Brevet FR2949128A1 — publié le 20110218

Bâtiment à hautes performances énergétique et à faibles impacts environnementaux. L'invention concerne une nouvelle façon de concevoir et de réaliser des bâtiments à usage d'habitation ou d'activités. Elle s'applique plus particulièrement aux bâtiments d'activité, de type grande surface de vente, entrepôts de logistique, ateliers industriels ou autres. L'invention permet de réduire les besoins énergétiques nécessaires au chauffage et à la climatisation des bâtiments, de simplifier et de rationaliser les structures de ces bâtiments, ainsi que d'améliorer leur intégration esthétique. io On connaît dans l'état de l'art d'une part les bâtiments hors sol et d'autre part les bâtiments enterrés ou semi-enterrés. Les bâtiments hors sol sont relativement simples à réaliser ; pour autant, il sont exposés au climat ambiant sur l'intégralité de leur surface extérieure, c'est-à-dire sur la surface représentée par la somme des parois et de la toiture, en conséquence ces bâtiments 15 présentent des consommations importantes, sauf à les munir d'une sur-isolation. Les bâtiments enterrés posent de nombreux problèmes de réalisation, notamment dans la mesure où ils nécessitent un décaissement préalable important.les bâtiments semi-enterrés constituent a priori un compromis intéressant entre le coût de réalisation et les performances thermiques mais ils 20 posent cependant d'importants problèmes d'éclairage et de chauffage. Les bâtiments industriels, les entrepôts et bâtiments destinés à la logistique, les bâtiments à usage d'activités commerciales présentent le plus souvent des volumes importants et par conséquent de grandes surfaces de façade et de toiture. En conséquence, ces bâtiments présentent des déperditions 25 importantes et leur coût d'exploitation est relativement élevé, du fait des quantités d'énergie qu'il est nécessaire de dépenser pour compenser les déperditions des parois. Lorsque les bâtiments sont utilisés pour le stockage de produits alimentaires ou de produits manufacturés, on cherche à limiter les variations de température qu'il s'agisse de variations saisonnières ou 30 journalières. En particulier, même si on accepte des températures inférieures en hiver et supérieures en été à celles recherchés par les bâtiments habités, on recherche des vitesse de variation de la température intérieure aussi lentes que possible, de façon à éviter d'endommager les produits ou denrées contenus dans ces entrepôts. La recherche de cette faible vitesse d'évolution des températures suppose de conférer au bâtiment une importante inertie thermique, ce que ne permettent pas en règle générale les méthodes constructives contenues dans l'état de l'art pour ce type de constructions. En particulier, les bâtiments simple ou double peau à structure métallique ou à structure bois présentent une inertie thermique faible. Dans la mesure où ce type de bâtiments présente également d'importantes surfaces de toitures et de parois en contact direct avec l'air extérieur, on comprend que les variations de température à l'intérieur des bâtiments seront importantes et rapides, directement proportionnelles aux variations de la température extérieure avec lo un déphasage de quelques heures. Pour limiter ces déperditions de parois tout en conférant aux bâtiments une inertie significative, l'invention propose de réaliser des bâtiments partiellement enterrés ou dont les parois seront partiellement recouvertes par des talus ou remblais inclinés. Cette disposition originale présente plusieurs avantages, dont is notamment: - l'utilisation sur les lieux du chantier de tout ou partie des terres résultant de l'excavation nécessaire à la réalisation de la dalle, des parkings sous terrains, des VRD, des vides sanitaires. Cette disposition permet en effet de limiter les impacts environnementaux et les coûts 20 financiers du chantier de construction. - Une intégration paysagère et architecturale améliorée de l'ouvrage, qui n'apparaît plus comme un parallélépipède posé sur le sol mais comme un avatar du paysage, harmonieusement intégré à ce dernier. 25 - Une très sensible amélioration des performances thermiques du bâtiment, les remblais permettant de limiter les déperditions des parois et de ménager des espaces tampons pouvant être utilisés pour le préchauffage et /ou le rafraîchissement de l'air de renouvellement, en direct ou en primaire de systèmes thermodynamiques. 30 Ces dispositions présentent toutefois l'inconvénient de nécessiter d'importants renforcements des parois du bâtiment concerné, compte tenu de la nécessité de reprendre les efforts générés par le poids des terres de remblais. Dans le cas d'un bâtiment dont la toiture est également recouverte de terre végétalisée, les charges reportées sur la toiture donc sur la charpente sont particulièrement importantes. On trouve dans la littérature de nombreuses solutions permettant le maintien en place de terres rapportées le long d'un talus. On citera notamment les textes FR 2913035 au nom de MORIZOT, FR2913436 FR 2860811 et FR2896520 au nom de MORIZOT et FREITAG, FR2714089 au nom de FLORY, FR 2825730 au nom de JAILLOUX, et enfin FR 2422774 au nom de HEINZMANN. Toutes les solutions connues dans l'état de l'art décrivent un renforcement des io parois et des parements extérieurs du bâtiment. Elles partent du présupposé que la structure, et notamment la charpente de l'ouvrage sera suffisamment rigide pour reprendre les charges induites par la présence de terre le long des murs et, éventuellement, sur les toitures. Par ailleurs aucune de ces solutions n'intègre les aspects thermiques de la présence de talus ou remblais latéraux. is Pour résoudre ces difficultés, l'invention propose de réaliser des bâtiments dont les murs périphériques seront particulièrement légers et bénéficieront d'une structure portante réduite donc particulièrement simple et peu onéreuse à réaliser. Ce résultat sera obtenu notamment grâce à un contreventement destiné à répartir les charges sur des ouvrages maçonnés perpendiculaires aux 20 façades, ces ouvrages maçonnés étant appuyés sur des petites semelles enterrées et servant également de retenues latérales à des terres de remblai qui permettront de réduire sensiblement les déperditions thermiques des bâtiments. La présence d'arque boutants appuyés sur ces ouvrages maçonnés rigides permet en effet d'alléger considérablement la structure du bâtiment et 25 notamment la charpente et ce à résistance égale, notamment vis-à-vis des charges induites par la neige et par le vent. Comme on le verra par la suite, le mode de construction des bâtiments selon l'invention et notamment le report des charges sur des ouvrages maçonnés latéraux posés sur des semelles permettra de supporter d'une part des terres de remblai inclinées et d'autre part 30 de la terre ou du substrat apte à recevoir une végétalisation sur tout ou partie de la toiture, sans nécessiter de renforcements supplémentaires des structures portantes. Par ailleurs, le mode constructif préconisé permet de ménager de grandes surfaces d'éclairage naturel en partie haute des façades, y compris pour les façades agrémentées par des remblais inclinés. Selon cette conception, les bâtiments conformes à l'invention comporteront: Une structure portante et une paroi externe. Un remblai incliné sur au moins deux parois latérales. - Des renforts inclinés servant à la fois de contreventement à la structure portante et de support à la terre posée en remblai contre les façades. Selon l'invention ces renforts latéraux délimiteront un volume de section triangulaire ou trapézoïdale placé au dessus des parties de parois partiellement recouvertes par un talus. Dans le texte, ce volume sera désigné par l'expression "volume tampon". De façon avantageuse, io ce volume tampon sera utilisé pour faire circuler de l'air avant son introduction dans le volume intérieur du bâtiment. A cet effet, le volume tampon sera muni d'au moins une prise d'air extérieure et d'au moins un volet de communication avec le volume intérieur du bâtiment. Pour améliorer le transfert entre d'une part la terre située sous et à proximité 15 du bâtiment et d'autre part l'air circulant dans le volume tampon, l'invention propose de placer des pieux métalliques enfoncés dans le sol, en position verticale ou oblique. Ces pieux auront la double fonction de participer à le tenue de la terre formant les talus latéraux en diminuant la pression exercée par cette terre sur la partie basse des parois donc sur 20 la structure du bâtiment et d'améliorer la performance thermique de l'air circulant dans le volume tampon avant son introduction dans le volume intérieur du bâtiment. Ces pieux de renfort seront en contact thermique avec la terre rapportée sur les talus et avec les espaces tampons aménagés entre les remblais et les parois. Ils serviront de support à la 25 structure ainsi qu'à la terre rapportée et assureront les transferts thermiques entre les espaces extérieurs et intérieurs. Dans ce but, ils pourront avantageusement être équipés de compensateurs de dilatation et de tubes caloducs à changement de phase destinés à amplifier les échanges de chaleur. 30 L'invention sera mieux comprise si on se réfère aux Figures ci après données à simple titre indicatif et dans lesquelles La Figure 1 représente une vue en coupe partielle d'un bâtiment selon l'invention. La Figure 2 représente une vue en coupe intégrale de ce même bâtiment La Figure 3 représente une vue en perspective partielle de ce bâtiment. On constate sur ces Figures que les bâtiments selon l'invention comportent une succession de portiques constitués de poteaux (3) et de poutres (10). Ces portiques sont suffisamment rapprochés pour soutenir les éléments de toiture, y compris lorsque ces derniers se trouvent chargés par des eaux de pluies, de la neige ou soumis à la force du vent. io Les bâtiments concernés sont essentiellement ceux destinés à des activités de vente, de stockage, d'activité ou de logistique. Ils sont caractérisés en ce qu'ils comportent une pluralité de portiques dont au moins la moitié sont renforcés par des pièces rigides inclinées (6) chacune des dites pièces rigides inclinées (6) étant reliée d'une part à une poutre (10) portant la toiture et, d'autre part, à 15 un poteau vertical (3) du même portique et chacune des dites pièces rigides inclinées (6) étant en outre fixée à une contrefiche (8) reposant sur un ouvrage maçonné (2) perpendiculaire à la façade du bâtiment, le dit ouvrage maçonné (2) étant lui-même supporté par une semelle (15) et servant de coffrage à des matériaux de remblai (5). 20 Dans le mode de réalisation décrit, les structures portantes sont agencées de telle manière que l'ensemble constitué par la partie médiane supérieure de chaque poteau vertical (3) la partie inférieure de chaque poutre rigide inclinée (6) et les contrefiches (8) délimite une section triangulaire ou trapézoïdale à l'extérieur du volume habitable du bâtiment. 25 Pour améliorer à la fois l'esthétique et l'isolation thermique des bâtiments, un volume de terre de remblai (5) sera placé entre 2 ouvrages maçonnés (2) successifs. Ces volumes de terre de remblai formeront des talus qui animeront les façades des bâtiments. De façon préférée, ces talus seront végétalisées. Dans le prolongement des talus remplis de terre de remblai, on placera une 30 paroi rigide continue (9) appuyée sur les poutres rigides inclinées (6), ladite paroi rigide continue (9) étant recouverte d'une fine couche de terre végétalisée. Selon cette conception, les bâtiments comporteront, en partie basse d'au moins deux façades extérieures opposées un remblai incliné, en partie médiane de ces deux mêmes façades opposées un volume tampon extérieur (4) de section triangulaire ou trapézoïdale et en partie haute de ces deux mêmes façades une paroi verticale munie d'ouvertures ou de surfaces vitrées (14). Pour faciliter les échanges thermiques, les bâtiments réalisés comme décrit ci-dessus comporteront les moyens de faire circuler de l'air dans le volume tampon extérieur (4) de section triangulaire ou trapézoïdale ainsi que les moyens (18) de faire communiquer ce volume avec le volume intérieur (1) du i0 bâtiment. Les échanges thermiques seront d'autant plus efficaces que l'on mettra en place les moyens (12) de réaliser un échange thermique entre le sol et le volume présentant une section triangulaire ou trapézoïdale (4); ces moyens (12) de réaliser un échange thermique entre le sol et le volume présentant une 15 section triangulaire ou trapézoïdale seront constitués par une pluralité de pieux partiellement enfoncés dans le sol, la partie supérieure des dits pieux étant munie d'ailettes (13) et émergeant à l'intérieur du volume tampon (4) de section trapézoïdale ou triangulaire et les dits pieux étant réalisés dans un matériau métallique. De façon préférée, ces pieux métalliques seront remplis d'une 20 substance à changement d'état permettant un transfert d'énergie par effet caloduc. Dans le but d'améliorer le bilan thermique et de diminuer les coûts de fonctionnement énergétique des bâtiments, on prévoira les moyens de faire circuler de l'air dans le volume tampon présentant une section triangulaire ou 25 trapézoïdale (4) ainsi que les moyens (11) de faire communiquer ce volume tampon avec le volume intérieur (1) du bâtiment. Dans ce même but, on prévoira également de munir ce volume tampon d'au moins une prise d'air extérieure (17) et d'au moins un conduit (18) de communication avec le volume intérieur (1) du bâtiment. De façon avantageuse, la communication entre le 30 volume tampon de section triangulaire ou trapézoïdale (4) et le volume intérieur (1) sera assurée par un ventilateur (11). Pour optimiser la contribution du volume présentant une section triangulaire ou trapézoïdale (4) au bilan thermique du bâtiment équipé, c'est-à-dire dans le but de compléter le rôle de tampon isolant de ce volume, on prévoira les moyens (12) de réaliser un échange thermique entre le sol et le dit volume présentant une section triangulaire ou trapézoïdale (4). De façon préférée, ces moyens (12) permettant de réaliser un échange thermique entre le sol et le volume présentant une section triangulaire ou trapézoïdale (4) seront constitués par une pluralité de pieux partiellement enfoncés dans le sol, la partie supérieure des dits pieux étant munie d'ailettes (13) et les dits pieux étant réalisés dans un matériau métallique. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux et performant, les pieux sont remplis d'une substance à changement d'état permettant un transfert io d'énergie par effet caloduc. Ce transfert d'énergie s'opérera, à travers les pieux métalliques remplis de substance à changement de phase, depuis le sol et les terres de remblai vers le volume tampon parcouru par de l'air en circulation lente. Fonction des conditions climatiques et des consignes données par les organes de régulation cet air tempéré par les effets de ce transfert d'énergie is pourra être introduit, après avoir circulé dans le volume tampon, dans le volume intérieur (1) du bâtiment. Pour augmenter leur inertie thermique et réduire les déperditions de leurs parois, les bâtiments destinés à des activités de vente, de stockage, d'activité ou de logistique pourront comporter une toiture végétalisée (16); de même, les 20 parois inclinées (9) pourront elles être au moins partiellement revêtues de végétaux. Les bâtiments selon l'invention trouveront leur éclairage naturel par des baies vitrées (14) ouvrantes ou non ménagées en partie haute des façades, par exemple entre l'arête supérieure des cloisons inclinées (9) et la base des 25 acrotères (7) encadrant la toiture. Les modes de réalisation décrits et illustrés ci-dessus sont donnés à titre indicatif et l'on pourra choisir d'autres modes de réalisation sans pour autant sortir du cadre de l'invention.