Brevet FR2958697A1 — publié le 20111014

La présente invention concerne un assemblage de pièces permettant de créer des volumes basés sur des modules élémentaires ayant la forme de dodécaèdres rhombiques, soit des polyèdres à douze faces en forme de losange. Le volume visé par l'assemblage peut représenter une partie ou la totalité de structures utilisables pour des coques, des enceintes ouvertes ou fermées, des parois. L'assemblage permet d'obtenir des propriétés de résistance mécanique, d'étanchéité aux fluides liquides ou gazeux, d'isolation thermique, d'isolation acoustique et de flottabilité. Ces propriétés sont obtenues grâce à une structure spatiale régulière suivant douze directions principales définies par chaque dodécaèdre juxtaposé à un ou plusieurs dodécaèdres voisins. En fonction de la nature et des dimensions des matériaux utilisés, la densité moyenne obtenue peut être nettement inférieure à 1 et permettre ainsi de créer des structures flottantes. Actuellement, les structures porteuses du type coques ou panneaux constituant des parois sont généralement réalisées en tôles de diverses épaisseurs, assemblées ou soutenues par des poutres ou profilés de sections variées, avec des matériels très divers en ce qui concerne les formes et la nature des matériaux. Les types d'assemblages sont également très variés et nécessitent la plupart du temps des systèmes de fixation spécifiques utilisant les techniques du type boulonnage, vissage, rivetage, soudage, collage, etc. La diversité des matériaux, des formes et des techniques qu'il faut mettre en oeuvre rend délicat l'obtention simultanée de caractéristiques telles que la résistance mécanique, l'étanchéité aux fluides liquides ou gazeux, l'isolation thermique, l'isolation acoustique et la flottabilité. Les contraintes de toutes natures ont pour conséquences une complexité au niveau des études, de la réalisation, voire de la maintenance. Pour les types de constructions précités, l'assemblage des modules élémentaires selon l'invention permet de simplifier les études et la réalisation grâce à ce caractère modulaire, tout en offrant les caractéristiques souhaitées en ce qui concerne l'étanchéité, l'isolation thermique, le poids, la flottabilité, la résistance mécanique aux efforts de toutes natures y compris la résistance à la pression d'un fluide et la résistance aux chocs. De plus, les coûts peuvent être optimisés grâce à une fabrication en grande série des éléments constitutifs de chaque module élémentaire. Le caractère modulaire permet également de faciliter la maintenance préventive ou corrective au travers des contrôles et remplacements éventuels de joints, d'éléments rhombiques et autres pièces. En fonction de l'épaisseur totale de la paroi, un dommage crée sur la structure peut être limité à quelques modules sans mettre en péril les fonctions essentielles telles que la résistance mécanique ou l'étanchéité. Le caractère modulaire facilite également les éventuelles modifications dimensionnelles, par exemple les extensions des structures. Les fixations de structures conventionnelles ou de composants sont possibles sur la surface extérieure. Par structures conventionnelles, on comprend des charpentes, des planchers, des passerelles, des escaliers, ou autres ossatures permettant de supporter des charges ou transmettre des forces. En considérant la surface extérieure du dodécaèdre, les douze faces sont tangentes à une sphère fictive inscrite dans le dodécaèdre. Dans les cas les plus courants d'applications industrielles, le rayon de cette sphère inscrite sera compris entre 100 et 500 mm avec l'épaisseur de la tôle constituant chaque face comprise entre 1 et 5 mm dans le cas d'une structure en acier. L'épaisseur de la tôle doit être déterminée en fonction des caractéristiques recherchées, des matériaux utilisés et des techniques d'assemblage mises en oeuvre. La résistance aux sollicitations mécaniques dépend entre autres, de la forme des éléments rhombiques et de leur méthode de fabrication. Une face peut être en une ou plusieurs parties qui par assemblage donnent une forme rhombique avec le rapport de la grande diagonale sur la petite diagonale proche du nombre 1,4142 de manière à permettre l'assemblage des dodécaèdres. En théorie, le rapport des diagonales est égal à racine de 2. Quatre ailettes sont pliées ou rapportées suivant les arêtes du losange. Parmi les fonctions de ces ailettes, il y a l'augmentation des moments d'inertie en flexion et en torsion, la fixation des faces entre elles et la fixation des joints aux arêtes et aux sommets des dodécaèdres. Par rapport à un assemblage du type tôle contre tôle, l'insertion de joints plats élastiques entre les tôles facilite l'absorption de l'énergie créée par exemple par un choc, et permet d'améliorer l'isolation thermique et l'isolation acoustique. En ce qui concerne l'isolation acoustique, une partie de l'énergie acoustique est absorbée dans la structure grâce aux réflexions successives de l'onde acoustique sur les faces et les ailettes formant des dièdres à l'intérieur d'un dodécaèdre. On compte au minimum 48 dièdres à l'intérieur d'un dodécaèdre complet. L'isolation thermique et/ou acoustique peut être améliorée par des revêtements adaptés sur les faces internes des losanges et des ailettes. En même temps que l'assemblage des faces, des conduites pour fluides ou pour la protection de câbles électriques peuvent être montées. Cette possibilité est surtout intéressante lorsqu'il est nécessaire de traverser une paroi soit en totalité, soit partiellement. En fonction des dimensions des modules, leur volume intérieur peut servir à l'installation de nombreux équipements de puissance ou d'instrumentation sans qu'il soit nécessaire de modifier le principe d'assemblage des pièces constituant les modules qui reçoivent ces équipements. Les nombreuses ailettes offrent des possibilités variées pour une fixation efficace des équipements. La surface extérieure finale du volume crée est réalisée avec des pièces de formes planes ou gauches fixées sur la structure délimitée par les dodécaèdres rhombiques complets avec douze faces assemblées ou partiels si cette surface extérieure nécessite moins de douze faces assemblées. Les caractéristiques techniques de l'invention sont transposables à d'autres modules basés sur des paralléloèdres. Cette famille de polyèdres comprend les parallélépipèdes, les prismes hexagonaux, les octaèdres tronqués, les dodécaèdres rhombiques et les dodécaèdres rhombiques allongés. Ces paralléloèdres ont pour propriété de paver l'espace par translations sans trou entre les modules. Le dodécaèdre rhombique utilisé dans la description de l'invention a le principal avantage d'avoir des faces aux dimensions identiques tout en offrant une structure spatiale régulière suivant six axes principaux perpendiculaires aux faces alors qu'un parallélépipède présente seulement trois axes principaux. Ceci a des conséquences sur les possibilités mécaniques de la structure, telle la résistance aux sollicitations mécaniques. En effet, vu le nombre de faces, à construction identique, la décomposition des forces extérieures sur la structure se traduit par des sollicitations en moyenne plus faibles sur les faces des dodécaèdres par rapport aux sollicitations sur les faces des parallélépipèdes. Les dessins annexés illustrent l'invention. La figure 1 représente en perspective un assemblage de pièces rhombiques pour former des dodécaèdres juxtaposés. La figure 2 représente en perspective 3 pièces rhombiques juxtaposées permettant de situer les coupes M et BB La figure 3 représente un joint de sommet et sa fixation vus suivant la coupe brisée AA de la figure 2 La figure 4 représente une coupe de dodécaèdres juxtaposés selon le plan de coupe BB de la figure 2. Pour simplifier le schéma, seuls les joints/amortisseurs sont hachurés. La figure 5 représente en perspective un joint/amortisseur en étoile Les faces (1) des modules en forme de dodécaèdres rhombiques sont constituées d'une tôle pliée suivant les arêtes (7) du losange de façon à créer quatre ailettes (2). L'assemblage des faces est réalisé en assemblant les ailettes par vissage, boulonnage ou rivetage aux points de fixation (3) dont le nombre dépend des dimensions des ailettes et de la technique d'assemblage choisie. Un joint/amortisseur plat type caoutchouc ayant également une certaine élasticité est au préalable inséré entre les ailettes. Le joint/amortisseur plat est une branche d'un joint dont la section est en forme d'étoile (11). Une autre branche qui sert également d'amortisseur est ainsi insérée entre deux faces accolées. Ce type de joint/amortisseur crée l'étanchéité aux fluides au niveau des arêtes. Pour une arête donnée, un joint/amortisseur en étoile à six branches (Il) est commun à trois dodécaèdres voisins. Le nombre de branches est fonction du nombre de dodécaèdres voisins pour une arête donnée. La figure 4 donne en coupe des exemples de joints/amortisseurs (9) avec moins de six branches. L'étanchéité au niveau des sommets (6) est réalisée à l'aide de joints (10) montés sur une armature. Ces joints sont maintenus en appui contre l'intérieur des faces (1) et contre les joints d'arête (11) à l'aide d'un système vis-écrou (13). L'écrou est inséré entre les ailettes qui convergent vers le sommet concerné du dodécaèdre. Ces ailettes servent d'appui aux écrous pour transmettre la force de serrage. L'assemblage de deux faces accolées de deux dodécaèdres voisins est réalisé aux points de fixation (8) par boulonnage, vissage ou rivetage. Le nombre de points de fixation dépend des dimensions des faces et de la technique d'assemblage choisie. La face servant de fermeture d'un module est en deux parties. II s'agit d'une face (4) évidée dans sa partie centrale pour pouvoir fixer ses ailettes et réaliser l'étanchéité de ses quatre sommets. L'évidement est ensuite fermé à l'aide d'une plaque de fermeture (5). La surface extérieure finale du volume crée est délimitée par les pièces de formes planes (12) ou gauches fixées sur la structure délimitée par les dodécaèdres rhombiques complets avec douze faces assemblées ou partiels si cette surface extérieure nécessite moins de douze faces assemblées. Les pièces rhombiques assemblées selon l'invention sont particulièrement destinées à la construction de structures porteuses du type coques ou panneaux constituant des parois par exemple en construction navale ou aéronautique. Elles sont également destinées à la construction de cloisons ou d'enceintes pour l'isolation acoustique. REVENDICATIONS1) Assemblage de pièces formant des dodécaèdres rhombiques juxtaposés, en matériaux divers issus de tôles ou plaques, caractérisé en ce que les faces (1) sont assemblées à l'aide d'ailettes pliées (2) ou rapportées le long des arêtes (7) afin de contribuer à l'obtention des caractéristiques mécaniques souhaitées pour la structure ou la forme visée, de favoriser l'étanchéité aux fluides et permettre la flottabilité, de favoriser l'isolation thermique et l'isolation acoustique. 2) Assemblage selon la revendication précédente caractérisé en ce que l'étanchéité 10 au niveau des arêtes (7) est réalisée à l'aide d'un joint dont la section est en étoile (11) pouvant s'insérer à la fois entre les ailettes (2) et entre les faces (1). 3) Assemblage selon l'ensemble des revendications précédentes caractérisé en ce que le joint en étoile (11) sert également d'amortisseur mécanique. 4) Assemblage selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'étanchéité au 15 niveau des sommets (6) est réalisée à l'aide de joints (10) maintenus en appui contre l'intérieur des faces (1) et contre les joints/amortisseurs d'arêtes (11) à l'aide d'un système vis-écrou (13). 5) Assemblage selon les revendications 1 et 4 caractérisé en ce que les ailettes qui convergent vers un sommet (6) servent de point d'appui au système vis-écrou (13). 20 6) Assemblage selon l'ensemble des revendications précédentes caractérisé en ce que l'insertion de joints/amortisseurs (11) suivant les arêtes et de joint de sommet (10) favorise l'isolation thermique et l'isolation acoustique. 7) Assemblage suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les dièdres formés par les faces et les ailettes favorisent les réflexions des ondes acoustiques et permettent 25 l'absorption d'une partie de l'énergie acoustique dans la structure. 8) Assemblage selon la revendication 1 caractérisé en ce que des équipements divers du type instrumentation, organes de puissance, conduites, isolant thermique, isolant acoustique, etc, peuvent être intégrés à l'intérieur des modules et fixés aux ailettes sans qu'il soit nécessaire de modifier le principe d'assemblage des pièces constituant les 30 modules.