identique à celle donnée précédemment. Il est rappelé qu'une valeur de HIC inférieure à 1000 n'est pas considérée comme susceptible de porter atteinte à la vie. Hauteur de Mesure 1 Mesure 2 Mesure 3 chute Hauteur [m] valeur HIC Hauteur [m] valeur HIC Hauteur [m] valeur HIC 1 1,1 123 0,8 90 0,9 95 2 2,5 364 2,0 274 2,2 252 3 3,8 549 3,4 515 3,6 487 4 4,8 722 4,6 734 4,7 728 Tableau 2: Résultats des essais On peut s'attendre au vue du graphe de la figure 1 représentant la valeur du HIC en fonction de la hauteur de chute h, à ce que la hauteur critique correspondant à une valeur de HIC égale à 1000 soit vraisemblablement atteinte à une valeur supérieure à 5 mètres, ce qui est remarquable. REVENDICATIONS 1 - Structure en couche, notamment pour aire de jeux pour enfants, comprenant en succession du haut vers le 5 bas au moins. - une couche d'herbe, - une couche de terre, c'est à dire constituée par ou comprenant de la terre, - une couche comprenant au moins un panneau de 10 particules compris dans le groupe constitué par les fibres minérales unies par un liant et les mousses de polyuréthane. 2 - Structure en couche selon la revendication 1, dans laquelle l'herbe utilisée est choisie parmi les variétés végétales ou un mélange de variétés végétales comprenant une vitesse de croissance faible. 3- Structure en couche selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle l'herbe utilisée est choisie parmi les variétés végétales ou un mélange de variétés végétales dont la longueur des racines est supérieure à 10 cm, de préférence à 20 cm et de manière très préférée supérieure à 30 cm. 4- Structure en couche selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle l'herbe utilisée est choisie parmi les variétés végétales ou un mélange de variétés végétales dont une au moins présente des racines soient suffisamment longues pour traverser entièrement l'épaisseur de la couche de terre et de la couche de particules sous jacentes. 5- Structure en couche selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle l'herbe utilisée est choisie parmi les variétés végétales Festuca arundinacea Schreb. ou Poa Pratensis L. . 6- Structure en couche selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle ladite couche de terre peut comprendre ou être constituée de particules d'argile ou de glaise de très petite taille, c'est à dire dont le diamètre moyen est inférieur à 2 pm, mélangés à des particules de sable de taille plus importante, c'est à dire dont le diamètre est compris entre 0,05 et 2 mm. 7- Structure en couche selon la revendication 6, dans laquelle la couche de terre comprend une composition de terre sablonneuse dont les particules de diamètre comprise entre 0,05 et 2 mm représentent au moins 50% de l'ensemble en volume, de préférence au moins 70% en volume et de manière très préférée au moins 80% en volume. 8- Structure en couche selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la couche de terre présente une épaisseur comprise entre 1 et 100 centimètres, de préférence entre 1 et 50 centimètres et de manière très préférée entre 1 et 10 centimètres. 9- Structure en couche selon l'une des revendications précédentes dans laquelle le ou lesdits panneaux comprennent une mousse de polyuréthane de densité comprise entre 30 et 200 kg/m3, de préférence entre 60 et 150 kg/m3 et de manière très préférée entre 80 et 120 kg/m3. 10- Structure en couche selon la revendication 9 dans laquelle les dimensions (largeur x longueur) de chaque panneau en mousse de polyuréthane sont comprises entre 1500 x 2400 mm et 1200 x 2400 mm et dont l'épaisseur desdits panneaux est comprise entre 1 et 500 mm, de préférence entre 1 et 150 mm et de manière très préférée entre 1 et 50 mm. - 14- 11- Structure en couche selon l'une des revendications 1 à 8 dans laquelle le ou lesdits panneaux comprennent des fibres minérales unis par un liant et dans laquelle la densité desdits panneaux est comprise entre 30 et 150 kg/m3, de préférence entre 45 et 130 kg/m3 et de manière très préférée entre 80 et 120 kg/ m3. 12- Structure en couche selon la revendication 11 dans laquelle les dimensions (largeur x longueur) de chaque panneau comprenant des fibres minérales sont comprises entre 1200 x 2400 mm et 1000 x 1200 mm et dans lequel l'épaisseur des panneaux est comprise entre 1 et 20 cm, de préférence entre 1 et 12 cm et de manière très préférée entre 4 et 6 cm. 13- Structure en couche selon l'une des revendications précédentes dans laquelle certaines zones de ladite structure, représentant une partie minime de celle ci, par exemple les zones sollicitées par un usage très important sont remplacées par un revêtement d'un autre type et de résistance supérieure telle qu'un revêtement synthétique précédemment décrit. 14- Procédé de fabrication d'une structure en couche selon l'une des revendications précédentes, comprenant au moins les étapes suivantes: - on délimite la zone d'impact autour de 25 l'installation à protéger et on creuse un trou de profondeur adaptée, - on applique sur la surface ainsi dégagée un ou plusieurs panneaux de particules tels que précédemment décrits. - on imprègne les panneaux avec de l'eau, - on couvre lesdits panneaux par une couche de terre telle que précédemment décrite, on recouvre la couche de terre par des plaques ou des rouleaux d'herbe préalablement préparés ou on ensemence ladite couche de terre pour l'obtention de la couche d'herbe. 15- Procédé de fabrication d'une structure en couche selon la revendication 14, dans lequel la couche de terre est apportée au moins en partie avec les plaques ou rouleaux d'herbe préalablement préparés. 16- Procédé de fabrication d'une structure en couche selon la revendication 14 ou 15, dans lequel on utilise des panneaux de fibres minérales utilisés comprenant en outre au moment de leur pose un agent de mouillage, c'est à dire un agent permettant de diminuer la tension superficielle de l'eau. 17- Procédé de fabrication d'une structure en couche selon la revendication 14 à 16 dans lequel le ou les panneaux sont saturés en eau après l'étape d'imprégnation.