Brevet FR2951218A1 — publié le 20110415

Pylône de communication La présente invention se rapporte aux pylônes utilisés notamment dans le domaine des télécommunications mobiles, de la radiocommunication cellulaire, de la radiodiffusion hertzienne, de la télédiffusion, de l'énergie, de la détection ou de toute autre application nécessitant des structures verticales élancées. Ces pylônes sont de grande hauteur et destinés à soutenir en particulier des dispositifs pour les télécommunications et la radiodiffusion, y compris la télévision, et/ou des équipements fournisseurs d'énergie électriques, comme les éoliennes. Ces 10 constructions doivent répondre aux règles techniques en vigueur. Elles doivent notamment être conformes aux règles définissant les effets de la neige et du vent sur ces constructions. Pour les systèmes supportant des antennes de télécommunication mobile (antennes panneaux, antennes paraboliques,...), on recherche en outre des structures plus esthétiques de telle sorte qu'elles s'intègrent au mieux dans leur 15 environnement et qu'elles ne soient pas sources de pollution visuelle. Il existe deux grandes familles de pylônes : les pylônes haubanés et les pylônes autostables. Les pylônes haubanés sont utilisés soit pour de très grands ouvrages lorsque le terrain disponible est très étendu et peu coûteux, soit pour de petites hauteurs s'ils sont fixés sur les bâtiments. Les pylônes autostables sont préférés aux pylônes 20 haubanés pour leur faible emprise au sol. Ils sont utilisés pour des hauteurs comprises entre 10 et 60 m et sont destinés principalement au marché des télécommunications. Ces pylônes peuvent avoir deux types de structures : en treillis ou monotube. Le pylône en treillis est utilisé le plus souvent en milieu rural, et le pylône monotube est généralement préféré en milieu urbain et périurbain pour son esthétisme. 25 Les opérateurs rencontrent de nombreuses difficultés à déployer leur réseau en milieu urbain, périurbain ou en zone rurale à protéger, car ils font l'objet d'études ou de recommandations particulières de la part des institutions publiques. L'esthétisme et l'intégration dans l'environnement sont aujourd'hui les critères principaux retenus pour l'obtention des autorisations d'implantation. Par ailleurs ces pylônes, qu'ils soient de type en treillis ou de type monotube, sont habituellement fabriqués en acier galvanisés puis peints d'une couleur en accord avec les exigences esthétiques des autorités compétentes. La fabrication de ces pylônes métalliques est polluante et nécessite une consommation énergétique importante. Aujourd'hui on tend vers l'utilisation de produits plus respeetueux de l'environnement et moins énergivore. L'utilisation du bois pour la réalisation de tours d'observation ou de pylônes émetteurs pour les communications est connue depuis le début du XXème siècle. Ces structures les plus récentes sont érigées in-situ et constituées d'un treillis de poutres en bois assemblées par des vis, tirefonds ou goujons en acier galvanisés. Mais les propriétés du bois limitent significativement son utilisation pour des structures élancées et ajourées. Les efforts acceptables en matière de flambement, de flexion et de torsion sont limités. Pour compenser la faiblesse des propriétés mécaniques du bois par rapport à des matériaux comme l'acier ou le béton armés, ces ouvrages en bois sont très 15 denses et compacts, donc visuellement imposants et inesthétiques au regard des critères actuels. La présente invention a donc pour but de proposer un pylône de télécommunications améliorant le dépointage (flexion dans le plan vertical), qui est le critère le plus important pour les ouvrages supportant des antennes de 20 télécommunications. L'invention a aussi pour but de proposer un pylône dont la structure est plus élancée, plus ajourée et plus esthétique que les tours de l'art antérieur. En particulier l'invention doit permettre la construction d'ouvrages suffisamment hauts pour une application dans le domaine des télécommunications et de l'énergie, tout en réduisant 25 son impact visuel. L'invention a encore pour but de proposer un pylône dont l'assemblage in-situ est plus facile et plus rapide que les pylônes connus. En particulier l'invention propose un procédé de fabrication d'un pylône moins complexe et moins coûteux que les procédés connus. 30 L'objet de la présente invention est un pylône pour les télécommunications comprenant des membrures et des entretoises, comportant un empilage d'au moins deux cadres, chacun formé d'au moins trois membrures reliées par des entretoises, les cadres superposés étant reliés entre eux par des liaisons articulées. Les entretoises entre les membrures forment une liaison rigide. La hauteur où sont placées les entretoises est variable en fonction des sollicitations exercées à la base de chaque cadre. Cette liaison rigide permet d'assimiler mécaniquement le cadre à un portique inversé et empilable, Par ailleurs les entretoises sont placées de préférence à la base des cadres qui offre avantageusement une section de membrure plus importante et améliore ainsi l'efficacité de l'assemblage. En effet les sollicitations étant plus importantes dans les membrures au niveau de la fixation des entretoises, le portique ainsi réalisé subit une déformation moindre par rapport au cas où les entretoises sont en position haute. Cependant des entretoises peuvent en outre être disposées dans la to partie haute des cadres. Cette solution permet de réduire, voire de supprimer, tous les efforts parasites et résiduels au niveau des assemblages (moment, torsion, etc...). Des déformations sont générées dans l'empilage indépendamment pour chaque cadre, qui entraînent une augmentation de la flèche cumulée de l'empilement, mais aussi une réduction du 15 dépointage (déformée de flexion autour de l'axe horizontal) qui est un paramètre de grande efficacité dans le domaine des télécommunications. Selon une forme d'exécution, les membrures respectives des deux cadres sont reliées deux à deux par des liaisons articulées. Selon une autre forme d'exécution, l'un des cadres comprend au moins une 20 liaison articulée apte à être fixée sur une fondation. Avantageusement les liaisons comportent deux plans parallèles reliés par un axe perpendiculaire aux plans. De cette façon, la liaison est apte à effectuer un mouvement de rotation dans un plan. Le plan de rotation de chaque liaison est de préférence disposé perpendiculairement au plan de la bissectrice de l'un des angles 25 appartenant à la section géométrique du pylône. Alternativement les liaisons articulées peuvent être constituées de rotules. Selon une variante, les membrures ont une section carrée ou rectangulaire. Les membrures peuvent avoir une section constante ou variable. La section peut être de dimension variable au sein d'un même cadre ou d'un cadre à l'autre, notamment la 30 section des membrures peut décroître de la base jusqu'au sommet du pylône. Selon une autre variante, les entretoises sont rectilignes ou courbes. Les entretoises peuvent être de type treillis, ou formée d'une tôle pleine ou ajourée. Le pylône muni d'entretoises à la base des cadres permet la mise en place d'équipements, tels que des antennes planes, des antennes paraboliques, des luminaires, et/ou des accessoires tels que des plateformes ou des fixations d'échelle. On peut encore envisager d'y fixer des éoliennes à axe de rotation vertical, qui peuvent être placées à l'intérieures du pylône et/ou au sommet du pylône dans ce dernier cas l'axe de rotation peut être horizontal ou vertical. Le profilé des membrures, combiné avec une orientation judicieuses du pylône en fonction des vents dominants du site, améliore le rendement des éoliennes placées à l'intérieur du pylône. De préférence, les membrures sont en bois reliées par des entretoises métalliques. Les membrures sont en bois lamellé-collé non traité, et elles peuvent être rectilignes ou courbes. On utilise de préférence un bois de conifère purgé de l'aubier, tel que du mélèze ou du douglas, ou encore du pin maritime. Le bois utilisé ne nécessite aucun traitement contre les intempéries, les insectes xylophages et les pathologies biologiques. 15 L'invention a aussi pour objet un procédé fabrication d'un pylône tel que décrit précédemment, comprenant les étapes suivantes : - les membrures et les entretoises sont assemblées pour former des cadres, - les cadres sont empilés les un sur les autres et solidarisés au moyen des liaisons articulées pour former le pylône. 20 Selon une variante d'exécution, l'empilement de cadres est solidarisé à une fondation par au moins une liaison articulée. Ce procédé autorise un assemblage des cadres en usine suivi d'un transport classique sur le site de construction. Il permet un assemblage au sol in-situ sans moyen de manutention spécifique ou un empilage des cadres au moyen d'une grue, en toute 25 sécurité cadre par cadre. Par rapport aux procédés habituels, il implique un nombre de composants réduits, et la mise en place des cadres est facilité par la jonction au moyen d'une liaison par membrure. Le pylône selon la présente invention a comme avantage d'être plus respectueux de l'environnement et plus facilement recyclable, et il s'inscrit dans le cadre 30 des préoccupations actuelles en matière de développement durable. L'invention a aussi comme avantage de permettre aux opérateurs de télécommunications de déployer plus rapidement leur réseaux en obtenant plus facilement les autorisations administratives de constructions grâce à une esthétique améliorée du pylône et à la prise en compte de son impact environnemental, notamment en matière de recyclage, et éventuellement de l'autonomie énergétique des équipement qu'il supporte. Le pylône élancé, principalement en bois, est esthétiquement amélioré par l'apport d'un matériau noble tout en réduisant l'impact visuel massif d'un pylône monotube et le caractère industriel d'un pylône de type treillis. Le faible impact des entretoises met en valeur les membrures verticales et donne à la structure une élégance certaine. L'invention a aussi pour avantage de proposer un pylône dont la géométrie ajourée permet d'intégrer plusieurs éoliennes à axe de rotation vertical, permettant de participer ou de fournir l'énergie nécessaire au fonctionnement du site télécom. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation, donné bien entendu à titre 15 illustratif et non limitatif, et dans le dessin annexé sur lequel - la figure 1 représente un mode de réalisation d'un pylône selon l'invention, - les figures 2a et 2b montrent deux formes d'exécution des entretoises, - les figures 3a et 3b montrent, respectivement de face et en coupe 1-1, une liaison entre les cadres empilés, 20 - les figures 4a et 4b montrent en coupe l'implantation des liaisons articulées dans des pylône de section géométrique carrée et triangulaire respectivement, - les figures 5a et 5b montre, respectivement de face et de profil, une liaison entre le cadre de base et la fondation, - la figure 6 est une vue en perspective dessus du sommet du pylône, 25 - la figure 7 est une vue en perspective dessus du sommet du pylône équipé d'un radôme sommital, - la figure 8 montre un pylône portant des éoliennes, - la figure 9 montre la courbe de déformation d'une structure dite "à poutre continue" ; la hauteur h de la structure en mètre est portée en ordonnée, et la distance d 30 au centre de la structure en mètre est portée en abscisse, - la figure 10 montre la courbe de déformation d'une structure dite "à cadres empilés" analogue à celle du pylône de la figure 1 ; la hauteur h de la structure en mètre est portée en ordonnée, et la distance d au centre de la structure en mètre est portée en abscisse. Dans le mode de réalisation de l'invention illustré sur la figure 1, le pylône représenté a une section carrée. Il est formé d'un empilage de cadres 1 indépendants. Chaque cadre 1 est composé de quatre membrures 2 en bois de section rectangulaire, qui peut être constante ou variable. Les membrures 2, verticales ou sensiblement verticales, sont disposées aux quatre coins d'un carré et reliées par des entretoises 3 horizontales ou sensiblement horizontales. Les entretoises 3 sont par exemple constituées d'un treillis métallique composé de tubes reliés par des ronds ou des tubes. Les entretoises 3 sont de préférence situées dans la partie basse du cadre 1 où la section de la membrure 2 est la plus large dans le cas d'une membrure 2 à section to variable. Ces entretoises 3 peuvent aussi bien être fixées en partie haute ou en partie haute et basse. Le nombre et la position des entretoises 3 sont choisis en fonctions des efforts appliqués sur le cadre 1. Les cadres 1 superposés sont solidarisés entre eux par des liaisons 4 métalliques articulées. Le pylône comporte aussi un cadre 5 placé à la base du pylône et sur lequel 15 sont empilés les cadres 1. Le cadre de base 5 est relié au cadre 1 qui le surmonte par des liaisons 4 métalliques articulées. Le cadre 5 est composé de quatre membrures 6 en bois de section rectangulaire variable qui sont maintenues en position relative par un ensemble de barres, métalliques ou en bois, qui est composé de traverses 7 et de diagonales 8 reliées entre elles par des liaisons 9 métalliques. Le cadre de base 5 20 assure la jonction avec la fondation 10 sur laquelle repose le pylône, par l'intermédiaire d'une liaison Il métallique articulée. On a représenté sur la figure 2a, une forme d'exécution des entretoises 3 joignant les membrures 2 d'un cadre 1 du mode de réalisation du pylône représenté sur la figure 1. Dans le cas présent, les entretoises 3 sont en treillis métalliques rectilignes. 25 Les entretoises 3 peuvent être de forme ou de composition diverses les rendant capable d'assurant une liaison rigide entre les membrures 2, et sont fixées sur les membrures 2, en bois de section rectangulaire variable, à l'aide de broches, de goujons, de vis, de boulons et/ou de tiges filetées. Le montage sur site est facilité par un pré-assemblage des cadres en usine. 30 Sur la figure 2b, on a représenté une autre forme d'exécution d'un cadre 20 comportant des membrures 21 en bois de section rectangulaire variable qui sont reliées par des entretoises 22, par exemple en treillis métalliques, qui sont ici de forme courbe. Une liaison 30 métallique articulée reliant deux membrures 31, 32 appartenant respectivement à deux cadres superposés est représentée sur les figures 3a et 3b, respectivement de face et selon une coupe 1-1. Cette liaison 30 est composée d'une pièce mécano-soudée 33 supérieure s'insérant en partie à l'intérieur de la membrure en bois du cadre supérieur. La liaison 30 est fixée sur la membrure 31 par exemple au moyen de broches et/ou de tiges filetée 34. La partie 35 en forme de pointe de la pièce mécano-soudée 33, qui se projette en dehors de la membrure 31, est solidarisée et articulée avec une pièce mécano-soudée 36 inférieure à l'aide d'un axe métallique 37. La pièce mécano-soudée 36 inférieure s'insère aussi partiellement dans la membrure 32 du cadre inférieur. La partie 38 en forme de pointe de la pièce mécano-soudée 36 inférieure, se trouvant en dehors de la membrure 32, est reliée et articulée avec la pièce mécano-soudée 33 supérieure par l'axe métallique 37. Ce type d'assemblage est appelé communément "assemblage par ferrure en âme". Cette liaison 30 a l'avantage de posséder de la souplesse dans plusieurs directions qui lui permet d'accompagner les mouvements de faible ampleur du pylône. La pièce mécano-soudée 36 inférieure est équipée d'une plaque de protection 40 horizontale qui s'emboîte pour protéger l'extrémité de la membrure 32 du cadre inférieur, notamment contre les intempéries. Un prolongement 41 astucieux de la plaque de protection 40, munie de trous 42 pour le passage de vis, permet la mise en place de traverses provisoires de montage afin d'éviter toute déformation au cours du levage du cadre, mais aussi de faciliter son assemblage avec le cadre inférieur. Les dispositions des liaisons articulées dans le cas de pylônes à section géométrique carrée et à section géométrique triangulaire sont représentées sur les figures 4a et 4b respectivement. Sur la figure 4a on a représenté en coupe un pylône à section géométrique carrée. L'axe 43 des liaisons articulées insérés dans la membrure 44 est perpendiculaire au plan de la bissectrice 45 pour chacun des angles placés aux sommets du carré. Sur la figure 4b on a représenté en coupe un pylône à section géométrique triangulaire. L'axe 47 des liaisons articulées insérés dans la membrure 48 est perpendiculaire au plan de la bissectrice 49 pour chacun des angles placés aux sommets du triangle. On a illustré sur le figure 5, la liaison 50 entre la membrure 51 du cadre de base du pylône et la fondation 52 sur laquelle il repose. Cette liaison 50 est composée d'une pièce mécano-soudées 53 supérieure s'insérant en partie à l'intérieur de la membrure 51 en bois à laquelle elle est fixée au moyen de broches ou tiges filetées 54. La partie 55 en pointe de la pièce mécano-soudées 53, dépassant de la membrure, est solidarisée et articulée avec une pièce mécano-soudée 56 inférieure à l'aide d'un axe métallique 57. La pièce mécano-soudée 56 inférieure est reliée à la fondation 52 à l'aide d'ancrages 58 à béton comportant une extrémité filetée 59 qui assure le serrage et la fixation des ancrages 58 sur la pièce mécano-soudée 56 inférieure. On a illustré sur la figure 6, le sommet du pylône qui peut être équipé de supports pour des accessoires tels que plate-forme, parafoudre, antennes, etc... Le Io cadre sommital 60 comprend des membrures 61 reliées par des entretoises 62, par exemple constituées d'un treillis métallique composé de tubes reliés par des ronds ou des tubes. Les entretoises 62 sont adaptées afin de recevoir des tubes 63 verticaux qui peuvent servir de supports d'antenne pour des antennes panneaux 64 ou des antennes paraboliques 65. Ces tubes 63 peuvent être fixés sur l'entretoise 62 adaptée et/ou sur la 15 ceinture sommitale 66 du pylône. La ceinture sommitale 66 peut assurer simultanément la fonction de support de parafoudre 67, comme dans la présente illustration. Le parafoudre 67 est ici centré, mais il peut être disposé à tout autre endroit de la ceinture sommitale 66 ou dans le prolongement de la membrure 61. La ceinture sommitale 60 peut être de structure analogue aux entretoises 62, ou bien constituée d'une tôle pleine 20 ou ajourée. Une plate-forme 68 peut en outre être fixée à la base de l'entretoise horizontale 62. La figure 7 illustre le sommet du pylône revêtu d'un radôme 70 cylindrique comportant quatre pans 71 disposés entre les membrures 72 du cadre sommital. Les plans 71 du radôme 70 sont constitués d'un matériau composite comprenant du 25 polyester renforcé de fibre de verre. Le radôme 70 peut avoir plusieurs fonctions telles que réduire l'impact visuel des équipements de télécommunication ou bien se transformer en support signalétique et/ou publicitaire. Ce radôme 70 est fixé sur la partie externe des entretoises 73 ou sur la ceinture sommitale 74. Sur cette figure 7, une partie du radôme 70 a été supprimée afin de laisser apparaître une antenne 75 fixée sur la 30 partie interne de t'entretoise 73. On a illustré sur la figure 8 un pylône comportant des cadres 80 superposés et un cadre de base 81 qui assure la jonction du pylône avec la fondation 82 par la liaison 83 articulée. Les cadres 80 et le cadre de base 81 sont formés de membrures 84 et d'entretoises 85, et solidarisés par des liaisons 86 articulées. Le pylône porte une ceinture sommitale 87 de structure en treillis métallique similaire à la structure des entretoises 85. Une éolienne 88 est placée au sommet du pylône et fixée sur la ceinture sommitale 87. Des éoliennes 89 ayant un axe de rotation vertical sont placées à l'intérieur du pylône et fixées sur les entretoises 85 équipées d'éléments mécaniques. Ces éoliennes 89 tournent dans l'espace intérieur du pylône. Les échelles et autres accessoires intérieurs linéaires sont supprimés ou dépiacés pour rendre libre cet espace intérieur. Les membrures 84 en bois à section rectangulaire sont utilisées en outre canine déflecteur pour améliorer l'écoulement de l'air sur les éoliennes 89 intérieures. Les membrures 84 et les entretoises 85 peuvent aussi être équipées au moins partiellement de déflecteurs aérodynamiques pour obtenir un rendement encore plus performant des éoliennes 89. Une étude préliminaire de la direction et l'intensité du vent du site d'installation est nécessaire pour une implantation judicieuse du pylône. Le rendement des éoliennes placées à l'intérieur est amélioré en disposant judicieusement ure en fonction des vents dominants et/ou en ajoutant des déflecteurs aérodynamiques sur les membrures et/ou sur les entretoises. En outre un effort esthétique est réalisé de façon à ce que l'éolienne 88 sommitale soit dans la continuité de l'empilement de cadres 80, 81. Cette éolienne 88 sommitale est de puissance moyenne et permet d'alimenter tout ou partie de la consommation d'énergie des équipements portés par le pylône La figure 9 illustre la déformation d'une structure dite "à poutre continue". La courbe 90 est une portion de parabole continue sur toute la hauteur h considérée. L'angle de flexion aie représente la rotation du sommet de la structure dans le plan vertical. L'angle ota est mesuré comme l'angle entre le plan horizontal 91 et une droite 92 perpendiculaire à la tangente au sommet de la courbe Cette valeur appelée "dépointage" ("tilt" an anglais) est représentative de la qualité de la transmission radio. Les fournisseurs d'antennes précisent cette valeur en fonction des fréquences d'utilisation et du type de l'antenne, L'angle aa a une valeur généralement comprise entre 20 minutes et 1 degré. La flèche fa est une valeur relativement moins importante qui représente la distance d entre l'axe du pylône 93 et la projection au sol 94 du sommet du pylône une fois fléchi. La figure 10 illustre la déformation d'une structure dite "à cadres empilés" analogue à celle du pylône de la figure 1. Cette courbe 100 est discontinue sur toute la hauteur h considérée et composée de la somme de portions de parabole, chacune relative à l'un des cadres. L'angle de flexion ab représente la rotation du sommet de la structure dans le plan vertical. L'angle ab est mesuré comme l'angle entre le plan horizontal 101 et une droite 102 perpendiculaire à la tangente au sommet de la courbe et la flèche fb est la distance d projetée du sommet du pylône déformé à son axe. Pour ces structures différentes, représentées par les courbes 90 et 100, les valeurs de l'angle de flexion et de la flèche sont différentes. En effet, L'angle de flexion aa de la structure "à poutre continue" est supérieur à l'angle de flexion ab de la structure "à cadres empilés". La flèche fa de la structure "à poutre continue" est 10 inférieure à la flèche fb de la structure "à cadres empilés". Le but recherché est atteint avec une structure "à cadres empilés" telle que représentée par le pylône de la figure 1, composé de cadres empilés et assemblés par des liaisons articulées, qui présente comme avantage majeur une valeur de dépointage réduite. Contrairement aux poutres des structures de type "à poutres continues", les membrures du pylône selon l'invention, 15 sont moins sollicitées ce qui permet soit de réduire la section du matériau utilisé, soit d'augmenter la capacité de la membrure, et ainsi d'envisager des structures plus hautes et plus élancées. REVENDICATIONS1. Pylône pour les télécommunications comprenant des membrures et des entretoises, caractérisé en ce qu'il comporte un empilage d'au moins deux cadres, chacun formé d'au moins trois membrures reliées par des entretoises, les cadres superposés étant reliés entre eux par des liaisons articulées. 2. Pylône selon la revendication 1, dans lequel les membrures respectives des deux cadres sont reliées deux à deux par des liaisons articulées. 3. Pylône selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel l'un des cadres comprend au moins une liaison articulée apte à être fixée sur une fondation. 10 4. Pylône selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel les liaisons articulées comportent deux plans parallèles reliés par un axe perpendiculaire aux plans. 5. Pylône selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les membrures ont une section carrée ou rectangulaire. 6. Pylône selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les entretoises 15 sont rectilignes ou courbes. 7. Pylône selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les membrures sont en bois reliées par des entretoises métalliques. 8. Procédé de fabrication d'un pylône selon l'une des revendications précédentes, comprenant les étapes suivantes : 20 - les membrures et les entretoises sont assemblées pour former des cadres, - les cadres sont empilés les un sur les autres et solidarisés au moyen des liaisons articulées pour former le pylône. 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel l'empilement de cadres solidarisé à une fondation par au moins une liaison articulée. 11