Brevet FR2937063A1 — publié le 20100416

ÉLÉMENT DE CONSTRUCTION, SON PROCÉDÉ DE FABRICATION ET SES UTILISATIONS L'invention concerne un élément de construction, tel qu'une pré-dalle, destiné, notamment, à la réalisation d'un sous-plancher. L'invention se rapporte également à un procédé de fabrication et aux utilisations d'un tel élément de construction ainsi qu'à un sous-plancher ou plancher qu'il permet de réaliser. Arrière-plan de l'invention Il existe depuis de nombreuses années des planchers chauffants rafraîchissants qui sont réalisés sur un chantier. Il est également connu d'utiliser ce qu'on appelle un � plafond rayonnant réversible � pour réchauffer ou refroidir une pièce. Un tel plafond, décrit en particulier dans la revue spécialisée � CO2r Le Magazine du confort thermique �, n°1, décembre 2006, pp. 37 et 38, est constitué d'une natte capillaire intégrée dans un enduit de plâtre et dans laquelle circule de l'eau. Un tel système est très intéressant d'un point de vue thermique, mais sa mise en place, délicate, nécessite l'intervention d'un plâtrier et demande en outre beaucoup de temps, ce qui se traduit par des coûts élevés. Exposé sommaire de l'invention Le but majeur de l'invention est de proposer une technique simple, rapide, industrielle et peu coûteuse permettant la mise en place d'un système performant de chauffage ou rafraîchissement/refroidissement d'une pièce. Selon l'invention, ce but est atteint au moyen d'un élément de construction comprenant une plaque munie d'une armature et dans laquelle est noyé un serpentin apte à permettre la circulation d'un fluide, ce serpentin ayant une entrée et une sortie situées à l'extérieur de la plaque. Cet élément de construction peut être fabriqué suivant un procédé selon l'invention comprenant les étapes suivantes : on dispose une armature sur une table de coffrage ; - on place un serpentin sur l'armature ; on fixe le serpentin à l'armature ; - on coule le matériau dont la plaque doit être constituée sur le serpentin, en évitant de noyer l'entrée et la sortie de ce serpentin ; - on laisse l'ensemble durcir et sécher ; et on décoffre l'ensemble, c'est-à-dire l'élément de 15 construction. Selon une variante avantageuse du procédé de fabrication selon l'invention, au moins pendant le coulage et le durcissement du matériau dont la plaque doit être constituée, on met l'intérieur du serpentin sous pression 20 d'air. Selon une autre variante avantageuse du procédé selon l'invention, après la fixation du serpentin à l'armature et avant le coulage du matériau devant constituer la plaque, on dispose un cadre sur la table de coffrage, on place l'entrée 25 et la sortie du serpentin dans le cadre, puis on ferme la partie supérieure du cadre. Suivant un autre aspect, l'invention a trait à un plancher ou sous-plancher comprenant au moins un, et de préférence une pluralité d'éléments de construction selon 30 l'invention. Enfin, un dernier aspect de l'invention concerne l'utilisation, dans un bâtiment, d'un plancher ou sous- plancher selon l'invention, dont la ou les entrées du ou des serpentin sont reliées à au moins une colonne d'alimentation en fluide et la ou les sorties du ou des serpentins sont reliées à au moins une colonne d'évacuation de fluide, ce fluide pouvant être un liquide tel que l'eau. En cas de pluralité de serpentins, les raccordements de ces serpentins s'effectuent de préférence en parallèle. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention vont maintenant être décrits en détail dans l'exposé qui 10 suit et qui est donné en référence aux figures annexées qui représentent schématiquement : - figure 1 : une vue de dessus en perspective d'un élément de construction selon l'invention ; - figure 2 : une vue en coupe de l'élément de 15 construction selon la figure 1 ; figure 3 : une vue en coupe d'une installation de fabrication d'éléments de construction selon l'invention ; figure 4 : une vue de dessus d'un sous-plancher 20 selon l'invention composé d'une pluralité d'élément de construction selon l'invention ; figure 5 : une partie d'un sous-plancher selon l'invention monté dans un bâtiment ; et figure 6 : une partie d'un bâtiment montrant le 25 raccordement du sous-plancher de la figure 5 au bâtiment. Exposé détaillé de l'invention Élément de construction 30 L'élément de construction selon l'invention est représenté en détail sur les figures 1 et 2. Il comprend une plaque 1 de faible épaisseur, généralement en béton et ayant une surface principale globalement rectangulaire. Sa largeur est généralement de 3 à 7 m, sa longueur de 3 à 7 m et son épaisseur de 5 à 7 cm. Au sein de cette plaque 1 se trouve un serpentin 2, de préférence un tuyau multicouche en matériaux de synthèse, généralement de type polypropylène ou polyéthylène réticulé ou poly-butène, ayant une entrée 3 et une sortie 4 situées à l'extérieur de la plaque 1. Comme on peut le voir sur la figure 1, le serpentin 2 part d'un coin de la plaque 1, s'étend d'un côté latéral 7 à l'autre côté latéral 8 de la plaque 1, puis il se retourne sur environ 180 degrés pour revenir vers le premier côté latéral 7 où il se retourne de nouveau sur environ 180 degrés pour revenir vers le deuxième côté latéral 8, et ainsi de suite, de façon à ce qu'il parcoure la plaque 1 d'un côté longitudinal 9 de cette plaque à l'autre 10. Le parcours du serpentin 2 s'étend ainsi sensiblement sous toute la surface de la plaque 1. Les écarts entre 2 ondes du serpentin sont équidistants de sorte à obtenir (lors de l'utilisation comme pré-dalle décrite ci-après) une température la plus uniforme possible en surface de la plaque. Cet écart aussi appelé � pas de pose � est déterminé par la puissance d'émission thermique souhaitée. Ce pas varie généralement de 15 à 35 cm. Les tuyaux se posent en général d'une seule longueur (sans raccord). La longueur maximale du serpentin est limitée physiquement par la perte de charge du fluide caloporteur circulant à l'intérieur du tuyau. Ainsi la longueur maximale est généralement inférieure à 100 m pour une pré-dalle de grande dimension. Le diamètre extérieur du serpentin est généralement d'environ 16 mm. L'épaisseur de la paroi du tuyau est généralement d'environ 1,5 mm et le tuyau peut contenir en général environ 0,133 1 de fluide/m. Son poids est en général d'environ 0,072 kg/m. Comme on peut le voir en particulier sur la figure 1, le plan formé par le parcours du serpentin 2 est sensiblement parallèle aux faces supérieures 5 et inférieure 6 de la plaque 1 et il se situe sensiblement au milieu de la plaque 1. Comme cela ressort de la figure 2, cette configuration est facilement obtenue en ligaturant le serpentin à l'armature métallique ou ferraillage composé de barres longitudinales 10 et latérales 11 formant un maillage ou treillis. Dans ce type d'armature, bien connu de l'homme du métier, les extrémités des barres longitudinales 10 et latérales 11 font saillie à l'extérieur de la plaque 1. Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, il est prévu dans la plaque 1 un évidement 18 (figure 1) dans lequel la parties extérieures du serpentin 2, c'est-à-dire son entrée 3 et sa sortie 4, peuvent être placées, de préférence en les y enroulant, ce qui facilite le transport de l'élément de construction. Le contour de cet évidemment 18 est de préférence pourvu d'un cadre, de préférence rectangulaire, ayant la même épaisseur que la plaque 1. Le côté supérieur de ce cadre est généralement fermé par un couvercle constitué d'une plaque d'un matériau tel que le polystyrène, pour empêcher, lors du coulage, que l'évidement 18 ne se remplisse de béton. De façon similaire, le côté inférieur du cadre peut éventuellement également être fermé par un couvercle du même type. Procédé de fabrication Pour fabriquer l'élément de construction selon l'invention, on peut procéder de la manière suivante, illustrée par la figure 3 : on dispose une armature formée de barres longitudinales 10 et latérales 11 sur des écarteurs inférieurs 14 reposant sur une table de coffrage 12 qui est une surface plane, généralement métallique, dont les côtés sont munis de parois ou bords 16 faisant saillie vers le haut ; - on place un serpentin hydraulique 2 sur l'armature ; - on ligature le serpentin 2 à l'armature à l'aide de colliers 13 ; - on enroule, le cas échéant, les extrémités libres 23et 4 du serpentin 2 dans un cadre (non visible sur la figure) ; on met en place des écarteurs supérieurs 15 ; on peut ensuite vérifier l'étanchéité du serpentin 2 par mise sous pression d'air ; si cette étanchéité n'est pas bonne, on y remédie, notamment, en changeant le serpentin ; sinon, on coule le béton 17 sur l'ensemble, entre les parois de coffrage 16, tout en maintenant la pression d'air dans le serpentin 2; - après durcissement, on supprime la pression dans le serpentin 2 ; après séchage, on décoffre l'élément de construction. Bien entendu, il est possible de ne supprimer la pression dans le serpentin qu'après la fin du séchage de l'élément de construction. Généralement, la pression est maintenue pendant le durcissement et séchage à l'aide d'un dispositif d'épreuve à lecture manométrique. Une plage d'épreuve définie entre un minimum de deux bars et un maximum de dix bars est maintenue pendant le séchage. Il est souhaitable, une fois la mise sous pression du serpentin 2 terminée, de boucher son entrée 3 et sa sortie 4, afin d'éviter la pénétration de béton ou de poussières à l'intérieur de ce serpentin 2. On peut utiliser des bouchons de couleurs différentes (par exemple, rouge et bleu) afin d'indiquer le sens de circulation du fluide caloporteur. Après la fin du séchage, le serpentin est déconnecté du dispositif d'épreuve et l'élément de construction est décoffré. Il peut alors être livré sur chantier avec sa référence altimétrique et positionnelle. Il est mis en place généralement par grutage suivant le plan du chantier et en fonction de son adresse de référencement. Il convient de noter que le serpentin 2 étant ligaturé 15 sur l'armature 10, 11, il se trouve à peu près au milieu ou dans la partie supérieure de la plaque 1. Il est préférable que les longueurs des parties du serpentin formant respectivement son entrée 3 et sa sortie 4 soient importantes pour, comme on le verra en référence à la 20 figure 6, permettre une connexion aisée à des colonnes d'alimentation (distribution) et d'évacuation (retour) de fluide. Comme on peut le voir sur la figure 3, les écarteurs supérieurs 15 qui sont destinés au levage de l'élément de 25 construction, font bien saillie par rapport à la surface supérieure 5 de la plaque 1. Lors de la réalisation de la variante avantageuse comprenant un évidement 18, une fois le serpentin 2 fixé à l'armature, ses extrémités libres formant son entrée 3 et sa 30 sortie 4, sont enroulées à l'intérieur d'un cadre généralement en bois, dans lequel elles débouchent après avoir traversé l'un au moins des côtés verticaux de ce cadre. Ce cadre repose sur la table de coffrage 1 et sa partie supérieure peut être recouverte d'une protection, par exemple en polystyrène, qui affleurera ou fera saillie par rapport à la surface supérieure 5 de la plaque 1. Ainsi, une fois le béton durci, on peut sortir les extrémités 3 et 4 du serpentin 2 en enlevant la protection en polystyrène, puis en retirant le cadre. L'évidement 18 est de préférence situé sur un côté (7) de l'élément de construction. Sous-plancher L'élément de construction selon l'invention est en particulier destiné à être utilisé comme pré-dalle. La pré-dalle est dimensionnée mécaniquement et thermiquement avec une entrée et une sortie d'eau. En disposant côte à côte, comme cela est visible sur la figure 4, deux éléments de construction selon l'invention, de telle manière que leurs côtés longitudinaux respectifs soient parallèles les uns aux autres, on obtient un ensemble pouvant former un sous-plancher. Les serpentins de chaque pré-dalle sont raccordés selon un schéma � parallèle � (par analogie au schéma électrique) aux colonnes de distribution/retour par un collecteur double 26/27 avec ou sans tés de réglage sur le retour et de micro-moteurs afin de réguler la température pré-dalle par pré- dalle sur le départ du collecteur 26/27. Si on dispose de trois ou plus pré-dalles, on peut procéder de façon similaire, en raccordant les différents serpentins selon le schéma hydraulique en parallèle sur un collecteur double multi-départ. Utilisations L'élément de construction selon l'invention est destiné, en particulier, à être utilisé pour chauffer ou refroidir/rafraîchir par le plafond un endroit ou une pièce telle qu'un bureau ou une chambre. Pour chauffer une pièce, on fait circuler à l'intérieur du serpentin un fluide caloporteur chaud, généralement un liquide, en particulier de l'eau, à une température comprise généralement entre 30 et 35°C en provenance d'une pompe à chaleur, ou de toute autre source de fluide chaud fonctionnant à l'énergie électrique, solaire, fossile, etc. Pour refroidir une pièce, on fait circuler à l'intérieur du serpentin un fluide caloporteur froid, généralement un liquide, en particulier de l'eau, à une température comprise généralement entre 16 et 20°C. La température du fluide est au dessus de la température du point de rosée du local. Dans l'option rafraîchissement, une sonde de point de rosée à résistance ohmique est fixée sur chaque tuyau d'alimentation de la pré-dalle au niveau du collecteur de départ. Le fluide froid peut provenir soit d'une une pompe à chaleur soit d'une nappe phréatique, soit d'un aéro-refroidisseur. L'élément de construction selon l'invention permet essentiellement la réalisation d'un plafond pour réaliser une séparation entre deux étages, en particulier en servant de pré-dalle formant, en général en association avec une pluralité de pré-dalles similaires, un sous-plancher ou une partie de sous-plancher. Afin de former un plancher, une dalle, en général en béton, est alors coulée sur la ou les pré-dalles, en laissant libres les entrée et sortie de fluide de la ou des pré-dalles, c'est-à-dire en veillant à ne pas les noyer dans la dalle. Bien entendu, les parties du serpentin situées à l'extérieur de la ou des pré-dalles ont été prévues suffisamment longues pour que cela soit possible. Sur chaque pré-dalle émettrice thermique on peut prévoir, le cas échéant, un isolant en polystyrène expansé sous la forme d'une plaque. Un exemple d'utilisation de l'élément de construction selon l'invention comme pré-dalle est représenté en partie sur la figure 5. Comme on peut le voir sur cette figure, la pré-dalle 1 repose sur un mur porteur 19. Un plancher 20 généralement en béton a été coulé sur elle. Côté extérieur, une planelle de rive 21 est fixée entre le mur porteur 19 et le mur supérieur 22, afin de constituer une paroi périphérique du plancher d'étage. Côté intérieur, les murs porteur 19 et supérieur 22 comportent un revêtement isolant intérieur 25. Sur la figure 6, les entrées de fluide 3 de deux pré- dalles 1, font saillie hors du plancher en béton 20 et sont reliées à une colonne 23 d'alimentation en fluide caloporteur, par exemple, de l'eau. De façon similaire, les sorties de fluide 4 des deux pré-dalles 1 font également saillie hors du plancher en béton 20 et sont reliées à une colonne 24 de retour du fluide caloporteur vers la production d'énergie. Les colonnes d'alimentation 23 et de retour 24 d'eau sont situées dans une gaine technique prévue dans l'évidement 18 de l'une et/ou l'autre des pré-dalles 1. Ceci a l'avantage de permettre d'utiliser une technique traditionnelle dans le chauffage par le sol pour le chauffage par le plafond. Le réglage ou la régulation de la température dans la pièce peuvent être effectués de façon connue, grâce à des moyens appropriés, telle que des vannes situées entre les entrée/sortie 3,4 de fluide et les colonnes d'alimentation et de retour respectives 23,24. De préférence, un serpentin unique est prévu pour chaque pièce. Le réglage ou la régulation de la température peut être manuel ou automatique, au moyen, par exemple, de sondes de température extérieure et de thermostats individuels pour chaque pièce. Il peut être prévu de gérer la température globalement, pour l'ensemble du bâtiment, ou individuellement, c'est-à-dire pièce par pièce. La température d'entrée du fluide caloporteur est réglée en fonction de la température extérieure selon une loi prédéfinie. La régulation pièce par pièce est assurée par une sonde d'ambiance qui agit sur l'ouverture ou la fermeture d'une vanne équipée d'un servomoteur électrique ou thermo-électrique. Cette régulation individuelle n'est pas une nécessité si les charges thermiques sont homogènes d'une pièce à l'autre. Dans ce dernier cas, une régulation de la température de départ du fluide caloporteur en fonction de la température extérieure est suffisante pour obtenir un confort satisfaisant. Revendications1.- Élément de construction comprenant une plaque (1) munie d'une armature (10,11) et dans laquelle est noyé un serpentin (2) apte à permettre la circulation d'un fluide et ayant une entrée (3) et une sortie (4) situées à l'extérieur de la plaque (1). 2.- Élément de construction selon la revendication 1, dans 10 lequel le serpentin (2) s'étend sensiblement sous toute la surface de la plaque (1). 3.- Élément de construction selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le serpentin (2) est un tuyau multicouche en 15 matériaux de synthèse de type polypropylène ou polyéthylène réticulé ou poly-butène. 4.- Élément de construction selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la plaque (1) est en béton. 5.- Élément de construction selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la plaque comporte un évidement (18) où débouchent les entrée (3) et sortie (4) du serpentin (2). 25 6.- Élément de construction selon la revendication 5, dans lequel l'évidement (18) est situé sur un côté (7) de la plaque (1). 7.- Élément de construction selon la revendication 6, dans 30 lequel le contour de l'évidement (18) est pourvu d'un cadre dont l'un au moins des côtés verticaux est traversé par les entrée (3) et sortie (4). 20 8.- Procédé de fabrication d'un élément de construction selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel : on dispose une armature (10,11) sur une table de coffrage (12) ; on place un serpentin (2) sur l'armature (10,11); on fixe le serpentin (2) à l'armature (10,11) ; on coule le matériau dont doit être constituée la plaque (1) sur le serpentin (2), en évitant de noyer l'entrée (3) et la sortie (4) de ce serpentin (2) ; - on laisse l'ensemble durcir et sécher ; et on décoffre l'ensemble. 9.- Procédé de fabrication selon la revendication 8, dans lequel, au moins pendant le coulage et le durcissement du matériau dont la plaque (1) doit être constituée, on met l'intérieur du serpentin (2) sous pression d'air. 10. Procédé de fabrication selon la revendication 8 ou 9, dans lequel, après la fixation du serpentin à l'armature (10,11) et avant le coulage dudit matériau dont la plaque doit être constituée, on dispose un cadre sur la table de coffrage, on place l'entrée (3) et la sortie (4) du serpentin (2) dans le cadre, puis on ferme la partie supérieure du cadre. 11.- Plancher ou sous-plancher comprenant au moins un élément de construction selon l'une des revendications 1 à 7. 12.- Utilisation d'un plancher ou sous-plancher selon la revendication 11, la ou les entrées (3) et la ou les sorties (4) du ou des serpentins (2) étant raccordées, respectivement, à une ou plusieurs colonne(s) de distribution de fluide (23) et à une ou plusieurs colonne(s) de retour de fluide (24). 13.- Utilisation selon la revendication 12, dans laquelle, en cas de pluralité de serpentins (2), les raccordements de ces serpentins (2) sont effectués en parallèle. 14.- Utilisation selon la revendication 12 ou 13, dans laquelle les colonnes de distribution (23) et de retour (24) de fluide sont des colonnes de distribution (23) et de retour (24) d'un liquide, en particulier d'eau.