Brevet FR2937985A1 — publié le 20100507

La présente invention concerne la conception simple efficace et économique d'une habitation bioclimatique, permettant de banaliser et d'optimiser l'emploi de matériaux écologiques disponibles sous forme de bottes comme la paille ou analogue. Traditionnellement, les constructions dites écologiques favorisent l'utilisation du bois essentiellement pour la partie structurelle de l'habitation, et continuent d'employer des isolants conventionnels tels que les composés chimiques (polystyrène, polyuréthane, etc.), les composés minéraux (laines de verre, de roche, etc.), ou les nouveaux matériaux dits écologiques constitués d'éléments organiques à base animale (laine de mouton par exemple) ou végétale ( laine de bois, plaques de liège, laines de chanvre, etc.). Or, si on peut facilement constater que l'impact environnemental est en faveur des matériaux écologiques, leur utilisation reste nettement freinée par leur impacte économique et financier. En effet si à la base la matière première naturelle reste bon marché, la transformation que subissent ces matériaux, leur transport et les transits intermédiaires entre les différents réseaux de distribution pour les rendre utilisables dans nos modes de construction traditionnels font que ces matériaux perdent de leur attrait à cause de leur coût d'achat. II existe pourtant des matériaux pratiquement utilisables à l'état brut comme le sont les bottes de paille, mais celles-ci sont incompatibles avec nos formats de constructions usuels. Toutefois des techniques de construction avec ce type de matériaux commencent à voir le jour, mais elles sont l'apanage bien souvent de groupements écologistes ou d'associations plus ou moins bien organisées qui font appel massivement au bénévolat pour la réalisation de ces projets bien souvent très consommateur en main d'oeuvre. Traditionnellement une des techniques employées consiste à la création d'une structure poteaux-poutres fortement charpentée laissant apparaître au niveau des murs périphériques de la construction des espaces de plusieurs mètres entre chaque poteau, que l'on vient combler en créant un mur de ballots de paille. Généralement, les ballots sont comprimés et maintenus par des tasseaux de bois. Les murs ainsi constitués sont ensuite enduits de terre glaise ou de chaux. L'ensemble de ces opérations nécessite donc l'emploi de professionnels qualifiés, notamment pour la réalisation de la charpente et de la structure en bois, nécessite également le concours de nombreux bénévoles notamment pour la mise en place des murs et la réalisation des enduits de terre, nécessite aussi le suivi de spécialistes et autres hommes de l'art pour veiller à la bonne mise en oeuvre de la paille. Compte tenu des difficultés et aléas de cette mise en oeuvre, l'utilisation de ces matériaux reste très marginale, on se contente d'ailleurs généralement de réaliser les murs en paille et de conserver un mode de réalisation et d'isolation conventionnelle pour la toiture, ce qui est regrettable puisque c'est justement dans la toiture que se concentre la plupart des déperditions énergétiques de l'habitation. Enfin, un autre mode de construction plus rationnel tend à se développer. Cette méthode de montage fait appel à la construction panneaux muraux, dont la structure laisse apparaître sur une face une trame alvéolaire propre à accueillir des ballots de paille. L'assemblage des différents panneaux permet la construction des murs de la maison sur lesquels on viendra ensuite réaliser un charpentage. Cette méthode présente l'avantage de réaliser par la suite des parements secs de part et d'autre du mur, mais la construction de la structure, des panneaux, des éléments porteurs, puis des reprises entre planchers, murs et toiture nécessite des opérations de charpentage traditionnel qui ne permettent pas l'assemblage des ballots de paille dans un couloir continu. La mise en pratique de cette méthode fait donc appel à beaucoup de main d'ceuvre dans la phase de préparation, elle demande de réelles compétences en charpentage, et fait appel à des moyens de levage et de transport conséquent sur le chantier pour l'assemblage des éléments constructifs. La paille est donc utilisée de manière ponctuelle dans différentes zones de la construction, les séparations entre les larges espaces dédiés à la paille étant occupé par une structure porteuse massive, il est difficile de maintenir l'homogénéité thermique et d'éviter à ces endroits la création de ponts thermiques. Enfin ces modes de réalisation restent réservés à l'auto-construction, on peut facilement comprendre que les aléas de ce type d'ouvrages font apparaître leurs acteurs à des aventuriers, et laissent méfiants les principaux leviers de la construction moderne, en particulier les autorisations administratives comme le secteur de l'assurance. Et pourtant, le matériau paille représente des avantages notables. Tout d'abord, et c'est ce qui nous intéresse en premier lieu un fort pouvoir isolant, 36cm de paille équivaut à un coefficient de résistance thermique R=6, soit 2 fois plus important que les exigences des normes actuelles. La paille est présente massivement, et uniformément réparti sur notre territoire, elle est un résidu de l'agriculture céréalière, son coût est donc très modique, et son impacte sur notre écosystème quasi nul. La seule transformation du matériau constitue sa mise en botte, qui sous un format conventionnel de petite botte laisse envisager facilement son utilisation pour la construction d'un habitat. Préservée d'un excès d'humidité, la paille est quasi imputrescible. Sous produit de l'agriculture, elle ne présente pas à la différence du foin un attrait alimentaire pour les animaux, et un simple film permet de la protéger de toute intrusion d'animaux tentés d'y trouver refuge pour ses qualités isolantes. Enfin, bien comprimé un mur de paille exempt de vide d'air présente une excellente résistance au feu qui privé d'oxygène ne peut s'y développer. L'invention propose de créer un concept constructif extrêmement simple qui contrairement aux ouvrage traditionnels ne nécessite aucune étape de préfabrication, étudié pour que sa mise en application soit rapide et avec une main d'oeuvre limitée à une ou deux personnes de qualification courante, avec un dispositif de levage rudimentaire (chèvre, et palan de capacité 150Kg), permettant l'utilisation de bottes de paille sur toute l'enveloppe de l'habitation, en continuité entre les murs des différents étages ainsi qu'avec la toiture, pour garantir l'homogénéité de l'isolation et éviter tout pont thermique. L'ensemble des critères précités aboutissant à la réalisation d'une construction performante très économique, donc très accessible à tout un chacun. Tout d'abord, nous définissons le type de ballot que nous allons systématiquement utiliser, en adoptant pour toute la construction la forme des petites bottes de paille. Largement diffusée, leur forme est définie par une hauteur et une largeur fixe, respectivement de 36cm et 45cm, et par une longueur paramétrable sur chaque machine à botteler, que nous retiendrons par exemple à 90cm. Pour la réalisation des parois de la construction, les bottes seront par exemple disposées sur leur petit flanc, c'est-à-dire que les parois seront par exemple d'une épaisseur de 36cm. Pour faciliter la mise en place des ballots d'une manière continue et sur 30 toute la hauteur de la maison, toiture comprise, nous allons concevoir notre ossature de manière à réaliser sur toute l'enveloppe de la construction une pluralité de colonnes ininterrompues du sol au faitage, dont l'espace dimensionnel correspond aux bottes de paille utilisées pour la construction. De la sorte, la structure des murs puis dans leur prolongement la toiture, se verraient formés par une succession de couloirs permettant, par l'insertion d'une multitude de ballots dans les dites colonnes, de créer une enveloppe de paille continue de la base des murs, jusqu'au faîtage de l'habitation. II reste à définir les éléments structurels permettant de réaliser la trame de l'habitation. Une multitude de fabricants proposent aujourd'hui des poutrelles ou éléments structurels de plancher fabriquées à base de bois et de fibres végétales dont les performances sont étonnantes et certifiées par des laboratoires indépendants au marquage CE. La conception en I de ces éléments structurels fait apparaître deux membrures en bois massif reliées par une âme lisse en panneaux de fibres durs. Cette âme fine limite au minimum le pont thermique engendré par la liaison entre les deux membrures. Avantageusement, nos impératifs dimensionnels imposés par l'épaisseur des ballots de paille nous permettent d'utiliser des éléments structurels de forte largeur, pressentant des propriétés mécaniques optimum, et dont les caractéristiques mécaniques nous autorisent à utiliser les mêmes éléments structurels pour la réalisation des montants muraux, des planchers et des éléments porteurs de toiture. Outre l'homogénéité de la construction grâce à la standardisation des éléments porteurs, l'association de ces éléments avec les bottes de paille présente de nombreux avantages : L'âme centrale lisse des éléments structurels facilite grandement la mise en place des ballots dont les bords peuvent glisser au contact de l'âme. Les membrures extérieures maintiennent parfaitement le ballot au coeur du mur et lui évite tout basculement. La largeur des éléments structurels portée par exemple à 36cm autorise l'insertion de ballots de paille tout en conservant de part et d'autre du mur ainsi constitué la face externe des membrures qui présentent un support rigide permettant la mise en place d'un revêtement mural de type bardage, panneaux de bois ou plaques de plâtre, et donc autorisant un autre moyen de protection de la paille que l'enduit de terre. L'invention est remarquable en ce que le concept ainsi décrit, par l'association d' éléments constructifs novateurs, reconnus et identiques avec des bottes de paille traditionnelles, grâce à une disposition étudiée et à leur mise en oeuvre de manière à réaliser sur toute l'enveloppe de la construction une pluralité de colonnes ininterrompues du sol au faitage, dont l'espace dimensionnel correspond au module imposé par les bottes de paille utilisées pour la construction, il est alors possible de maîtriser sans difficulté l'utilisation de la paille sous forme de ballots, en créant une ceinture verticale homogène et continue de ballots de paille autour de l'habitation, de supprimer ainsi tout risque de pont thermique, et de garantir la protection des ballots de paille par la mise en place de revêtements muraux standardisés . Les dessins annexés illustrent l'invention. La figure 1 représente la première phase de la construction. Elle décrit la mise en oeuvre de la sablière de base au sol, puis la pose des premiers éléments muraux en faisant intervenir un dispositif de levage rudimentaire. La figure 2 représente l'avancement des éléments des murs latéraux avec la mise en place, à mesure de leur élévation, des premiers éléments structurels du plancher. La figure 3 décrit la phase ultime de la mise en place des éléments structurels. Après la pose des dalles de plancher et la mise en place du dispositif de levage, la fixation des éléments structurels de la toiture au sommet des éléments muraux par l'intermédiaire des brides d'assemblage. Cette fixation est décrite en figure 3a et figure 3b. La figure 4 représente le positionnement des bottes de paille dans les couloirs formés par les éléments structurels, et indique la simplicité de pose des habillages intérieur et extérieur, ainsi que des menuiseries. En référence à ces dessins, le mode constructif consiste dans un premier temps, suivant la figure 1, à fixer fortement, sur un sol fondé et rigide, généralement en béton, une sablière de base 1 en bois sur tout le périmètre de la construction. Celle-ci va permettre de protéger l'isolation future de toute remontée d'humidité, et va simplifier l'accrochage de la base des éléments muraux 2 par l'emploi d'équerres métalliques et de vis à bois. Les dits éléments muraux 2 seront identiques à tous les autres éléments structurels de la construction, dont la conception fait apparaître deux membrures en bois massif reliées par une âme lisse en panneaux de fibres durs. La longueur des éléments muraux 2 intègre la hauteur totale des murs de la construction puisqu'il n'y a pas de sablière de reprise au niveau du plancher. Les éléments muraux 2 sont espacés selon une trame imposée par la longueur des ballots de paille qui seront utilisés par la suite. La . 2937985 8 liaison entre la sablière de sol 1 et les éléments muraux 2 peut être effectuée par des moyens connus, équerres métalliques et vis à bois. Les premiers éléments muraux 2 sont implantés sur le petit côté de la construction, parallèlement à la trame du futur plancher, ils sont maintenus 5 en équilibre par la pose de croisillons, puis par la fixation de la poutre longitudinale 3 qui servira de support au dit plancher. Aucun des ces différents éléments constructif n'excédent 40kg, ils peuvent aisément être manipulés à l'aide d'un moyen de levage rudimentaire et mobile 4. 10 La figure 2 illustre la continuité du montage. Les éléments muraux 2 sont alors disposés pour former les murs latéraux, et à mesure de leur avancement les éléments de plancher 5 sont mis en place reposant sur la poutre 3, et reliant respectivement l'intérieur des membrures de chaque élément mural 2 avec son vis-à-vis. 15 Les dits éléments de plancher 5 seront identiques à tous les autres éléments structurels de la construction, dont la conception fait apparaître deux membrures en bois massif reliées par une âme lisse en panneaux de fibres durs. La structure s'auto maintient ainsi à mesure de l'assemblage, les éléments 20 muraux 2 étant maintenus espacés par leur implantation à la base sur la sablière de sol 1 et à hauteur du plancher par leur liaison avec la poutre longitudinale 3, et maintenus à la verticale par la mise en place des éléments de plancher 5 reliant chaque élément mural 2 avec son vis-à-vis. Apparaissent alors à la fin de cette opération une pluralité d'éléments 25 muraux dressés à la verticale sur tout le périmètre de la construction, laissant apparaître entre eux des colonnes 10 parfaitement libres de la base jusqu'au sommet des murs dont la trame est compatible avec la largeur et la longueur des ballots de paille qui seront employés par la suite. 30 Selon la figure 3, la réalisation du plancher supérieur 6 peut alors aisément être réalisée par exemple à l'aide de dalles structurelles bouvetées. Le dispositif de levage 4 est réinstallé sur le plancher supérieur 6, et les éléments structurels de toiture 7 sont mis en place. Les dits éléments structurels de toiture 7 seront identiques à tous les autres éléments structurels de la construction, dont la conception fait apparaître deux membrures en bois massif reliées par une âme lisse en panneaux de fibres durs. En référence à la figure 3a, les dits éléments structurels de toiture 7 seront assemblés par 2 au moyen de 2 goussets d'assemblage ou goussets faîtiers 8. Ces goussets faîtiers 8 sont par exemple composés par une plaque métallique de quelques millimètres d'épaisseur, dont la largeur correspond à l'âme de l'élément structurel de toiture 7, et qui présente un angle imposé par la pente de la toiture. Les âmes des 2 éléments structurels de toiture 7 sont ainsi prises entre 2 goussets faîtiers 8, et définitivement immobilisées par l'action d'une pluralité de boulons permettant de comprimer les dites âmes au coeur des 2 goussets faîtiers 8. De la même façon, en référence à la figure 3b, pour éviter le recours à une panne sablière traditionnelle qui viendrait fermer les murs dans leur épaisseur en partie haute, et clore les colonnes 10 réservées aux ballots de paille, nous ferons intervenir de nouveaux goussets d'assemblage ou goussets sabliers 9 placées au sommet des éléments muraux 2, permettant de réaliser la jonction entre les éléments muraux 2 et la base des éléments structurels de toiture 7. Ces goussets sabliers 9 sont par exemple composés par une plaque métallique de quelques millimètres d'épaisseur, dont la largeur correspond à l'âme des éléments structurels de toiture 7 et des éléments muraux 2, et qui présente un angle imposé par la jonction de la pente de la toiture avec les éléments muraux 2 verticaux. Les âmes respectives à la base des éléments structurels de toiture 7, et au sommet des éléments muraux 2 sont ainsi prises entre 2 goussets sabliers 9, et définitivement immobilisées par l'action d'une pluralité de boulons permettant de comprimer les âmes respectives au coeur des 2 goussets sabliers 9. De la sorte, en créant des goussets d'assemblage adaptées aux éléments constructifs nous parvenons à éliminer la panne faitière, et les pannes sablières traditionnellement utilisées pour asseoir la charpente sur les murs porteurs ; avantageusement les colonnes 10 réservées aux ballots de paille sont, grâce à cette évolution technique, ininterrompues depuis la base des murs jusqu'au faitage de la construction. De fait, l'invention permet une couverture de paille continue du sol au faîtage, simplement séparé par l'âme des éléments structurels. Selon la figure 4, au terme de l'assemblage des éléments structurels, les ballots de paille 11 sont alors empilés dans les colonnes 10, de manière continue de la base des murs jusqu'au faitage de la construction. Avantageusement, comme le démontre la coupe en perspective de la figure 4a, la forme intérieure des colonnes 10 fait agir les membrures 16 des éléments structurels sur les ballots de paille 11 à la manière d'écoinçons ; Le maintien latéral et vertical des ballots de paille 11 est donc assuré par les membrures en bois massif 16 des éléments structurels, et le contact avec l'âme lisse 17 des éléments structurels autorise le glissement des ballots de paille 11 dans le sens vertical afin d'autoriser leur empilement et leur compression. En référence a la figure 4 et a la figure 4a, l'habillage des murs à l'extérieur de la construction peut par exemple être réalisé par l'agrafage d'un film pare pluie 12 sur les membrures 16, puis par la pose d'un bardage bois 15, également fixé sur les membrures 16. L'habillage des murs et de la sous toiture à l'intérieur de la construction peut par exemple être réalisé par l'agrafage d'un film pare vapeur 13 sur les membrures 16, puis par la pose d'un parement d'intérieur 14, également fixé sur les membrures 16. Pour la toiture l'habillage consistera par exemple à la pose par agrafage d'un film pare pluie 12 sur les membrures extérieures 16 des éléments structurels de toiture 7. Au dessus du film pare pluie 12, on viendra disposer dans le sens longitudinal de la toiture, et perpendiculairement aux éléments structurels de toiture 7, des chevrons de bois 17, solidement fixés sur les éléments structurels de toiture 7, les dits chevrons étant destinés à recevoir les éléments de couverture 18. Avantageusement, les menuiseries 19 peuvent facilement prendre place 15 dans les murs en se logeant entre 2 éléments muraux 2 en lieu et place de quelques ballots 11. 20 REVENDICATIONS1. Dispositif constructif caractérisé en ce qu'il est composé d'une pluralité d'éléments structurels standardisés et normalisés dont la nature, le profil et les caractéristiques techniques sont identiques, utilisés aussi bien pour les éléments muraux 2, les éléments de plancher 5, les éléments structurels de toiture 7, et dont le montage réalisé aux moyens de goussets d'assemblage boulonnés, permet la création sur toute l'enveloppe de la construction d'une multitude de colonnes 10 continues et ininterrompues de la base des murs jusqu'au faitage, dont la forme géométrique des dites colonnes 10 permet un remplissage uniforme de ballots de paille 11 ou analogue, de manière à constituer une enveloppe isolante totalement homogène et exempt de pont thermique. 2. Dispositif constructif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les dits éléments structurels standardisés utilisés ont une forme en I, composées par exemple par deux membrures 16 en bois massif reliées par une âme lisse 17 en panneaux de fibres durs, qui permet de réaliser une pluralité de colonnes 10 dont la forme géométrique intérieure fait agir les membrures 16 des éléments structurels sur les ballots de paille 11 à la manière d'écoinçons, créant l'auto maintien par pincement des ballots de paille 11, et dont l'âme centrale lisse 17 permet le glissement verticale des dits ballots autorisant ainsi leur empilement et leur compression en fin de montage.30 3. Dispositif constructif selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les goussets d'assemblage utilisées sont des goussets sabliers 9, et des goussets faîtiers 8, par exemple composés par une plaque métallique de quelques millimètres d'épaisseur, assurant respectivement la liaison par les âmes 17 des éléments muraux 2 aux éléments structurels de toiture 7 , et des éléments structurels de toiture 7 entre eux, qui permettent en évitant le recours à une traditionnelle panne sablière et panne faîtière, de ne pas interrompre la continuité des colonnes 10 notamment au faîtage et à la jonction entre la base de la toiture et le sommet des murs. 4. Dispositif constructif selon les revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les éléments muraux 2, les éléments de plancher 5, et les éléments structurels de toiture 7 sont de nature identique autorisant une simplification extrême de la construction et de l'approvisionnement du chantier, et dont leur ergonomie permet la pose des ballots de paille 11 et la réalisation de parements secs de chaque coté du mur, sans avoir recours à des enduits humides. 5. Dispositif constructif selon les revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu' aucun des différents éléments structurels qui le compose n'excèdent 40kg , qu'il autorise une mise en application rapide, ne nécessitant aucune étape de préfabrication, avec une main d'oeuvre limitée à une ou deux personne de qualification courante, et en utilisant un dispositif de levage rudimentaire, ces critères concourant à la réalisation d'une construction performante très économique, donc très accessible à tout un chacun.30