Brevet FR2941724A1 — publié le 20100806

L'invention concerne un module de système constructif modulaire et s'étend à une construction modulaire constituée de tels modules. Les avantages liés à la préfabrication de constructions (suppression des aléas de chantier, rapidité de réalisation) ont conduit depuis de nombreuses années à la réalisation de modules tridimensionnels préfabriqués de conceptions très diverses, adaptés pour être préfabriqués en atelier puis assemblés sur chantier en vue de former des constructions modulaires. L'invention a également pour objet des modules de systèmes constructifs modulaires, et a pour principal objectif de fournir des modules de conception très simple adaptés pour permettre la réalisation de constructions modulaires à plusieurs niveaux. Un autre objectif de l'invention est de fournir des constructions modulaires présentant des performances acoustiques et thermiques optimisées. A cet effet, et en premier lieu, le module de système constructif modulaire selon l'invention comprend en combinaison : - des murs porteurs constitués de panneaux multi-plis croisés d'épaisseur adaptée pour assurer la fonction porteuse d'une construction modulaire comportant n niveaux avec n 1, et la stabilité aux efforts horizontaux du module, - un cadre inférieur solidarisé dans la portion inférieure des murs porteurs, - des éléments de plancher portés par le cadre inférieur, - un cadre supérieur solidarisé dans la portion supérieure 25 des murs porteurs, - et des éléments raidisseurs portés par le cadre supérieur, de rigidification du dit cadre supérieur, - les murs porteurs, cadre inférieur et cadre supérieur étant agencés de façon que deux modules superposés reposent l'un sur l'autre par 30 l'intermédiaire de leurs murs porteurs. La conception d'un tel module conduit à une simplicité extrême de construction du fait que la reprise des efforts, tant verticaux lors de l'empilage de n modules, qu'horizontaux, est assurée par les murs porteurs 2 constitués de simples panneaux multi-plis croisés de faible épaisseur (de l'ordre de quelques dizaines de millimètres). Dans la pratique, de tels modules permettent la réalisation de constructions modulaires dont le nombre de niveaux est théoriquement non limité, les seules limites consistant dans les exigences réglementaires en matière de stabilité au feu. Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, les murs porteurs comportent une portion d'extrémité, inférieure ou supérieure, s'étendant en retrait verticalement par rapport à la face correspondante du cadre solidarisé sur la dite portion, et une portion d'extrémité opposée, supérieure ou inférieure, s'étendant verticalement dans le prolongement de la face correspondante du cadre solidarisé sur la dite portion, de façon que deux modules superposés s'ajustent par emboîtement. Cette spécificité permet de simplifier les opérations 15 d'empilage des modules et de renforcer, par la réalisation d'un emboîtement mécanique, l'empilage réalisé. Par ailleurs, les éléments de plancher du module consistent avantageusement en un plancher préfabriqué comportant une dalle en béton, et de façon avantageuse, ce plancher préfabriqué consiste en un plancher 20 collaborant. En outre, la dalle en béton de ce plancher présente avantageusement une portion périphérique s'étendant en recouvrement du cadre inférieur, adaptée pour permettre le raccord d'éléments noyés dans la dite dalle. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, 25 le cadre supérieur et le cadre inférieur sont agencés de façon qu'un volume de hauteur prédéterminé soit ménagé entre le cadre supérieur d'un module inférieur et le plancher d'un module supérieur positionné sur le dit module inférieur. De plus, les éléments raidisseurs portés par le cadre supérieur forment avantageusement un plafond comportant une paroi pleine, 30 adapté pour supporter une couche d'épaisseur prédéterminée d'agrégats. A cet effet, en outre, ce plafond est avantageusement constitué d'un platelage en bois supporté par des solives portées par le cadre supérieur. 3 Il est à noter que, selon l'invention, par agrégats, on entend définir des matériaux en vrac de granulométrie et composition variables, mélangés ou non, tels que par exemple des graviers, du sable, de la terre... II convient également de noter que cette couche d'agrégats est avantageusement mise en place sur chantier et ne grève donc pas le poids des modules lors de leur transport. En fait, lors de ce transport, la seule masse pénalisante des modules réside dans la dalle de béton, du fait de la légèreté des autres constituants, et le poids global des modules transportés reste donc très concurrentiel par rapport au poids des modules actuels. De telles dispositions conduisent à optimiser les modules en terme de performances acoustiques et thermiques. En effet, et en premier lieu, chaque plancher intermédiaire entre les niveaux des constructions consiste en un système masse/ressort/masse respectivement constitué, énuméré de bas en haut, de la couche d'agrégats, du volume d'air et de la dalle en béton. Un tel système conduit à des performances acoustiques optimisées. De plus, la couche d'agrégats contribue à augmenter l'inertie thermique et, par conséquent conduit à optimiser le confort d'été. Enfin, l'isolation thermique, et donc le confort d'hiver, 20 peuvent également être optimisés car la conception de l'ossature bois permet un traitement rigoureux des ponts thermiques. L'invention s'étend à une construction modulaire composée de modules tels que définis dans les revendications et la description de la présente demande, accolés sur un même niveau et/ ou superposés sur n niveaux 25 avec n 1. De façon avantageuse, lorsque cette construction modulaire comporte un nombre n de niveaux supérieur à un : - les éléments raidisseurs portés par le cadre supérieur de chaque module forment un plafond comportant une paroi pleine agencée de façon 30 qu'un volume de hauteur prédéterminé soit ménagé entre le plafond d'un module de niveau inférieur et le plancher d'un module positionné sur le dit module de niveau inférieur, - une couche d'agrégats est répandue dans le volume séparant le plafond et le plancher de deux modules superposés. 4 De plus, des orifices de ventilation débouchant dans le volume ménagé entre le plafond et le plancher de deux modules superposés sont avantageusement ménagés dans les façades de la construction. De tels orifices de ventilation conduisent à augmenter le confort d'été grâce à la création d'une circulation d'air naturelle permettant d'accélérer les échanges thermiques avec les masses thermiques environnantes que constituent les agrégats et le béton Par ailleurs, lorsque deux modules voisins sont dotés de murs porteurs accolés définissant une paroi intérieure d'un logement, ces modules sont avantageusement disposés de façon qu'un espace vertical soit ménagé entre les dits murs porteurs accolés, en vue de l'insertion, dans le volume ainsi défini, des fourreaux ou gaines pour l'acheminement des différents câbles, tuyaux.... Par contre, lorsque deux modules voisins sont dotés de murs porteurs accolés définissant une paroi séparative entre deux logements, ces deux modules sont avantageusement disposés de façon qu'un volume vertical rempli d'agrégats soit ménagé entre les dits murs porteurs, en vue de l'obtention de séparations verticales présentant des performances acoustiques optimisées. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, chaque module du niveau de rez-de-chaussée repose, par l'intermédiaire de son cadre inférieur, sur des éléments de fondation aptes à définir un vide sanitaire sous le plancher du dit module, et comprennent une protection d'étanchéité solidarisée en sous face du dit plancher. Pour chaque module du niveau supérieur, les constructions modulaires selon l'invention comportent, par contre, avantageusement un module chapeau adapté pour coiffer le dit module, comportant un bandeau formé de panneaux multi-plis croisés à l'intérieur duquel est solidarisé un cadre porteur d'un plancher recouvert d'une protection d'étanchéité et formant une toiture terrasse. En dernier lieu, afin d'assurer la finition des constructions modulaires, des caissons d'habillage étanches de façade sont avantageusement solidarisés sur les murs porteurs extérieurs des modules. D'autres caractéristiques buts et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui suit en référence aux dessins annexés qui en représentent à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation préférentiel. Sur ces dessins : - la figure 1 est une coupe transversale partielle par un plan vertical A d'un module de système constructif modulaire conforme à l'invention, - la figure 2 est une coupe longitudinale partielle par un 5 plan vertical B de ce module, - la figure 3 est une coupe transversale partielle par le plan vertical A d'une construction modulaire à 2 niveaux conforme à l'invention, - la figure 4 est une vue partielle, en coupe par le plan A, de deux modules en cours de montage de ces derniers, - la figure 5 est une coupe longitudinale partielle par le plan vertical B de cette construction modulaire, - les figures 6 à 8 sont des coupes partielles par le plan vertical A représentant les murs porteurs accolés de deux modules voisins définissant respectivement une paroi intérieure d'un logement (figures 6 et 7) et une paroi séparative entre deux logements (figure 8), - les figures 9 et 10 sont des coupes partielles par le plan A d'une construction modulaire à un niveau selon l'invention habillée de caissons de façade, représentée en phase d'assemblage à la figure 9, et assemblée à la figure 10, - et les figures 11 à 14 sont des vues en plan illustrant divers agencements de modules en vue de la réalisation de constructions modulaires selon l'invention. En premier lieu, l'invention a pour objet des modules tridimensionnels M de forme parallélépipédique rectangle, représentés aux figures 1 et 2, destinés à être empilés et/ou juxtaposés en vue de la réalisation de constructions modulaires. Chacun de ces modules M comporte des murs porteurs longitudinaux 1 L et transversaux 1 I constitués de panneaux multi-plis croisés, c'est-à-dire de panneaux de bois formés de couches (ou plis) de bois massif (épicéa, pin...) contrecollées croisées. Selon l'invention, ces murs porteurs 1 sont adaptés pour assurer la fonction porteuse et la stabilité aux efforts horizontaux de constructions modulaires comportant n niveaux, en garantissant une durée de tenue au feu 6 réglementaire. A cet effet ces panneaux présentent, par exemple, une épaisseur de l'ordre de 50 mm. Chaque module M comporte, en outre, un cadre inférieur 2 en bois et un cadre supérieur 4 en bois constitués de longerons 2L, 4L et de traverses 21, 41 solidarisés aux murs porteurs 1 L, 1l. Les longerons 2L du cadre inférieur 2 comportent, en outre, une feuillure supérieure 3 ménagée dans la face de ces longerons opposée aux murs porteurs 1 L. De plus, le cadre inférieur 2 est positionné de façon que la portion d'extrémité inférieure des murs porteurs IL, 11 s'étende en retrait verticalement par rapport à la face inférieure du dit cadre inférieur, définissant une feuillure 6 avec la face externe de ce cadre inférieur 2. Au contraire, le cadre supérieur 4 est positionné de façon qu'une portion d'extrémité supérieure des murs porteurs IL, 11 s'étende verticalement dans le prolongement de la face supérieure du dit cadre supérieur. Ainsi, tel que représenté notamment à la figure 4, lors de la superposition de deux modules M, la portion supérieure 5 des murs porteurs 1L,11 du module inférieur s'emboîte dans la feuillure 6 formée sur le pourtour du cadre inférieur 2 du module supérieur. De plus, les murs1 L, 1 I étant porteurs, et tel que représenté notamment à la figure 3, l'emboîtement est adapté pour que les modules M reposent les uns sur les autres par l'intermédiaire des dits murs porteurs. Les murs porteurs IL, 1 l sont également adaptés pour assurer la stabilité aux efforts horizontaux des modules M, et chaque face verticale de chaque module M comporte, à cet effet, tel que notamment représenté aux figures 11 à 14, au moins un pan de contreventement s'étendant à partir de chaque angle du dit module. Chaque module comporte, par ailleurs, un plancher préfabriqué 7 porté par le cadre inférieur 2, constitué d'un plancher collaborant composé d'un bac collaborant en acier 8 agencé pour reposer dans les feuillures 3 des longerons 2L du cadre inférieur 2, et d'une dalle en béton 9 présentant une portion périphérique 9a s'étendant en recouvrement du dit cadre inférieur, adaptée pour permettre le raccord d'éléments noyés dans la dite dalle. Chaque module M comporte également un plafond 10 comportant un panneau en bois 11 de dimensions adaptées pour reposer sur le 7 cadre supérieur 4, et des solives en bois 12 s'étendant entre les longerons 4L du dit cadre supérieur. De plus, une lisse en bois périphérique 13 est solidarisée sur le panneau 11. Cette lisse 13 est accolée aux murs porteurs 1 L, 11 par une de ses 5 faces verticales, et est habillée d'une cornière 14 en forme d'équerre au niveau de sa face verticale opposée. Cette lisse 13 et cette cornière 14 définissent ainsi, avec le panneau 11, un bac destiné à être rempli d'une couche d'agrégats 15, et dans lequel sont disposés, en atelier, des fourreaux ou gaines pour l'acheminement des 10 différents câbles, tuyaux, une pieuvre électrique... De plus, la hauteur de cette lisse 13 additionnée de la hauteur du cadre supérieur 4, est adaptée pour qu'une portion d'extrémité supérieure 5 des murs porteurs 1 L, 11 s'étende verticalement dans le prolongement de la face supérieure de la dite lisse, délimitant, en outre, un volume 15 libre entre la couche d'agrégat 15 et la face inférieure du plancher 7 du module de niveau supérieur. Les modules M tels que décrits ci-dessus permettent la réalisation de constructions modulaires à n niveaux telles que les constructions représentées aux figures 3 à 5. 20 Selon ces figures, la construction comporte deux niveaux composés de modules identiques aux modules M ci-dessus décrits.: un niveau de rez-de-chaussée réalisé au moyen de modules M1 et un premier niveau réalisé au moyen de modules M2 coiffés de modules chapeaux C formant une toiture terrasse. 25 En premier lieu, les modules M1 du rez-de-chaussée reposent, par l'intermédiaire de leur cadre inférieur 2, sur des éléments de fondation comportant des plots ou longrines 26 délimitant un vide sanitaire et prenant appui sur des massifs de fondation 25. Ces modules M1 comportent, en outre, en sous-face du 30 plancher 7, une épaisseur d'isolant thermique 16 dont la face inférieure est protégée par un panneau en bois 17. Entre les deux niveaux, en outre, des orifices de ventilation V débouchant dans le volume ménagé entre le plafond 10 et le plancher 7 des deux modules superposés M1, M2, sont ménagés dans les façades de la construction, 8 de façon à créer une circulation d'air naturelle destinée à accélérer les échanges thermiques avec les masses thermiques environnantes que constituent les agrégats et le béton. De plus, des moyens de ventilation (non représentés) peuvent être prévus en vue de créer une circulation d'air forcée entre les façades. II est à noter que, dans l'optique de favoriser les performances acoustiques, ce volume d'air peut optionnellement intégrer un matériau isolant. Les modules chapeaux C comportent, quant à eux, une portion inférieure identique à celle des modules courants M, adaptée pour s'emboîter, de la même façon que l'un des dits modules courants, dans la partie supérieure des modules M2 du premier niveau. Chacun de ces modules chapeaux comporte un bandeau 18 formé de panneaux multi-plis croisés, à l'intérieur duquel est solidarisé un cadre 19 constitué de longerons 19L présentant une feuillure 20, et de traverses 191, sur lequel repose un plancher préfabriqué constitué d'un bac collaborant 21 et d'une dalle en béton 22. De plus, ce plancher, qui forme une toiture terrasse, est protégé classiquement d'une épaisseur d'isolant thermique 23 revêtue d'une protection étanche 24. Par ailleurs, et tel que représenté aux figures 6 à 7 et à la figure 11 qui représente une construction modulaire dont chaque niveau comporte trois modules Ma, Mb, Mc, lors de la juxtaposition de deux modules M d'un même niveau, deux options sont retenues selon que les murs porteurs accolés (murs porteurs 1 L sur les figures 6 à 8) définissent une paroi intérieure d'un logement ou une paroi séparative entre deux logements. Dans le premier cas (paroi intérieure), et tel que représenté aux figures 6 et 7, un espace � e � est ménagé entre les deux modules de façon à permettre d'insérer dans le volume ainsi défini des fourreaux ou gaines pour l'acheminement des différents câbles, tuyaux... En outre, lorsqu'une ouverture � O � est pratiquée dans les murs porteurs LI (figure 7), une fourrure 27 est positionnée dans l'intervalle séparant les dalles de béton 9 des modules M. Dans le second cas (paroi séparative), et tel que représenté à la figure 8, un espace plus important, de l'ordre de 15 à 20 cm, est ménagé 9 entre les deux murs porteurs 1 L, et le volume � A � ainsi défini est rempli d'agrégats. De plus, les deux murs porteurs 1 L son alors reliés mécaniquement au moyen de chevilles 28 (ou � bouchons �) collées, réalisées en bois dur. Enfin, un profilé vertical 37 représenté à la figure 11 est adapté pour obturer chacune des extrémités de l'espace. En dernier lieu concernant les constructions modulaires, et tel que représenté aux figures 9 et 10, ces derniers comportent un habillage des murs porteurs extérieurs IL, 1 I des modules courants M et des modules chapeaux C, constitué de caissons d'habillage étanches, respectivement F et Fc solidarisés sur les murs porteurs 1 L, 11 au moyen de pièces d'assemblage métalliques ou en bois consistant par exemple en des équerres. Chacun de ces caissons d'habillage F, Fc comporte une paroi frontale verticale comportant un bardage extérieur 29 fixé par l'intermédiaire de contre-lattes 30 sur un panneau en bois 32 protégé par un pare-pluie 31. De plus, des montants d'ossature tels que 33, solidaires du panneau 32, délimitent et raidissent le caisson et forment un volume rempli de matériau isolant 34. L'habillage consiste, enfin, à ceinturer la base des modules M de rez-de-chaussée au moyen d'une plaque de matériau isolant 35 protégée par une bavette 36. Tel que discuté plus haut, la conception des modules M selon l'invention permet de réaliser des constructions modulaires à plusieurs niveaux. De plus, des formes diverses peuvent être données aux constructions réalisées, par exemple déclinées par combinaison de � cellules � de base illustrées à la figure 11 commentée ci-dessus, et aux figures 12 à 14 qui représentent : - figure 12 : deux modules Md, Me disposés en forme de L, - figure 13 : deux modules Mf, Mg accolés bout à bout, 30 - et figure 14: deux modules Mh, Mi accolés longitudinalement mais décalés longitudinalement. REVENDICATIONS1/ Module de système constructif modulaire caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison : - des murs porteurs (IL, Il) constitués de panneaux multi-plis croisés d'épaisseur adaptée pour assurer la fonction porteuse d'une construction modulaire comportant n niveaux avec n 1, et la stabilité aux efforts horizontaux du module, - un cadre inférieur (2) solidarisé dans la portion inférieure des murs porteurs (IL, Il), - des éléments de plancher (7-9) portés par le cadre inférieur 10 (2), - un cadre supérieur (4) solidarisé dans la portion supérieure des murs porteurs (IL, Il), - et des éléments raidisseurs (10-12) portés par le cadre supérieur (4), de rigidification du dit cadre supérieur, 15 - les murs porteurs (1 L, Il), cadre inférieur (2) et cadre supérieur (4) étant agencés de façon que deux modules superposés reposent l'un sur l'autre par l'intermédiaire de leurs murs porteurs (IL, 11). 2/ Module selon la revendication 1 caractérisé en ce que les murs porteurs (IL, 11) comportent une portion d'extrémité (6), inférieure ou 20 supérieure, s'étendant en retrait verticalement par rapport à la face correspondante du cadre (2) solidarisé sur la dite portion, et une portion d'extrémité opposée (5), supérieure ou inférieure, s'étendant verticalement dans le prolongement de la face correspondante du cadre (4) solidarisé sur la dite portion, de façon que deux modules superposés s'ajustent par emboîtement. 25 3/ Module selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que les éléments de plancher consistent en un plancher préfabriqué (7) comportant une dalle en béton (9). 4/ Module selon la revendication 3 caractérisé en ce que le plancher préfabriqué (7) consiste en un plancher collaborant. 30 5/ Module selon l'une des revendications 3 ou 4 caractérisé en ce que la dalle en béton (9) présente une portion périphérique (9a) s'étendant en recouvrement du cadre inférieur (2), adaptée pour permettre le raccord d'éléments noyés dans la dite dalle. 11 6/ Module selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le cadre supérieur (4) et le cadre inférieur (2) sont agencés de façon qu'un volume de hauteur prédéterminé soit ménagé entre le cadre supérieur (4) d'un module inférieur et le plancher (7) d'un module supérieur positionné sur le dit module inférieur. 7/ Module selon la revendication 6 caractérisé en ce que les éléments raidisseurs portés par le cadre supérieur (4) forment un plafond (10) comportant une paroi pleine (11), adapté pour supporter une couche d'épaisseur prédéterminée d'agrégats (15). 8/ Module selon la revendication 7 caractérisé en ce que le plafond (10) est constitué d'un platelage en bois (11) supporté par des solives(12) portées par le cadre supérieur (4). 9/ Construction modulaire caractérisée en ce qu'elle est composée de modules (M) conformes à la revendication 1 accolés sur un même 15 niveau et/ ou superposés sur n niveaux avec n ? 1. 10/ Construction modulaire selon la revendication 9 à n niveaux, avec n > 1, caractérisée en ce que : - les éléments raidisseurs (10-12) portés par le cadre supérieur (4) de chaque module (M) forment un plafond (10) comportant une paroi 20 pleine (11) agencée de façon qu'un volume de hauteur prédéterminé soit ménagé entre le plafond (10) d'un module de niveau inférieur et le plancher (7) d'un module positionné sur le dit module de niveau inférieur, - une couche d'agrégats (15) est répandue dans le volume séparant le plafond (10) et le plancher (7) de deux modules superposés. 25 11/ Construction modulaire selon la revendication 10 caractérisée en ce que des orifices de ventilation (V) débouchant dans le volume ménagé entre le plafond (10) et le plancher (7) de deux modules superposés sont ménagés dans les façades de la construction. 12/ Construction modulaire selon l'une des revendications 9 30 à 11 caractérisée en ce que deux modules voisins dotés de murs porteurs (1 L, II) accolés définissant une paroi intérieure d'un logement, sont disposés de façon qu'un espace vertical (e) soit ménagé entre les dits murs porteurs accolés. 13/ Construction modulaire selon l'une des revendications 9 à 11 caractérisée en ce que deux modules voisins dotés de murs porteurs (IL, 11) 12 accolés définissant une paroi séparative entre deux logements, sont disposés de façon qu'un volume vertical (A) rempli d'agrégats soit ménagé entre les dits murs porteurs. 14 Construction modulaire selon l'une des revendications 9 à 13 caractérisée en ce que chaque module (M) du niveau de rez-de-chaussée repose, par l'intermédiaire de son cadre inférieur (2), sur des éléments de fondation (25, 26) aptes à définir un vide sanitaire sous le plancher (7) du dit module, et comprennent une protection d'étanchéité (16, 17) solidarisée en sous face du dit plancher. 15/ Construction modulaire selon l'une des revendications 9 à 14 caractérisée en ce qu'elle comprend, pour chaque module (M) du niveau supérieur, un module chapeau (C) adapté pour coiffer le dit module, comportant un bandeau (18) formé de panneaux multi-plis croisés à l'intérieur duquel est solidarisé un cadre (19) porteur d'un plancher (21, 22) recouvert d'une protection d'étanchéité (23, 24) et formant une toiture terrasse. 16/ Construction modulaire selon l'une des revendications 9 à 15 caractérisée en ce qu'elle comprend des caissons d'habillage étanches de façade (F) solidarisés sur les murs porteurs extérieurs (1 L, Il) des modules (M).