Brevet FR2944304A1 — publié le 20101015

PROFILE ET SYSTEME DE FIXATION ET D'ETANCHEITE POUR LA REALISATION D'UNE TOITURE SOLAIRE, ET TOITURE SOLAIRE OBTENUE L'invention concerne un profilé et un système de fixation et d'étanchéité utilisant un tel profilé, pour le montage d'une toiture solaire, ainsi que la toiture solaire ainsi montée et fixée, et comportant des dispositifs aptes à capter l'énergie solaire pour fournir de l'énergie électrique et thermique, tels que des cellules photovoltaïques générant de l'électricité Depuis quelques années, pour des raisons économiques, un intérêt certain quant à l'usage de l'énergie solaire s'est développé pour assurer en partie les besoins de consommation en électricité des habitations ou locaux commerciaux. Pour fournir des besoins en électricité, il est connu de disposer sur les toitures des modules photovoltaïques comprenant des cellules photovoltaïques couplées en série les unes aux autres et générant un courant continu lorsqu'elles sont exposées à la lumière. Un module photovoltaïque est généralement formé d'un panneau photovoltaïque intégrant les cellules photovoltaïques, et d'un cadre métallique entourant et portant le panneau, ce cadre intégrant par ailleurs les câbles pour la distribution électrique. Le panneau photovoltaïque est conçu au moins sur sa face avant en regard de l'environnement extérieur, avec un substrat verrier. A titre d'exemple, le panneau comprend un substrat verrier constituant donc sa face avant, un film plastique ou un substrat verrier constituant sa face arrière ; entre les substrats de face avant et face arrière sont insérés un ou plusieurs intercalaires polymères , et un élément photovoltaïque (empilement de matériaux semi-conducteurs) pris entre deux électrodes métalliques. Les matériaux semi-conducteurs sont par exemple à base de silicium cr•ista.Hiin. d.e couches minces à base de teHiu.re d.e cadmium, ou de composé chalcopyrite 2 Actuellement la plupart des modules, cellules photovoltaïques comprennent des cadres métalliques qui forment des supports pour l'ensemble des éléments constituant les cellules. Ces cadres offrent en outre l'avantage de pouvoir rapporter et fixer aisément ces modules sur la toiture. C'est pourquoi, les fabricants de modules proposent depuis récemment des modules accompagnés de systèmes adaptés de fixation à la toiture qui réalisent une étanchéité de l'ensemble. Il est rappelé qu'une toiture est composée d'une charpente, généralement en bois, d'une couverture, généralement en tuiles ou en ardoises, d'un faîtage et de rives généralement constitués du même matériau que la couverture. La charpente comprend communément, deux fermes à chaque extrémité latérale de la toiture et reposant sur les murs porteurs de la construction, les sablières aux extrémités inférieures de ladite charpente et posées sur les murs de la construction, les pannes reliant les fermes et fixées sur celles-ci, la faîtière reliant et posée sur chaque extrémité supérieure des fermes, des chevrons fixés sur et transversalement aux pannes et agencés selon la pente de la toiture, et des liteaux fixés sur les chevrons parallèlement aux pannes et sur lesquels est disposée la couverture. Une solution de fixation de modules photovoltaïques avec cadre sur une toiture est par exemple proposée par la société INTERSOL. Les panneaux sont montés sur des rails. Il faut donc des longueurs de rails importantes, qui sont difficiles à transporter et qu'il convient en plus de raccorder les unes aux autres. Dans d'autres cas, au contraire, il convient de les raccourcir, ce qui nécessite un matériel approprié sur le chantier. Avec ce système, l'étanchéité n'est pas réalisée directement lors du montage des panneaux en toiture, il convient obligatoirement de déposer au préalable une sous couche d'étanchéité en plastique ou en acier. Cette solution consiste en des rails métalliques et en un système de fixation coopérant avec les rails, pour réunir des substrats adjacents 3 latéraux et des substrats inférieurs et supérieurs. Dans la suite de la description, le qualificatif � adjacents latéraux � pour des substrats verriers formant la couverture d'une toiture, est relatif à des substrats agencés côte à côte selon une direction transversale à la pente de la toiture ; et on entend par � supérieur � et � inférieur � les qualificatifs d'éléments positionnés vers le haut et respectivement vers le bas selon la pente de la toiture. L'invention a pour but de proposer une autre solution aux systèmes de fixation existants pour toiture solaire. Le système de fixation de l'invention pour une toiture solaire qui intègre des modules avec cadre, tels que des cellules photovoltaïques produisant de l'électricité, doit assurer une excellente assise de la couverture, réaliser une étanchéité à l'eau de celle-ci, permettre d'élaborer une couverture de toiture à aspect unitaire, et proposer de nouveaux avantages. Aussi l'invention propose-t-elle un profilé de fixation de conception particulière, ainsi qu'un système de fixation intégrant un tel profilé, pour parvenir à une toiture étanche à l'eau et lui conférer des suppléments fonctionnels tels qu'un rôle d'accrochage de divers éléments déportés externes à la toiture ou agencés sous la toiture. Selon l'invention, le profilé de fixation pour toiture solaire comporte une cornière comprenant une première âme et une seconde âme, les âmes n'étant pas situées dans le même plan vertical, et deux surfaces de support en saillie de chacune des âmes, disposées au niveau des extrémités latérales de chacune des âmes (de manière à former en particulier deux sections en U), chacune de ces sections étant destinée à recevoir un substrat, chacune des âmes constituant une surface d'appui avec le cadre d'un substrat. Cette cornière permet par les surfaces de support agencées dans un plan sensiblement perpendiculaire à un plan contenant l'âme d'une part, de fournir une surface d'appui et de fixation de la cornière sur la charpente et d'autre part de fournir des zones de recouvrement du bord 4 du cadre, ces zones pouvant être comblées par des garnitures d'étanchéité. De plus, la forme en U de l'âme et de ses extrémités constituant les surfaces de support en saillie de l'âme sert à reprendre les efforts latéraux exercés par le poids des substrats, et autres divers efforts tels que le vent, la charge de neige, le passage d'un homme pour la maintenance... L'invention a également trait au système de fixation et d'étanchéité d'une toiture solaire, ce système comportant entre autres io une pluralité de profilés tels que ceux décrits précédemment, et des pièces d'étanchéité destinées à réaliser l'étanchéité latérale, les pièces d'étanchéité étant destinées à être à cheval sur deux substrats latéraux adjacents. 15 Ce système comporte également des pièces d'abergement ou pièce de raccord avec les autres éléments constituant la toiture (tuiles, ardoises, fenêtres de toit, passage de cheminée...) Des joints d'étanchéité sont destinés à être agencés sur les surfaces de support de la cornière qui sont destinées à recevoir les 20 substrats verriers, de façon à garantir une étanchéité latérale entre substrats. Les joints peuvent être rapportés de manière indépendante sur les surfaces d'appui ou peuvent être rendus au préalable solidaires de la face interne et/ou de la face externe des substrats verriers, au niveau de leur cadre. 25 De préférence, les joints d'étanchéité sont rendus solidaires des surfaces de support de manière à se trouver en regard du bord du cadre des panneaux et se trouvent emprisonner entre la face interne d'une surface de support et le bord du cadre, réalisant ainsi l'étanchéité entre le bord aval d'un premier et le bord amont d'un second panneau situé 30 plus bas dans la pente du toit. Les joints sont en un matériau polymérique du type EPDM, TPE, silicone, PVC extrudé entouré de butyle, et présentent une résistance à la compression, une résistance à la rupture et une déformation rémanente à la compression appropriées. Par exemple, l'EPDM a une résistance à la rupture selon la norme ASTM D-412 entre 6 et 13 MPa, une résistance à la compression de 31 kPa selon la norme ASTM D-1667, et une déformation rémanente à la compression entre 24 et 50 % 5 selon la norme ASTM D-412. De manière préférée, les pièces d'étanchéité se présentent sous la forme de baguettes de section droite en forme de T et sont destinées à être agencées au niveau de la jonction de substrats latéraux adjacents pour assurer une étanchéité supplémentaire essentiellement à l'eau, et éviter l'accumulation de corps étrangers depuis l'extérieur vers l'intérieur de la toiture. Avantageusement, cette baguette étanchéité est un profilé extrudé en élastomère TPE venant chausser le chant latéral des substrats verriers adjacents. En variante, elle peut être métallique et pourvue de joints latéraux adaptés à coopérer avec les chants des substrats verriers. Enfin, l'invention est relative à une toiture solaire comportant des substrats en verre, pourvus de cadres métalliques, constituant des éléments de couverture de la toiture, et un système de fixation et d'étanchéité tel que décrit plus haut qui assure la fixation des substrats en verre, les substrats étant posés et fixés à l'aide des profilés. La toiture comprend une charpente doté de panes, les profilés étant fixés sur les liteaux fixés à des chevrons et transversalement aux panes de la charpente. - La toiture de l'invention comporte d'autres types de profilés fonctionnels qui sont fixés aux cadres des modules et qui autorisent le montage avec d'autres composants de la toiture ou des parties singulières de la toiture. On parle alors de pièces d'abergement. Par conséquent, les profilés et le système de fixation et d'étanchéité assure un assemblage sans obstacles transversaux des modules photovoltaïques, n'offrant aucune rétention d'eau, de 6 poussières, de neige ou de corps étranger et permettant un nettoyage et une propreté de la surface des verres, propriété fondamentale pour l'efficacité de la production d'électricité. La présente invention est maintenant décrite à l'aide d'exemples uniquement illustratifs et nullement limitatifs de la portée de l'invention, et à partir des illustrations ci-jointes, dans lesquelles : La figure 1 représente une vue en perspective d'une toiture selon l'invention en cours de réalisation; La figure 2 est une vue en perspective d'une toiture selon un 10 premier mode de réalisation ; La figure 3 est une vue en perspective d'une toiture selon un deuxième mode de réalisation ; La figure 4 est une vue en perspective d'un profilé de fixation selon l'invention ; 15 La figure 5 est une vue en perspective et en détail, illustrant le montage du profilé selon la figure 4 sur une toiture selon l'une des figures 1 à 3, le profilé étant associé à des substrats verriers ; La figure 6 est une vue en perspective et en détail de la toiture réalisée ; 20 La figure 7 est une autre vue en perspective du profilé d'étanchéité ; Les figures 8 et 9 sont des vue en perspective de différents pièces d'abergements ; La figure 1 illustre une toiture solaire montée sur une 25 construction. La toiture 13 comporte une charpente et des substrats verriers 14 faisant office de couverture et ayant pour au moins une partie de la toiture la fonction de capteurs d'énergie solaire équipant des dispositifs photovoltaïques. La charpente 13 comporte selon l'une des pentes de la toiture, 30 une sablière, un faîtage et des pannes. La charpente comporte des chevrons sur lesquels reposent des liteaux La couverture de la toiture est formée par l'association d'une pluralité de substrats 14 verriers plans, donnant un aspect de surface 7 unitaire et continue. Ces substrats 14 comportent des cadres 15 métalliques et sont fixés à la charpente grâce à un système 1 de fixation et d'étanchéité conformes à l'invention, visible en figure 4. Sur la figure 4, on a représenté un système 1 de fixation et d'étanchéité conforme à l'invention. Ce système est réalisé sous la forme d'un profilé qui est obtenu par pliage d'un feuillard métallique (acier inoxydable, acier électro-zingué, acier galvanisé, aluminium). En variante, le profilé est en matériau composite obtenu par extrusion. Comme on peut le voir, le profilé de fixation pour toiture solaire comporte une cornière comprenant une première âme 2 et une seconde âme 3, les âmes n'étant pas situées dans le même plan vertical, et deux surfaces de support 4, 5 en saillie latérale de chacune des âmes, sensiblement positionnées dans un plan perpendiculaire par rapport au plan contenant l'âme, les surfaces support 4, 5 étant disposées au niveau des extrémités latérales de chacune des âmes 2, 3 de manière à former en particulier deux sections en U), chacune de ces sections étant destinée à recevoir un substrat 14, chacune des âmes constituant une surface d'appui avec le cadre 14 d'un substrat 15, comme cela apparaît en figure 5. Selon une caractéristique préférée, certaines des surfaces de support 4, 5 (celles qui seront masquées lors du montage des modules sur la toiture) ainsi que les deux âmes 2, 3 de la cornière, sont pourvues d'une pluralité d'orifices 6, 7. Ces orifices 6, 7 ont ici une double fonction, d'un part, ils permettent d'alléger la cornière sans nuire son inertie, et d'autre part, ils autorisent le passage de moyens de fixation (vis, ou analogue) avec le cadre 15 du module et/ou avec les liteaux ou voliges de la toiture. Cette cornière permet, de par les surfaces 4, 5 de support agencées dans un plan sensiblement perpendiculaire à un plan contenant l'âme 2, 3, d'une part, de fournir une surface d'appui et de fixation de la cornière sur la charpente et d'autre part, de fournir des zones de recouvrement du bord du cadre 15, ces zones pouvant être comblées par des garnitures d'étanchéité 8, 9. 8 La dimension comprise entre deux surfaces de support est choisie de manière à correspondre à l'épaisseur standard des modules. En pratique, on a relevé qu'une dimension de 45 mm permettait le montage d'une très grande quantité de modules actuellement produits. Bien entendu, sans sortir d'une cadre de l'invention, il sera très facile d'adapter les dimensions du profilé en fonction de l'évolution des épaisseurs des modules, dans un sens ou dans un autre. Ainsi, le procédé de fabrication peut varier et on peut avoir plusieurs pièces, qui finalement auront la même fonction. Il suffit que ce montage respecte les côtes dimensionnelles. (Deux pièces peuvent être emboîtées, clipsées, clinchées, collées... pour obtenir une pièce comparable au profilé représenté en figure 4. On se reportera à la figure 5. Sur cette dernière est représenté un linteau de la toiture. La fixation de la tête d'un premier module sur un liteau amont est assurée par une cornière. Cette première cornière vient se fixer après présentation et maintien du premier module à fixer sur une seconde cornière située en aval selon la pente du toit fixant un second module situé en dessous dans le sens de la pente de la toiture. On vient ensuite plaquer le deuxième module sur un liteau aval, on fixe le second module et on procède ainsi pour le reste de la toiture. Si les modules, bien que restant standard pour éviter un surcoût, sont disponibles en demi-tuile, on peut effectuer un montage à joints croisés comme cela est représenté en en figure 2. Celui donne plus de rythme à la toiture et a donc un rendu beaucoup plus esthétique. La procédure de montage reste identique à celle réalisée pour un montage à joints droits (voir figures 3 et 6) Afin d'assurer l'étanchéité, particulière à l'eau liquide, on prévoit un certain de nombre de garniture d'étanchéité 8, 9. Celle-ci est réalisée à partir de bandes de joint, éventuellement moussé, qui se trouvent emprisonnées entre la face interne de surface de support 4, 5 située en en regard d'un module, réalisant ainsi l'étanchéité entre le bord aval d'un premier et le bord amont d'un second module situé plus bas dans la pente du toit. Ces garnitures d'étanchéité 4, 5 peuvent se présenter 9 sous la forme de bande pourvue sur l'une au moins de leur face principale d'un adhésif éventuellement réticulable à l'air ou à l'humidité, protégée d'une pellicule pelable avant emploi. Les bandes sont préférentiellement associées aux surfaces de support en atelier avant montage des cornières en toiture. Afin de parfaire l'étanchéité de la toiture, au niveau de l'étanchéité latérale entre deux modules situés selon une même ligne de pente, on utilise un profilé 10 en T, visible en figure 7. Celui-ci est fixé par des trous sur le côté du cadre de l'un des modules. Deux joints 16, 17, dont les propriétés sont similaires à ceux utilisés pour la cornière, sont collés sous la tête du T et se trouvent comprimés sur le bord des cadres 15 respectifs des modules lors du montage. L'étanchéité est ainsi réalisée entre deux modules. Sur la figure 8 on a représenté une pièce 11 permettant l'abergement au niveau du haut du plain carré. La cornière de fixation du module au sommet de la toiture est fixée sur un liteau diffère de celle utilisée pour les modules standard par le fait qu'il n'y a pas de retour servant de support au module supérieur. Son profil est donc en L. Le côté venant fixer le module sur le liteau reste troué pour le passage des vis. L'abergement vient se glisser dans un crochet de fixation. Pour être bien maintenu l'abergement doit être pincé sur le crochet. La figure 9 représente un abergement de côté et s'appuie sur le principe de la tuile de rive. Il y a donc une pièce d'abergement 12 par module photovoltaïque. Etant donné que tous les modules faisant la même dimension dans le sens du pureau, il n'y a donc besoin que d'un seul type d'abergement. Afin d'assurer la possibilité de gérer toutes les configurations de toitures et tout type de panneau standard (avec ou sans écran, épaisseur de liteau variable), les abergements sont composés de deux pièces pour l'abergement droit et deux autres pièces pour un abergement gauche. Une première pièce d'abergement est placée contre le cadre du module. Cette pièce est identique pour les deux côtés (droit et gauche) des abergements. Une seconde pièce, selon le côté, a pour forme un 10 profilé en forme de � L �, avec un côté, le plus court, venant sur le dessus du cadre du module. Cette pièce est plaquée contre la première pièce d'abergement 12 et on vient visser ou riveter les deux pièces l'une par dessus l'autre, le tout sur le cadre du module. Les modules sont montés en intégration sur la toiture c'est-à-dire qu'ils remplacent les tuiles classiques. Si les modules sont montés sur une toiture existante, il faut alors retirer les éléments de couverture (tuiles, ardoises). A cette occasion, il est préférable de placer un écran de sous toiture, qui renforce la tenue au vent et qui permet une étanchéité supplémentaire. Il convient donc enlever les liteaux qui supportaient les tuiles, placer l'écran de sous toiture installer des contre liteaux, puis replacer les liteaux qui porteront les modules. L'étanchéité autour du plain carré est réalisée grâce à des pièces d'abergements qui peuvent varier si les modules sont montés au milieu 15 des tuiles ou en bordure de toiture. Les modules standards se montent de manière classique, c'est-à-dire qu'il faut commencer par monter le module du plain carré le plus bas d'un côté ou de l'autre du plain carré. Il faut ensuite monter toute la rangée de modules dans le sens de la largeur du toit. A la fin de la 20 rangée, on peut commencer la rangée supérieure et ainsi de suite, comme représenté en figure 6. La première cornière est fixée sur la première volige. On vient poser le premier module sur la première cornière. On aligne sur toute la rangée des modules, en fixant entre chaque module le 25 système d'étanchéité en T. Une fois la rangée installée. On peut venir visser la cornière du dessous qui va solidariser complètement les modules à la toiture. Il faut prendre soin de bien plaquer la cornière sur la volige pour comprimer les joints d'étanchéité. On procède ainsi rangée par rangée jusqu'à construction complète de la toiture ou de la partie de 30 toiture. Par conséquent, le profilé de l'invention de configuration unique pour l'ensemble de la toiture autorise la fixation à la fois de tous 11 modules photovoltaïques et des éléments périphériques de finition de couverture. Le profilé s'adapte aussi bien à une charpente en rénovation qu'à une charpente neuve. Il permet également de s'adapter à toutes largeurs de substrats verriers, par un positionnement libre sur la charpente. Il fournit par sa forme une inertie mécanique adaptée à une sécurisation et à une répartition des contraintes exercées par le poids des substrats. io Enfin, le système de fixation et d'étanchéité est simple et rapide de mise en oeuvre (minimisant même les opérations de montage), et épuré fournissant un aspect extérieur à la toiture sobre et esthétique et exempt d'obstacles. REVENDICATIONS1. Profilé (1) de fixation pour modules solaires à cadre sur une toiture caractérisé en ce qu'il comprend une cornière munie d'une première âme (2) et d'une seconde âme (3), et deux surfaces de support (4, 5) en saillie de chacune des âmes, les surfaces de support étant disposées au niveau des extrémités latérales de chacune des âmes, de manière à former deux sections, notamment en U, adaptées à recevoir un module, chacune des âmes (2, 3) constituant une surface d'appui avec le cadre du module. 2. Profilé (1) de fixation selon la revendication 1, caractérisé en ce que les âmes (2, 3) ne sont pas situées dans le même plan vertical. 3. Profilé (1) de fixation selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'une au moins des âmes (2, 3) du profilé est pourvue d'orifices (6). 4. Profilé (1) de fixation selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'une au moins des surfaces de support (4, 5) du profilé est pourvue d'orifices (7). 5. Profilé (1) de fixation selon la revendication 1, caractérisé en ce 20 que l'une au moins des surfaces de support (4, 5) située en regard du bord du cadre du module est pourvue de garnitures d'étanchéité (8, 9). 6. Système de fixation et d'étanchéité pour toiture solaire comportant une pluralité de profilés (1) selon l'une des revendications précédentes, et des pièces (10) de d'étanchéité destinées à coopérer 25 entre 2 modules juxtaposés. 7. Système de fixation et d'étanchéité selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des pièces d'abergement (11, 12). 8. Toiture solaire (13) comportant des substrats (14) en verre 30 constituant des éléments de couverture de la toiture, et un système de fixation et d'étanchéité selon l'une des revendications 6 et 7, les 13 substrats (14) en verre étant posés et maintenus grâce aux profilés (1) de fixation. 9. Toiture selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les substrats (14) sont pourvus de cadre (15). 10. Toiture selon la revendication 8 ou 9, caractérisée en ce que les substrats (14) en verre font partie de dispositifs photovoltaïques.