Brevet FR2952084A1 — publié le 20110506

-1- La présente invention concerne un dispositif pour renforcer les bâtiments construits à partir de panneaux composites, structurels et isolants (SIP), afin d'en permettre leur préfabrication sous forme de module(s) en SIP, autoportant(s) et empilable(s). Face aux enjeux environnementaux, les bâtiments vont devoir être plus économes en énergie, à la réalisation et à l'usage. Pourtant, de l'aveu d'hommes de métier, comme au sein de l'Union des Maisons Françaises (ex UNCMI), le passage aux Bâtiments à Basse Consommation énergétique (BBC) devrait engendrer un surcoût de 15 à 30% au prix du bâti estimé en 2009. De plus, le parfait traitement des ponts thermiques et des fuites de l'enveloppe des bâtiments s'avère toujours très difficile dans la réalité. Sans changements dans les techniques constructives et les matériaux mis en oeuvre, les bâtiments BBC auront donc du mal à se développer. Des panneaux composites isolants structurels ou « panneaux-sandwich » (Structural Insulated Panels, ou SIP) de type bois-isolant-bois sont pourtant couramment employés en Amérique du Nord et se développent en Europe Occidentale, même dans la construction résidentielle, en raison de leurs qualités de résistance mécanique, d'étanchéité et d'isolation. Les solutions constructives modulaires sont aussi en plein essor car elles permettent de concilier respect de l'environnement, qualité et rapidité d'exécution, et maîtrise des coûts. Les techniques dérivées de l'ossature bois ou métal prédominent, alors que la technique à base de SIP y est très peu développée, à notre connaissance et de l'avis de professionnels comme la SIPA (SIP Association aux Etats-Unis), la presse spécialisée (Building Systems Magazine) ou les bases de données de brevets. La raison principale tient à la structure pleine par définition des panneaux SIP (leur âme isolante) qui rend donc impossible une fixation directe des murs aux fondations ou à la solution retenue de système de plancher. Les murs en panneaux SIP sont fixés au sol par collage de l'âme et clouage latéral de l'enveloppe, deux panneaux extérieurs en OSB en général, à une lisse basse d'environ 5 cm d'épaisseur. La rigidité de l'ensemble constructif est assurée par le scellement (mastic, colle, mousse), le contreventement intérieur par deux montants latéraux (splines) insérés entre l'âme et l'enveloppe des panneaux, et le vissage traversant dans les coins des murs porteurs en SIP à l'aide de vis Torx® spéciales, dites vis SIP. Le toit est alors fixé aux murs avec ces mêmes vis spécifiques et assure la rigidité finale du bâtiment. A l'inverse, la structure creuse de l'ossature bois ou métal permet une fixation directe des armatures de murs au sol par-dessus, avant leur remplissage avec un isolant et leur fermeture-contreventement avec des panneaux d'OSB. Voilà pourquoi le SIP se limite à l'assemblage sous forme de panneaux sur les sites de résidence (2D), alors que des techniques pourtant moins efficaces en termes d'isolation et d'étanchéité dominent les solutions modulaires (3D). 2952084 -2- Le dispositif selon l'invention permet de remédier à ce problème et donc de concilier les avantages structurels et isolants des panneaux SIP à l'efficacité de la technique constructive modulaire, où les bâtiments sont conçus en sections autoportantes et empilables, préfabriquées puis assemblées ensuite sur le futur site de résidence. 5 A la différence de solutions mixtes à ossature métallique où les panneaux SIP seraient vissés verticalement à celle-ci, le dispositif de renfort du futur module se limite en effet et selon une première caractéristique de la présente invention à un cadre inférieur rigide, formé de plusieurs poutres longitudinales et transversales, parfaitement périphériques au bas des murs en panneaux SIP. Le châssis qui en résulte sert de fondations intermédiaires au module et entend pour le reste 10 profiter des qualités structurelles de ces panneaux, car le dit châssis permet également le levage et le transport du module sans endommager l'intégrité de l'enveloppe isolante du futur bâtiment. Selon une seconde caractéristique de l'invention, les poutres formant le cadre périphérique inférieur (châssis) présentent une semelle supérieure pourvue d'orifices permettant la fixation par-dessous desdits murs en panneaux SIP à ce châssis, une âme aussi pourvue d'orifices permettant le 15 levage du module puis la solidarisation des éventuels multiples modules entre eux, et une semelle inférieure pourvue d'orifices permettant l'ancrage du bâtiment au sol ou au système de fondations prévu sur le site de résidence. Le dispositif selon l'invention prévoit également que la semelle supérieure soit assez large pour que lesdits murs en panneaux SIP reposent de toute leur épaisseur (âme et enveloppe) sur 20 cette semelle et qu'une partie satisfaisante du système de plancher choisi y repose également (saillie). A titre d'exemple non limitatif, et pour des panneaux SIP de murs d'une quinzaine de centimètres d'épaisseur, la semelle supérieure pourrait faire une vingtaine de centimètres. Les orifices dans la semelle supérieure du châssis sont prévus pour une fixation par-dessous des panneaux de mur avec des vis spécifiques SIP (S!Pscrews) et du système de plancher avec les 25 attaches appropriées à sa nature. Le diamètre et l'espacement des orifices seront fonctions de la nature et des dimensions des panneaux SIP et de la solution de plancher, mais les orifices destinés aux panneaux de murs sont situés sur la partie extérieure de la semelle par rapport à l'âme des poutres, et les orifices destinés à fixer le plancher au châssis sur la partie intérieure de cette semelle. Pour faciliter cette opération, une fosse sur le site de fabrication peut être envisagée, ou alors le 30 levage du module en construction, prévu par l'invention. En effet, l'invention se caractérise aussi par l'âme des poutres du cadre inférieur, qui doit être assez rigide pour supporter l'ensemble et bien transférer les charges aux fondations du site puis au sol, et pour prévoir au moins deux orifices sur au moins deux poutres porteuses en vis à vis, pour autoriser le passage de câbles ou de barres de levage. Le dispositif permet alors le levage du module 2952084 -3- par grue ou par chariot-élévateur, tout en préservant intactes les qualités structurelles et isolantes de l'enveloppe en SIP du module. De plus, ces orifices, ou d'autres supplémentaires, vont permettre de solidariser les modules entre eux sur le site de résidence, dans un plan horizontal tout d'abord, par goujonnage à titre d'exemple non limitatif. 5 Ensuite, le dispositif se caractérise en ce que la semelle inférieure du cadre inférieur est suffisamment large pour permettre une bonne assise sur le système de fondations retenu pour le site de résidence, et le percement d'orifices permettant une bonne solidarisation avec ledit système de fondations, par boulonnage, par exemple. Toutefois, et selon une autre caractéristique de la présente invention, la semelle supérieure du cadre inférieur est suffisamment plus large que la 10 semelle inférieure, ce qui présente le double avantage de permettre, d'une part, un accès facile par-dessous pour mettre en place les longues vis spécifiques SIP et autres attaches appropriées au système de plancher, et d'autre part, un bon emboîtement pour l'empilement vertical recherché de modules. Pour reprendre l'exemple plus haut, si la semelle supérieure fait une vingtaine de centimètres, alors la semelle inférieure fera une douzaine de centimètres, d'où cette forme 15 caractéristique en I des poutres du cadre inférieur. En effet, et selon une dernière caractéristique principale de l'invention, un cadre supérieur est fixé sur le toit, en l'occurrence plat, d'un module bas. Composé de plusieurs poutres, de forme générale et de dimensions similaires au dit cadre inférieur, ledit cadre supérieur se caractérise par un profil en U qui permet donc un bon emboîtement dudit cadre inférieur en I d'un module haut 20 selon l'invention: la semelle inférieure du cadre inférieur en I repose sur la base intérieure du cadre supérieure en U et la semelle supérieure du cadre inférieur en I repose sur les pattes verticales du cadre supérieur en U. De multiples orifices spécifiques percés à la base du cadre supérieur en U permettent sa fixation périphérique au toit de son module bas avec des vis spécifiques SIP, et des orifices latéraux dans ses pattes permettent de le solidariser avec les orifices de l'âme du cadre 25 inférieur du module haut, par boulonnage, à titre d'exemple non limitatif. Le procédé selon l'invention peut être répété pour constituer des bâtiments de plusieurs étages. Selon des modes particuliers de réalisation : • Le cadre inférieur est recouvert sur sa semelle supérieure et/ou sa semelle inférieure de revêtements, notamment antivibratoires. 30 • Les murs en panneaux SIP peuvent reposer directement sur le cadre inférieur ou en intercalant le système de plancher retenu entre les murs et le cadre inférieur, mais toujours avec un vissage par-dessous des murs en panneaux SIP à la semelle supérieure du cadre inférieur, à l'aide de vis spécifiques SIP. Dans le cas où les murs en panneaux SIP reposent sur le système de plancher, la saillie intérieure de la semelle supérieure par rapport à 5 10 15 20 25 30 2952084 -4- l'intérieur des murs prévue par le dispositif selon l'invention n'est plus aussi importante et peut être même supprimée, en fonction du système de plancher choisi. • L'âme du cadre inférieur peut comporter des orifices pour permettre le passage d'essieux et donc l'installation de roues temporaires, permettant ainsi le tirage du module sur route ou dans son usine d'assemblage. Une barre de tirage temporaire peut également être ajoutée au dispositif selon l'invention. + Pour différentes raisons (stabilité, prix du transport au m2 construit, bio-climatisme), les modules aux formes de parallélépipèdes rectangles sont préférables, et donc des cadres inférieurs et supérieures aux formes rectangulaires. Toutefois, des modules en panneaux SIP avec des décrochements, ou des courbes sont aussi envisageables. Les dessins annexés illustrent l'invention : • La figure 1 représente, en coupe, le dispositif général de l'invention. • La figure 2 représente en perspective, le détail d'un angle du cadre inférieur du dispositif. • La figure 3 représente en coupe, un mode de réalisation détaillée de l'invention, des fondations au toit d'un premier module, avec son cadre supérieur, et l'emboîtement du cadre inférieur d'un second module dans ce cadre supérieur. Les créations architecturales sont illimitées et les panneaux-sandwich SIP autorisent une grande liberté constructive ; les modes de réalisation de l'invention sont donc très nombreux. A titre d'exemple non limitatif, le dispositif peut être réalisé pour renforcer une section de bâtiment cubique de 3m de large, 12m de long et environ 3.50m de haut, dont l'enveloppe structurelle est entièrement réalisée en SIP (sol, murs et toit), et recevant un module supplémentaire sur son toit. En référence aux dessins, le dispositif de renfort d'un module (1) en panneaux SIP comporte un cadre inférieur (2) et un cadre supérieur (3). Réalisés à partir de poutres (4) suffisamment résistantes, les cadres de renfort selon l'invention sont conçus pour que leurs formes et dimensions permettent aux murs en panneaux SIP (11) de reposer intégralement sur la semelle supérieure (5) du cadre inférieur (2), et pour pouvoir s'emboîter l'un (2) dans l'autre (3) et ainsi permettre l'empilement de modules (1). Dans le cas où les murs en panneaux SIP (11) reposent directement sur la semelle supérieure (5) du cadre inférieur (2), cette dite semelle supérieure (5) sera suffisamment large pour ménager une saillie (9) intérieure permettant de recevoir la périphérie du système de plancher (10) choisi, qu'il soit plein (en SIP aussi, par exemple) ou creux. Véritable châssis du module, le cadre inférieur (2) se caractérise aussi par une âme (6) et une semelle inférieure (7), qui comme la semelle supérieure (5), sont pourvues de multiples orifices (8). Les orifices spécifiques (8a) sur la partie extérieure de la semelle supérieure (5) sont conçus pour 2952084 -5- permettre de fixer par-dessous les murs en panneaux SIP (11), directement ou au-travers d'un système de plancher (10), et à l'aide vis spécifiques SIP (22). Les orifices (8b) sur la partie intérieure de la semelle supérieure (5) permettent de fixer le système de plancher au cadre inférieur (2) avec des attaches appropriées (23). Les orifices (8c) de l'âme du cadre inférieur (2) sont conçus et placés 5 pour permettre le passage de câbles ou de barres de levage afin de soulever et manipuler le module (1) avant son installation sur le site de résidence et pour solidariser horizontalement les modules entre eux une fois installés, à l'aide de goujons par exemple. De plus ces orifices, ou d'autres (8c') peuvent être percés afin de permettre le passage d'essieux temporaires, et donc permettre au module (1) de rouler sur route ou dans son usine de fabrication. Dans ce cas, une barre de tirage 10 temporaire pourra être aussi ajoutée au cadre inférieur(2). Enfin, les orifices (8d) de la semelle inférieure (7) sont conçus pour permettre l'ancrage du cadre inférieur (2) et donc de l'ensemble du module (1) au système de fondations (13) prévu pour le site de résidence, par boulonnage par exemple. Une autre caractéristique technique de l'invention, est que la semelle supérieure (5) est plus 15 large que la semelle inférieure, ce qui a le double avantage de permettre un accès facilité par-dessous aux longues vis destinées à fixer les éléments de murs et de planchers, et de permettre l'emboîtement du cadre inférieur (2) dans le cadre supérieur (3), femelle, placé sur le toit, plat, d'un module à l'étage inférieur. En effet, le cadre supérieur (3) selon l'invention se caractérise par une forme en U. Les 20 multiples orifices spécifiques (8e) percés à la base dudit cadre supérieur (3) en U permettent sa fixation périphérique au toit de son module avec des vis spécifiques SIP (22), et par là même, et si ce n'est déjà fait, du toit en panneaux SIP (12) aux murs porteurs en panneaux SIP (11). Cette forme en U est aussi conçue pour permettre à la semelle inférieure (7) du cadre inférieur (2) de venir reposer sur la base intérieure du cadre supérieur (3), quand la semelle supérieure (5) repose les axes 25 verticaux du cadre supérieur (3). Des orifices latéraux (8f), face à face sur les axes verticaux du cadre supérieur (3), sont conçus pour permettre la solidarisation, verticale cette fois, des modules entre eux (empilement), au-travers des orifices (8c) de l'âme (6) du cadre inférieur (2). A titre d'exemple non limitatif, des poutres (4) métalliques en I assez rigides pour les contraintes de charges et les percements détaillés ci-dessus conviennent pour l'invention. Pour des 30 murs en panneaux SIP de 15cm d'épaisseur, la semelle supérieure (5) ferait 20cm de largeur, la semelle inférieure (7) 12cm, et l'âme (6) une quinzaine de cm de hauteur. Une fois le cadre inférieur (2) mis en place selon l'invention, le système de plancher (10) est installé, puis les murs porteurs en panneaux SIP (11), puis le toit en panneaux SIP (12). Le cadre supérieur (3) peut être placé à ce moment sur le module (1), ou plus tard. Ces étapes, ainsi que le second oeuvre, sont réalisés suivant les règles de l'art de la construction, et notamment de la construction à partir de panneaux structurels et isolants SIP : lisse basse (17), lisse haute, collage, contreventement intérieur, vis spécifiques SIP (22), etc. Les finitions du module (1) en usine de fabrication comprennent en particulier : la mise en place d'une cloison de protection extérieure (16) sous le système de plancher (10), l'installation du bardage extérieur (18) et des cloisons sèches (19) intérieures, avec ou sans lames d'air (20), d'un système de recouvrement étanche du toit SIP (21), des murs intérieurs, et des conduits (eau, ventilation/chauffage, électricité). Le module (1) en panneaux SIP est alors suffisamment renforcé grâce au dispositif selon l'invention pour pouvoir être levé et acheminé vers son lieu de résidence. Un isolant antivibratoire (15), comme du caoutchouc, peut éventuellement être ajouté au dispositif pour absorber plus de vibrations occasionnées par le transport puis par les charges dynamiques sur le site de résidence pour toute la vie du bâtiment. Le système de fondations (13) est en place sur le site pour recevoir les différents modules, les isolants (14) (capillarité, termites) sont posés. Après la solidarisation des modules entre eux, et dans tous les plans, et l'ancrage de l'ensemble constructif au système de fondations (13) grâce aux caractéristiques de l'invention, le nouveau bâtiment est prêt pour les raccordements et les dernières finitions intérieures et extérieures. Le dispositif selon l'invention permet de concilier les avantages des panneaux-sandwich SIP, qui sont parmi les solutions constructives les plus isolantes et étanches à l'heure actuelle, à ceux de la préfabrication modulaire : impact environnemental moindre de la construction, vitesse et qualité de fabrication, maîtrise des coûts. L'invention est particulièrement pertinente pour les industriels ou les constructeurs qui souhaitent réaliser des Bâtiments à Basse Consommation énergétique (BBC). REVENDICATIONS1) Dispositif pour renforcer les bâtiments construits à partir de panneaux composites structurels et isolants (dits SIP) afin d'en permettre leur préfabrication sous forme de module(s) en SIP, autoportant(s) et empilable(s), caractérisé en ce qu'il comporte un cadre inférieur (2), rigide et totalement périphérique à la base dudit module (1), ledit cadre inférieur (2) étant fait de plusieurs poutres (4) longitudinales et transversales, les dites poutres (4) présentant une semelle supérieure (5), une âme (6), une semelle inférieure (7), et de multiples orifices (8) permettant à la fois la fixation de l'ensemble constructif sur ledit cadre inférieur (2), le levage et le transport du module (1) ainsi constitué, et la solidarisation sur le site de résidence dudit module (1) au système de fondations (13) prévu à cet effet, et à d'éventuels autres modules (1) constitutifs d'un ensemble architectural plus important, la semelle supérieure (5) est suffisamment large pour que les murs en panneaux SIP (11) reposent complètement sur la dite semelle supérieure (5) et qu'une saillie (9) intérieure suffisante y subsiste pour que les éléments périphériques du système de plancher (10) choisi puissent également reposer de façon satisfaisante sur ladite semelle supérieure (5), et la semelle supérieure (5) prévoit de multiples orifices spécifiques (8a) permettant le vissage par-dessous des murs en panneaux SIP (11) au cadre inférieur (1) à l'aide de vis spécifiques, dites «SIP screws» (22). 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'un cadre supérieur (3) est fixé sur le(s) toit(s) en panneaux SIP (12), en l'occurrence plat(s), du (des) module(s) (1) inférieur(s) afin de permettre l'empilement de un ou plusieurs modules (1), de forme générale et de dimensions similaires au cadre inférieur (2), ce cadre supérieur (3) présente un profil en U qui permet donc l'emboîtement du cadre inférieur (2) et de multiples orifices spécifiques (8e) percés à la base dudit cadre supérieur (3) permettent sa fixation au toit (12) de son module (1) avec des vis spécifiques SIP (22), et des orifices latéraux (8f) permettent la solidarisation dudit cadre supérieur (3) à l'âme (6) dudit cadre inférieur (2) dudit module (1) supérieur. 2952084 -9- 3) Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que la semelle supérieure (5) du cadre inférieur (2) est suffisamment plus large que la semelle inférieure (7) de ce même cadre inférieur (2) afin, d'une part, de ménager un accès facile par-dessous aux attaches appropriées (23) et aux vis 5 spécifiques SIP (22) permettant la fixation des éléments bas du futur bâtiment à la semelle supérieure (5) du cadre inférieur (2) et, d'autre part, de venir bien s'emboîter dans l'éventuel cadre supérieur (3) vissé au toit (12) d'un module (1) inférieur en cas d'empilement vertical des modules (1). 10 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le cadre inférieur (2) est revêtu d'un isolant antivibratoire (15) sur sa semelle supérieure (5) et/ou sa semelle inférieure (7). 5) Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que 15 les orifices (8c) de l'âme (6) du cadre inférieur (2) sont prévus pour permettre le passage de câbles ou de barres de levage sans toucher à l'enveloppe du module (1) et pour permettre la solidarisation sur le site de résidence des modules (1) entre eux selon un plan horizontal, et vertical grâce aux orifices latéraux (8f) du cadre supérieur (3) de la présente invention. 20 6) Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que l'âme (6) du cadre inférieur (2) peut comporter des orifices (8c') permettant le passage d'essieux et donc l'installation de roues, permettant le tirage temporaire du module. 25 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la semelle inférieure (7) du cadre inférieur (2) est suffisamment large pour permettre une bonne assise sur le système de fondations (13) retenu pour le site de résidence et le percement d'orifices (8d) permettant une bonne solidarisation avec ledit système de fondations. 30 8) Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que le cadre supérieur (3) peut être fixé sur des toits plats en vue d'empilement de modules (1) sur le site de résidence, ces toits pouvant être réalisés avec d'autres solutions que des toits en panneaux SIP (12).