Brevet FR2920453A1 — publié le 20090306

La présente invention concerne un procédé d'intégration en toiture de modules photovoltaïques et un dispositif d'intégration correspondant. Des modules photovoltaïques permettent de transformer de l'énergie solaire en énergie électrique. II est connu de disposer de tels modules sur des toitures. Ceci permet de transformer une surface passive en une surface productrice d'énergie. Le montage de modules photovoltaïques peut être réalisé sur une toiture existante ou bien venir s'intégrer à une toiture. La présente invention concerne l'intégration de modules photovoltaïques à une toiture. En France, en effet, l'intégration à une toiture est favorisée car elle permet un rachat de l'électricité à un prix supérieur. Pour avoir un rendement optimum, un module photovoltaïque doit être de préférence monté de façon aérée. Il est ainsi connu de prévoir des moyens de ventilation pour réaliser l'aération de modules photovoltaïques. Une telle solution est d'une part onéreuse (coût des moyens d'aération) et pénalise naturellement le rendement énergétique de l'installation. Dans le cas de modules photovoltaïques intégrés à une toiture, les problèmes d'aération doivent être tout particulièrement pris en compte car l'aération naturelle est limitée. En outre, bien entendu, lorsque des modules photovoltaïques viennent 20 remplacer une toiture, il convient de restituer à la toiture ses caractéristiques d'étanchéité initiales. La présente invention a alors pour but de fournir un procédé d'intégration de modules photovoltaïques à une toiture qui permet d'une part d'assurer une aération des modules photovoltaïques et d'autre part à réaliser une 25 étanchéité de la toiture. De préférence, le procédé proposé devra pouvoir s'adapter à tous les types (ou presque) de toiture et sera de préférence facile à mettre en oeuvre. À cet effet, la présente invention propose un procédé d'intégration de modules photovoltaïques dans une toiture présentant d'une part une structure et 30 d'autre part des éléments de recouvrement (tuiles par exemple) supportés par la structure. Selon la présente invention, ce procédé comporte les étapes suivantes : - retrait d'éléments de recouvrement, - mise en place sur la structure de tôles présentant des ondes longitudinales s'étendant selon une première direction, - réalisation d'une étanchéité autour des tôles mises en place sur la structure entre les tôles et les éléments de recouvrement restants après intégration, - fixation d'au moins deux rails parallèles au-dessus des tôles, les rails s'étendant perpendiculairement aux ondes longitudinales des tôles, - montage des modules photovoltaïques sur les rails. La mise en oeuvre de ce procédé permet d'une part de réaliser l'étanchéité de la toiture lorsque les modules photovoltaïques sont intégrés et d'autre part d'assurer une ventilation de ces modules photovoltaïques grâce à leur montage sur rails. Lorsque la toiture sur laquelle les modules photovoltaïques sont intégrés présente une isolation, il est préférable que les tôles soient mises en place sur la structure en laissant un espace entre la structure et les tôles. Pour le raccordement électrique des modules photovoltaïques intégrés par un procédé selon l'invention, on peut prévoir que des dispositifs d'attache de câbles électriques soient montés sur les rails. La présente invention concerne également un dispositif d'intégration dans une toiture destiné à recevoir des modules photovoltaïques, caractérisé en ce qu'il comporte : - des tôles présentant chacune des ondes longitudinales, les tôles étant disposées les unes à côté des autres avec chevauchement, - des premiers moyens d'étanchéité disposés à l'extrémité des tôles perpendiculairement par rapport aux ondes des tôles, - des seconds moyens d'étanchéité disposés à l'extrémité des tôles parallèlement par rapport aux ondes des tôles, - des rails disposés sur les tôles et s'étendant perpendiculairement par rapport aux ondes des tôles. Lorsque la toiture sur laquelle les modules photovoltaïques sont intégrés présente une isolation, le dispositif d'intégration comporte avantageusement en outre des planches sur lesquelles sont fixées les tôles. Dans une variante de réalisation préférée, les ondes des tôles sont avantageusement de forme trapézoïdale et espacées les unes des autres. En effet, cette forme permet une fixation aisée sur le sommet des ondes des rails recevant les modules photovoltaïques. La présente invention propose à titre d'exemples non limitatifs que les premiers moyens d'étanchéité comprennent une bande d'étanchéité souple à base de zinc et de plomb et/ou que les seconds moyens d'étanchéité comprennent une tôle de rive de largeur moindre par rapport aux tôles utilisées, et que la tôle de rive présente d'une part une onde longitudinale unique de même hauteur sensiblement mais plus large qu'une onde réalisée sur une tôle et d'autre part un rebord longitudinal. De tels moyens d'étanchéité permettent à la toiture de retrouver son étanchéité initiale. Pour que les rails, réalisés de préférence en aluminium ou dans un alliage à base d'aluminium, puissent se dilater indépendamment des tôles sur lesquelles ils sont montés, il est avantageusement prévu que les rails soient fixés sur les tôles par l'intermédiaire d'équerres de montage. La présente invention propose l'utilisation d'un rail profilé particulièrement bien adapté à un dispositif d'intégration selon l'invention. Un tel rail est un rail profilé de section transversale sensiblement rectangulaire présentant une rainure d'ancrage longitudinale sur une face correspondant à un grand côté du rectangle et une rainure d'ancrage latérale sur chacune des faces correspondant à un petit côté du rectangle. Pour ne pas risquer d'avoir des problèmes de condensation qui pourraient nuire à une structure supportant un dispositif d'intégration selon l'invention, on peut avantageusement prévoir que chaque tôle soit recouverte sur l'une de ses faces d'un feutre anti-condensation. Des détails et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description qui suit, faite en référence aux dessins schématiques annexés sur lesquels : La figure 1 montre un toit au cours de la mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention, La figure 2 montre le toit de la figure 1 au cours d'une étape ultérieure d'un procédé d'intégration selon la présente invention, La figure 3 montre un rail profilé pouvant être utilisé dans un procédé d'intégration selon la présente invention, La figure 4 est une vue schématique en coupe montrant la réalisation d'une étanchéité en partie basse d'un dispositif d'intégration selon la présente invention, La figure 5 est une vue similaire à celle de la figure 4 montrant des moyens d'étanchéité d'un dispositif d'intégration en partie haute de celui-ci, et La figure 6 est une vue schématique illustrant les moyens d'étanchéité d'un dispositif d'intégration sur les bords de celui-ci. La présente invention concerne l'intégration de modules photovoltaïques dans une toiture déjà existante. Le plus souvent, une toiture comporte une charpente sur laquelle sont disposées des tuiles 2. C'est pourquoi la description qui suit est faite en référence à un tel toit mais la présente invention pourrait également s'appliquer à des toits en ardoise ou en tôle ondulée ou .... De manière classique les tuiles 2 du toit sont supportées par une charpente comportant des chevrons 4 et des liteaux 6. De manière classique, un tel toit est incliné par rapport à l'horizontale et on a donc une partie basse et une partie haute du toit. Pour intégrer des modules photovoltaïques sur la toiture, il est proposé de tout d'abord définir la zone du toit qui recevra les modules photovoltaïques. De tels modules photovoltaïques sont généralement rectangulaires et la zone choisie sera donc elle aussi rectangulaire. Les tuiles correspondant à cette zone sont alors retirées. Comme on le verra par la suite, certaines des tuiles retirées seront remises en place au cours du procédé. Il s'agit ici des tuiles se trouvant sur les bords latéraux et le bord supérieur de la zone concernée. Dans la zone découverte, des liteaux apparaissent. De préférence, il convient de renforcer les liteaux dans la zone découverte. On vient alors fixer contre les liteaux 6 existants des planches 8 qui dépassent en hauteur des liteaux 6. Par exemple pour des liteaux de 25 x 25 mm, on pourra utiliser une planche de 70 x 50 mm (ces dimensions sont données à titre purement illustratif et nullement limitatif de même que toutes les autres indications numériques mentionnées plus loin dans la présente description). Les planches 8 sont fixées par exemple par cloutage sur les chevrons 4. Des planches 8 peuvent être associées à chaque liteau 6 ou on peut également prévoir de n'avoir qu'une planche environ tous les mètres. Pour faciliter la mise en oeuvre des moyens d'étanchéité qui seront décrits ci-après, il est préférable de prévoir également une planche 8, de même dimension que les autres planches 8, au niveau du liteau 6 supérieur et du liteau 6 inférieur. Une bande d'étanchéité 10 est disposée sur toute la largeur du bord inférieur de la zone découverte. Cette bande d'étanchéité 10 vient recouvrir d'une part les tuiles 2 restantes longeant le bord inférieur de la zone découverte et d'autre part la planche 8 mentionnée précédemment et fixée au niveau du liteau 6 inférieur. Cette bande d'étanchéité 10 est par exemple un tablier en zinc-plomb couramment utilisé pour réaliser une étanchéité sur une toiture. La mise en oeuvre de cette bande d'étanchéité 10 est illustrée sur la figure 4. Cette bande d'étanchéité 10 est par exemple fixée à l'aide de vis 11 sur la planche 8 correspondante. II convient de bien conformer cette bande d'étanchéité 10, notamment à ses extrémités, pour éviter par la suite toute infiltration d'eau. Des tôles 12 sont alors fixées dans la zone découverte comme illustré sur la figure 1. Il s'agit par exemple de tôles de couverture réalisées en acier galvanisé et laquées et présentant des ondes 14 longitudinales de section trapézoïdale. Les tôles 12 sont disposées dans la zone découverte de telle sorte que les ondes 14 longitudinales s'étendent parallèlement aux chevrons 4 de la charpente. Les tôles 12 sont fixées sur les planches 8 à l'aide de vis 16 et de cavaliers 18 correspondant aux ondes 14 de la tôle 12. De préférence, les fixations sont faites le long des chevrons avec un espacement compris entre 80 et 120 cm. Le long des liteaux on prévoit préférentiellement une fixation au niveau de chaque onde 14 des tôles 12. Les tôles 12 sont disposées bien entendu de manière à se chevaucher pour réaliser une étanchéité. Ainsi, on a pour deux tôles 12 disposées côte à côte un chevauchement correspondant à une onde 14 longitudinale et on a également un chevauchement de la tôle 12 supérieure sur la tôle 12 inférieure lorsque deux tôles 12 sont disposées en alignement. Un tel montage est classique pour l'homme du métier. Les tôles 12 ainsi montées sont surélevées par rapport aux liteaux 6. Ceci permet d'assurer une aération au niveau de l'isolation de la toiture, les tôles 12 ne reposant pas directement sur cette isolation. On prévoit également de préférence des tôles 12 présentant sur leur face inférieure un feutre anticondensation. On vient ensuite disposer des tôles de rive 20 latéralement. Ces tôles de rive 20 sont disposées de chaque côté de l'ensemble de tôles 12 fixées dans la zone découverte. Ces tôles de rive 20 sont utilisées pour réaliser l'étanchéité du dispositif d'intégration selon l'invention au niveau des bords latéraux de la zone découverte qui reçoit par la suite les modules photovoltaïques. Une tôle de rive 20, dans sa forme de réalisation préférée, est une tôle qui présente une onde 22 de même hauteur que les ondes 14 des tôles 12 mais plus large que ces ondes 14. Chaque tôle de rive 20 présente également un rebord 24 replié vers le haut, c'est-à-dire du même côté que l'onde 22. Le rebord 24 est par exemple replié à 90° ou de préférence plus. On dispose une tôle de rive 20 au niveau de chaque bord latéral de la zone découverte de manière à ce que l'onde 22 de la tôle de rive vienne recouvrir l'onde 14 de la tôle 12 se trouvant le plus à l'extérieur. Le rebord 24 est disposé à l'extérieur des tôles 12. La figure 6 illustre le montage d'une tôle de rive 20. Les tôles de rive 20 sont fixées à l'aide de vis sur les planches 8. Ces tôles de rive 20 s'étendent sur toute la longueur des tôles 12. Une bande d'étanchéité 10 peut alors être disposée pour réaliser l'étanchéité au niveau du bord supérieur de la zone découverte. Cette bande d'étanchéité 10 est du même type que la bande d'étanchéité 10 décrite précédemment. Comme illustré sur la figure 5, cette bande d'étanchéité 10 fixée sur la planche 8 se trouve au niveau du liteau 6 supérieur de la zone découverte et vient recouvrir le bord supérieur des tôles 12 se trouvant en haut de la zone découverte. Il convient de veiller particulièrement à la pose de cette bande d'étanchéité 10 pour obtenir une bonne étanchéité, notamment au niveau des angles. Une fois la deuxième bande d'étanchéité 10 disposée le long du bord supérieur, des tuiles 2 peuvent être remises en place. On vient ainsi remettre une rangée de tuiles 2 tout le long du bord supérieur de la zone découverte ainsi qu'une colonne de tuiles 2 au niveau de chaque bord latéral de la zone découverte. Les tuiles 2 rajoutées au niveau du bord supérieur viennent alors recouvrir la bande d'étanchéité 10 tandis que les tuiles 2 rajoutées au niveau des bords latéraux viennent chacune recouvrir le rebord 24 de la tôle de rive 20 correspondante. Grâce aux bandes d'étanchéité 10 (ou tablier zinc-plomb) et aux tôles de rive 20, on réalise l'étanchéité du toit. Le fait que l'onde 22 de la tôle de rive 20 soit plus large que les ondes 14 des tôles 12 permet d'ajuster la position de la tôle de rive 20 par rapport aux tôles 12. Cette tôle de rive 20 sera disposée de manière à ce que le rebord 24 de la tôle de rive 20 soit bien recouvert par les tuiles 2 que l'on vient rajouter latéralement (cf. figure 6). Une fois les tuiles 2 remises en place, il convient de prévoir, si nécessaire la mise en place de joints d'étanchéité au niveau des bandes d'étanchéité inférieures et supérieures. Au niveau du bord supérieur, les cavités des tuiles, en fonction des tuiles utilisées, peuvent être par exemple également scellées avec du mortier. Pour parfaire l'étanchéité de la toiture, des joints d'étanchéité sont de préférence réalisés également au niveau des jonctions des tôles 12 et sur les tôles 12. L'étanchéité étant maintenant réalisée, des rails profilés 26 pour le montage des modules photovoltaïques sont installés. Un tel rail profilé est montré plus en détail sur la figure 3. Il s'agit par exemple d'un rail profilé en aluminium. Un tel rail profilé 26 présente une section transversale de forme globalement rectangulaire. Ce profilé présente donc deux grandes faces que l'on peut appeler face supérieure et face inférieure et deux faces latérales. La face, que l'on appellera face inférieure, est une face pleine. La face opposée à la face inférieure, c'est-à-dire la face supérieure, présente quant à elle une rainure longitudinale dont le fond correspond à la face inférieure. Cette rainure présente des rebords recourbés vers l'intérieur de la rainure. Chaque face latérale (petit côté) du rail profilé 26 présente également une rainure longitudinale avec des rebords repliés vers l'intérieur de la rainure. Ce rail profilé présente donc une rainure d'accrochage supérieure et deux rainures d'accrochage latérales. Il correspond à la combinaison de trois profilés en C. Des rails profilés 26 sont alors disposés sur les tôles 12 perpendiculairement aux ondes 14. La face inférieure du rail profilé 26 est posée sur les tôles 12. La rainure réalisée dans la face supérieure des rails profilés 26 est utilisée, comme décrit ci-après, pour fixation d'un module photovoltaïque. On prévoit de faire reposer chaque module photovoltaïque sur deux rails profilés 26. Ainsi, il convient de prévoir deux rails profilés 26 pour chaque rangée (parallèle au bord supérieur et/ou inférieur de la zone découverte) de modules photovoltaïques. On dispose ainsi un nombre pair de rails profilés 26 sur les tôles 12. Les espacements entre les rails profilés 26 sont adaptés aux dimensions des modules photovoltaïques qu'ils supporteront. Les rails profilés 26 sont fixés sur les tôles 12 par l'intermédiaire d'équerres de montage 28. Chaque équerre de montage 28 présente une base 30 et une patte d'accrochage 32. La base 30 est destinée à venir en appui sur le sommet d'une onde 14 d'une tôle 12 avec interposition d'une bande-joint, par exemple une bande-joint néoprène. Cette base 30 est alors rivetée dans cette position sur la tôle 12 par un rivet 33. La patte d'accrochage 32 vient alors en prise dans une rainure latérale du rail profilé 26 correspondant. L'utilisation d'équerres de montage 28 pour le montage des rails profilés 26 permet d'éviter toute contrainte sur les tôles 12 due à la dilatation différentielle du rail profilé 26 par rapport aux tôles 12. En effet, le rail profilé 26 est de préférence réalisé en aluminium, ou dans un alliage à base d'aluminium, tandis que les tôles 12 sont de préférence en acier galvanisé. La toiture recevant les modules photovoltaïques étant disposée en plein soleil l'été et soumise aux rigueurs de l'hiver, elle subit donc des écarts de températures importants (plus de 50°C) et les écarts de dilatation sur une telle plage de températures entre l'acier et l'aluminium sont sensibles. Le montage des rails profilés 26 sur les tôles 12 par l'intermédiaire des équerres de montage 28 permet ainsi au rail profilé 26 de se dilater librement par rapport aux tôles 12. Pour des problèmes de dilatation également, si deux rails profilés 26 sont montés bout à bout, il conviendra de prévoir un montage permettant aux deux rails de se déplacer l'un par rapport à l'autre. On peut alors prévoir une liaison permettant aux rails de coulisser longitudinalement l'un par rapport à l'autre ou bien réaliser une liaison à l'aide de pièces en matériau élastique tel du caoutchouc. Les rails profilés 26 étant en place, les modules photovoltaïques 34 peuvent être montés sur la toiture. On insère alors des écrous 38 à tête marteau dans la rainure longitudinale supérieure des rails profilés 26. Une fois les modules photovoltaïques 34 disposés sur les rails profilés 26, ceux-ci sont alors maintenus à l'aide d'étriers 36 comme l'on peut le voir sur la figure 6. Les étriers 36 sont fixés par des vis 40 venant en prise dans les écrous 38. Les modules photovoltaïques 34 peuvent alors être raccordés électriquement. Les rainures latérales des rails profilés peuvent ici être utilisées pour recevoir des attache-câbles afin de guider les câbles le long des rails profilés. Le procédé décrit ci-dessus permet la réalisation d'un dispositif d'intégration de modules photovoltaïques dans une toiture. Ce dispositif permet à la toiture de conserver son étanchéité qu'elle avait initialement. Le dispositif d'intégration proposé permet également une bonne aération d'une part de la toiture et d'autre part des modules photovoltaïques. En effet, comme indiqué plus haut, les tôles utilisées pour la réalisation du dispositif d'intégration sont surélevées par rapport aux liteaux d'origine permettant d'assurer à l'isolation intérieure de la toiture une aération similaire à celle d'origine lorsque la toiture était entièrement recouverte de tuiles. Bien entendu, si la toiture d'origine n'était pas recouverte avec des tuiles, l'utilisation des planches afin de surélever les tôles du dispositif d'intégration par rapport à la structure portant les éléments de revêtement (ardoise, tôle ondulée, ...) doit être adaptée et ces planches peuvent éventuellement ne pas être utilisées. L'utilisation des rails profilés pour le montage des modules photovoltaïques permet d'assurer une aération et une ventilation suffisantes de ces modules photovoltaïques. La hauteur des rails profilés est choisie suffisamment grande pour permettre l'aération requise. Le dispositif d'intégration décrit ci-dessus convient pour des modules photovoltaïques de toute taille. Pour un meilleur rendement, les modules photovoltaïques sont de préférence inclinés par rapport à l'horizontale. Le dispositif d'intégration décrit plus haut est adapté à toutes les pentes de toit, de 12 à 65°. Ce dispositif d'intégration résiste également bien au vent et aux intempéries. Le dispositif d'intégration décrit ci-dessus ne nécessite pas de renfort de la structure (charpente) de la toiture. En effet, la charge sur cette toiture est peu modifiée par rapport à la toiture d'origine. La masse du dispositif d'intégration et des modules photovoltaïques est généralement inférieure ou guère supérieure à la masse des tuiles retirées pour permettre l'intégration dans la toiture des modules photovoltaïques. Comme déjà mentionné dans la description qui précède, le dispositif d'intégration est bien adapté également aux variations de température. En effet, le dispositif d'intégration décrit plus haut est monté de manière à tenir compte des dilatations différentielles des différents éléments mis en oeuvre. La présente invention ne se limite pas au procédé et au dispositif d'intégration décrits ci-dessus à titre d'exemples non limitatifs et aux variantes évoquées. Elle concerne également toutes les variantes de réalisation à la portée de l'homme du métier dans le cadre des revendications ci-après. REVENDICATIONS 1. Procédé d'intégration de modules photovoltaïques (34) dans une toiture présentant d'une part une structure (4, 6) et d'autre part des éléments de recouvrement (2) supportés par la structure, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - retrait d'éléments de recouvrement (2), - mise en place sur la structure (4, 6) de tôles (12) présentant des ondes (14) longitudinales s'étendant selon une première direction, - réalisation d'une étanchéité autour des tôles (12) mises en place sur la structure entre les tôles (12) et les éléments de recouvrement (2) restants après intégration, - fixation d'au moins deux rails (26) parallèles au-dessus des tôles (12), les rails (26) s'étendant perpendiculairement aux ondes (14) longitudinales des tôles (12), - montage des modules photovoltaïques (34) sur les rails (26). 2. Procédé d'intégration selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tôles (12) sont mises en place sur la structure (4, 6) en laissant un espace entre la structure (4, 6) et les tôles (12). 3. Procédé d'intégration selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que des dispositifs d'attache de câbles électriques sont montés sur les rails (26). 4. Dispositif d'intégration dans une toiture destiné à recevoir des modules photovoltaïques (34), caractérisé en ce qu'il comporte : - des tôles (12) présentant chacune des ondes (14) longitudinales, les tôles (12) étant disposées les unes à côté des autres avec chevauchement, - des premiers moyens d'étanchéité (10) disposés à l'extrémité des tôles (12) perpendiculairement par rapport aux ondes (14) des tôles (12), - des seconds moyens d'étanchéité (20) disposés à l'extrémité des tôles (12) parallèlement par rapport aux ondes (14) des tôles (12), - des rails (26) disposés sur les tôles (12) et s'étendant perpendiculairement par rapport aux ondes (14) des tôles (12). 5. Dispositif d'intégration selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des planches (8) sur lesquelles sont fixées les tôles (12). 6. Dispositif d'intégration selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que les ondes (14) des tôles (12) sont de forme trapézoïdale et espacées les unes des autres. 7. Dispositif d'intégration selon l'une des revendications 4 à 6, 5 caractérisé en ce que les premiers moyens d'étanchéité comprennent une bande d'étanchéité (10) souple à base de zinc et de plomb. 8. Dispositif d'intégration selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que les seconds moyens d'étanchéité comprennent une tôle de rive (20) de largeur moindre par rapport aux tôles (12) utilisées, et en ce que la 10 tôle de rive (20) présente d'une part une onde (22) longitudinale unique de même hauteur sensiblement mais plus large qu'une onde (14) réalisée sur une tôle (12) et d'autre part un rebord (24) longitudinal. 9. Dispositif d'intégration selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que les rails (26) sont fixés sur les tôles (12) par l'intermédiaire 15 d'équerres de montage (28). 10. Dispositif d'intégration selon l'une des revendications 4 à 9, caractérisé en ce que chaque rail (26) est un rail profilé de section transversale sensiblement rectangulaire présentant une rainure d'ancrage longitudinale sur une face correspondant à un grand côté du rectangle et une rainure d'ancrage latérale 20 sur chacune des faces correspondant à un petit côté du rectangle. 11. Dispositif d'intégration selon l'une des revendications 4 à 10, caractérisé en ce que chaque tôle (12) est recouverte sur l'une de ses faces d'un feutre anti-condensation.