Brevet FR2889549A1 — publié le 20070209

La présente invention concerne un nouveau système mural à isolation de type extérieur pour façades de bâtiments neufs intégrable à toute structure en béton armé ou métallique, comprenant une paroi extérieure en panneaux de grandes dimensions en béton cellulaire, une lame d'air non ventilée, remplacée en partie, si nécessaire, par des panneaux isolants, et un doublage en carreaux de béton cellulaire, en plaques de plâtre ou en tout autre matériau approprié. Selon conception architecturale, les parements peuvent être lisses ou à reliefs structurés, peints ou en béton blanc et/ou coloré dans la masse et les joints de panneaux extérieurs peuvent être ouverts ou concaves. Dans les murs à ouvertures, panneaux extérieurs et doublages comportent des encadrements de baie pour la pose des cadres de menuiseries disposés en tableau. Comme illustré dans les figures 1 à 10, l'isolation de type extérieur selon l'invention se caractérise par le fait que panneaux extérieurs (1), lames d'air non ventilées (6) forment des écrans thermiques continus tout au long des murs de façade, y compris au niveau des planchers d'étages et des ouvertures, réduisant ainsi considérablement les ponts thermiques, principaux responsables des déperditions d'énergie dans les bâtiments et des dépenses de chauffage et de climatisation qui en résultent. Les figures 1 à 10 montrent les principaux composants du système mural selon l'invention: Panneaux extérieurs (1), pattes (2) et (3), railsinserts (4), pattes en cornières (4'), éclisses (5), lames d'air non ventilées et/ou panneaux isolants (6), doublages (7), vis autotaraudeuses (8), rails supérieurs (9), poteaux de structure (10a) et (10b) , voiles de structure (10c), poutres de structure (11a) et (1lb), bourrage périphérique de laine de verre (12), bandes d'étanchéité (13), vides de décompression (14), bavettes d'étanchéité (15), trous oblongs (16) à (19), trous ronds (20), appuis de fenêtre (21) et panneaux à bords amincis (22). Les configurations en mur courant, mur à angle saillant et mur à angle rentrant sont illustrées, à titre d'exemples non limitatifs, dans les figures 1-A, 2-A et 3-A pour les murs utilisés dans les bâtiments à structure métallique, dans les figures 1-B, 2-B et 3-B pour les murs utilisés dans les bâtiments à système poteau-poutre en béton armé et dans les figures 6-B et 7-B pour les murs utilisés dans les bâtiments à système coffrage-tunnel en béton armé. Les coupes verticales au niveau des étages sont indiquées, à titre d'exemples non limitatifs, aux figures 4-A, 5-A et 6-A, et 4-B, 5-B et 8B, respectivement pour les murs à structure métallique et à structure en béton armé. 2889549 2 Les figures 9 et 10 montrent les dispositions adoptées pour un mur à ouverture selon l'invention, de telle sorte à maintenir une lame d'air minimale entre panneaux extérieurs et doublages, remplacée, si nécessaire, par des panneaux isolants: Encadrement da baie intégré aux panneaux extérieurs, cadres de menuiseries extérieures disposés en tableau dans les doublages, appuis de baie (21) et bandes auto-adhésives pré-comprimées (13) autour desdits cadres servant de rupteurs thermiques et délimitant les lames d'air non ventilées. Depuis 1990, les murs à isolation de type extérieur ont connu un certain développement dans le cadre de travaux urbains de réhabilitation, donnant ainsi naissance au concept de mur-manteau. On les regroupe en plusieurs familles: Bardages rapportés, vétures, vêtages, contre-murs extérieurs en brique, revêtements attachés en pierres minces, enduits minces ou hydrauliques sur isolant, etc. Ces ouvrages utilisent divers matériaux: Petites plaques en pierre reconstituée, béton architectonique, acier, aluminium, fibrociment, PVC, CCV, enduit mince, mortier de résine aspect pierre, brique pleine, etc. Le léger surcoût d'un mur de façade à isolation extérieure, comparé à un mur à isolation intérieure est compensé, en quelques années, par l'économie d'énergie réalisée grâce à la suppression des ponts thermiques. En effet, un mur à isolation extérieure permet de réduire de 30 à 50 % les déperditions d'énergie à travers les murs de façade. II permet, de surcroît d'améliorer sensiblement le confort thermique En dépit de ces avantages décisifs, les systèmes de murs de façade à isolation extérieure ont été fort peu développés en travaux neufs, en raison notamment de l'ancienne réglementation thermique qui exigeait des performances relativement faibles en matière de déperdition d'énergie à travers ces murs. En outre, un important marché de travaux urbains de réhabilitation des façades a incité, jusqu'à ce jour, les constructeurs à préférer les éléments manu- portables de petites dimensions, tels que ceux sus-mentionnés, mieux adaptés aux travaux urbains, à la différence de ceux à grande dimension, nécessitant des moyens de stockage et de levage encombrants. Comparé aux systèmes à isolation extérieure développés en travaux de réhabilitation, le système selon l'invention apporte des améliorations significatives, comme décrit ci-après: Les systèmes existants utilisent des plaques dont l'épaisseur ne dépasse pas généralement 2 à 3 cm, ce qui est insuffisant pour y ménager un dispositif efficace d'étanchéité des joints. Pour tenter de pallier cet inconvénient, on a ménagé un vide d'air ventilé entre isolant thermique et peau extérieure, destiné, en principe, à préserver l'isolant thermique des dommages occasionnés par l'eau de pluie et l'humidité pénétrant infailliblement à travers les joints entre plaques. Les années passant ont cependant montré qu'une telle disposition n'a nullement permis d'atteindre l'objectif visé. En effet, de nombreux cas de vieillissement prématuré, voire de détérioration de l'isolant et de son film étanche de protection, ont pu être constatés, en raison principalement de l'humidité et des variations de température auquel celui-ci est soumis en permanence. En outre, l'eau d'imprégnation a eu pour conséquence de réduire considérablement les qualités thermiques de l'isolant. En outre, un certain nombre d'inconvénients constatés dans les premiers systèmes existants à base de grands panneaux pour bâtiments neufs, liées principalement à l'utilisation du béton armé autant pour la structure que pour les panneaux de façade, ont pu être observés parmi les systèmes existants les plus récents. II a été observé, en premier lieu, que les panneaux de façade en béton armé contribuent insuffisamment à l'isolation thermique de la façade à cause de leurs qualités thermiques médiocres. De plus, le béton traditionnel alourdit considérablement le mur de façade au détriment de la structure portante et des fondations. A cela s'ajoute que la paroi intérieure en béton coulée sur place oblige le recours à des coffrages et à des dispositifs peu commodes pour le coulage du béton, dès lors que les planchers sont déjà réalisés et que les panneaux extérieurs sont déjà montés. Enfin, et surtout, les murs de façade et cloisons de doublage en briques creuses ne répondent nullement aux normes sismiques qui imposent notamment des liaisons autorisant un déplacement relatif des étages sous l'action des forces sismiques. Des experts internationaux ont écrit, en effet, que les systèmes constructifs ayant fait le plus de victimes dans le monde sont ceux utilisant des remplissages en maçonnerie de briques ou de parpaings. Les dégâts ainsi causés aux populations sont dus essentiellement à l'assemblage rigide des murs en briques ou en parpaings aux structures. Sous l'effet des forces sismiques, les structures se déforment, entraînant avec elles les murs de façade. Il s'ensuit des forces de cisaillement agissant autant sur les poteaux que sur les murs qui, au delà d'une certaine limite, peuvent engendrer la rupture et l'effondrement des ouvrages. Le système selon l'invention apporte des solutions à ces problèmes comme décrit ci-après: En premier lieu, il s'agit d'un système ouvert, pouvant s'adapter autant à des structures métalliques qu'en béton armé. A chacune de ces structures, le présent système répond par des configurations distinctes, comme indiqué ci-dessous: A titre d'exemple non limitatif et comme indiqué dans les figures 1-A à 6-A, la configuration du système selon l'invention adaptée à une structure métallique peut comporter, soit des poteaux (10a) de section relativement faible, tels que HE 100 à 140 par exemple, et des poutres (11a) en profilés à froid en U à base de tôles laminées à chaud, soit des poteaux (10a) de section relativement plus importante, tels que HE 200 à 280 par exemple, et des poutres (11a) en laminés marchands, tels que IPE 200 à 300 par exemple. Dans le cas d'un système poteau-poutre en béton armé comportant des poteaux périphériques (10b) et des poutres (11b), la configuration du système selon l'invention est telle qu'indiqué aux figures 1-B à 6-B, et ce, quelle soit l'importance des sections des poteaux. Et dans le cas d'un système coffrage-tunnel en béton armé comportant des voiles porteurs et de contreventement (10c), la configuration est telle qu'indiqué aux figures 6-B à 8-B. En second lieu, le système selon l'invention permet, si la structure est métallique, de réduire sensiblement le poids du bâtiment, rendant celleci mieux appropriée aux zones sismiques à sol de fondation particulièrement médiocre. On sait, en effet, que plus la masse d'un ouvrage est élevée et plus les forces sismiques appliquées à sa structure portante augmentent. Dans le même souci de légèreté, le système selon l'invention prévoit le remplacement du béton armé traditionnel utilisé pour les panneaux extérieurs par un béton cellulaire non auto-clavé à base de liquide moussant synthétique, de densité deux fois moindre que celui du béton traditionnel tout en contribuant à l'isolation thermique du bâtiment. Plus communément appelé béton-mousse , ce matériau ne nécessite pas l'emploi d'un auto-clave, à l'instar du béton cellulaire dit béton-gaz . De plus, il s'adapte parfaitement à une préfabrication foraine de panneaux de façade de grandes dimensions, car il permet de supprimer les transports sur route des panneaux aux dimensions hors code. II se comporte, en outre, comme un béton lourd ordinaire sous plusieurs aspects, notamment durant la cure, mais sa densité sèche peut varier de 500 à 1800 kg/m3, et son coefficient À de conductivité thermique de 0,08 à 0,52 W / m2 C, ce qui le rend particulièrement attractif pour la construction de divers éléments non-structuraux dont les qualités thermiques doivent prévaloir sur la résistance mécanique: Panneaux d'habillage, chapes sur planchers et terrasses par exemple. Sauf résultats non satisfaisants lors des essais in situ, les panneaux extérieurs selon l'invention pourront être fabriqués avec un béton-mousse de densité sèche égale à 1200 kg/m3 et renforcé à l'aide d'un treillis soudé anti-fissuration. A titre d'exemple non limitatif, ce même matériau pourra être utilisé pour la construction sur place des cloisons de doublage et de répartition en carreaux de béton-mousse de densité égale à 900 kg/m3. Celles-ci peuvent indifféremment être réalisées en d'autres matériaux, tels que plaques de plâtre par exemple. Ainsi conçu, le mur de façade selon l'invention représente une charge permanente ne dépassant pas 140 kg/m2, comparé à celui à double-paroi en briques creuses et enduits en ciment et en plâtre, dont le poids mort atteint 236 kg/m2. En effet, avec une densité de 1200 kg/m3, le coefficient À de conductivité thermique de ce béton atteint seulement 0,314 W / m2 C, permettant ainsi au mur de façade selon l'invention de présenter un coefficient de déperdition thermique K pouvant varier de 0,25 à 1,21 W / m2. C selon qu'une partie de la lame d'air est remplacée ou non par des panneaux isolants de polystyrène par exemple. II s'ensuit qu'une intégration du mur de façade selon l'invention dans les constructions neuves, aux lieu et place des murs traditionnels se traduirait par une réduction sensible des dépenses de chauffage et de climatisation. Le système mural selon l'invention se caractérise, en outre, par deux modes d'assemblage des panneaux extérieurs à la structure: L'un, illustré par les figures 11 et 12 et adapté aux structures métalliques, comprenant pattes (2) pré-scellées dans le béton des panneaux, trous oblongs dans poutres (11a) ou pattes (3) soudées aux poutres de structure (11'a) et éclisses d'assemblage (5). Et l'autre, illustré par la figure 13 et adapté aux structures en béton armé, comprenant pattes (2) pré-scellées, rails-inserts (4) en cas de système poteau-poutre, ou pattes en cornières (4') en cas de système coffrage-tunnel, tous deux pré-scellés, et éclisses d'assemblage (5). Ces deux modes d'assemblage se caractérisent par la possibilité de régler parfaitement le positionnement des panneaux, tandis que ceux-ci pourront librement se dilater et/ou se rétracter sous l'effet des variations de température extérieure. De plus, ce dispositif autorise un libre déplacement relatif des étages sous l'effet des forces sismiques. En effet, tandis que le pied des panneaux est bloqué à l'aide des vis autotaraudeuses (20) insérées dans les trous ronds, la tête des panneaux peut monter ou descendre le long des trous oblongs verticaux (19) recevant d'autres vis auto- taraudeuses. En outre, les panneaux peuvent, dans le sens horizontal, se dilater ou se rétracter, et/ou autoriser le déplacement relatif des étages sous l'action des forces sismiques, le long des trous oblongs horizontaux ménagés dans les poutres de structure. L'invention se caractérise également par un système d'étanchéité comprenant bandes adhésives en mousse de polyuréthane (13) imbibée de bitume pré-comprimées entre 70 et 90 %, vides de décompression (14) et bavettes d'étanchéité (15), assurant l'étanchéité à l'air et à la pluie des joints verticaux et horizontaux des panneaux extérieurs et l'occlusion de la lame d'air non ventilée, comme indiqué aux figures1 à 10. En matière de lutte contre l'incendie, le système selon l'invention tire parti des bonnes qualités de résistance au feu du béton cellulaire, matériau incombustible assurant une bonne protection des poteaux de structure métalliques. Il comporte, en outre, le bourrage périphérique de laine de verre (12) destiné à empêcher la propagation du feu et des fumées d'incendie d'un étage à l'autre. Ce même béton cellulaire peut également être utilisé pour la préfabrication des appuis de fenêtre (21) en raison de sa légèreté, de son adhérence optimale à l'encadrement de baie intégré au panneau extérieur et de ses qualités esthétiques. Par ailleurs, certains murs de façade à simple paroi, tels que ceux utilisés pour les garages, magasins, cages d'escalier et/ou buanderiesséchoirs, pourront être réalisés comme indiqué aux figures 6-A et 5-B: D'épaisseur relativement plus importante, les panneaux constitutifs de ces murs comportent des bords amincis (22) afin d'être fixés à la structure à l'aide du même système décrit précédemment. En conclusion, le système mural selon l'invention permettra, grâce aux qualités propres au béton-mousse et aux nouvelles dispositions constructives décrites ci-dessus, non seulement d'améliorer l'efficacité thermique des murs de façade, tout en réduisant les délais de réalisation et les coûts de construction et d'utilisation, mais aussi d'accroître leur résistance aux forces sismiques. REVENDICATIONS 1. Système mural à isolation extérieure, de type ouvert, pour façades de bâtiments neufs à base d'ossature en béton armé ou métallique, caractérisé en ce qu'il comprend panneaux extérieurs (1), pattes (2) et (3), rails (4), pattes en cornières (4'), éclisses (5) , lames d'air non ventilées et/ou panneaux isolants (6), cloisons de doublage (7), rails supérieurs (8), vis auto-taraudeuses (9), poteaux de structure (10a) ou (10b), voiles béton armé (10,), poutres (11a) ou (1lb), bandes périphériques de laine de verre (12), bandes d'étanchéité (13), vides de décompression (14), bavettes d'étanchéité (15), trous d'assemblage (16) à (20), appuis de fenêtre (21) et panneaux à bords amincis (22). 2. Système mural selon la Revendication 1, caractérisé en ce que panneaux extérieurs et cloisons de doublage sont séparés par des lames d'air et/ou des panneaux isolants formant écrans continus éliminant les ponts thermiques. 3. Système mural selon la Revendication 2, caractérisé en ce que les panneaux (1) sont de grandes dimensions et fabriqués à l'aide d'un béton cellulaire à base de liquide moussant synthétique renforcé par un treillis soudé anti-fissuration. 4. Système mural selon la Revendication 3, caractérisé en ce que les panneaux (1) sont assemblés à toute structure métallique à l'aide des pattes pré-scellées (2), trous oblongs dans poutres (10a) ou pattes (3) soudées aux poutres (10b) et éclisses (5). 5. Système mural selon la Revendication 1, caractérisé en ce que les panneaux (1) sont assemblés à toute structure en béton armé à l'aide des pattes pré-scellées (2), rails-inserts(4) ou pattes en cornières (4') et éclisses (5). 6- Système mural selon la Revendication 5, caractérisé en ce que les cloisons de doublage (7) sont réalisées à l'aide de carreaux de béton cellulaire ou de plaques de plâtre. 7- Système mural selon la Revendication 6, caractérisé en ce que les cloisons de doublage (7) sont fixées à la structure à l'aide des vis autotaraudeuses (8) et rails (9). 8- Système mural selon la Revendication 7, caractérisé en ce qu'il utilise bandes auto-adhésives pré-comprimées (13) pour l'étanchéité des joints des panneaux (1) et l'occlusion des lames d'air non ventilées (6). 9- Système mural selon la Revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte un bourrage périphérique de laine de verre (12) au niveau des planchers d'étage.