Brevet FR2956419A1 — publié le 20110819

Domaine technique La présente invention concerne, de manière générale, des éléments préfabriqués calorifuges, notamment des éléments de mur. Etat de la technique Les éléments de construction, destinés principalement à la fabrication de murs de bâtiment, formés en partie de fibres naturelles liées par des minéraux, sont connus. Les systèmes que l'on trouve sur le marché utilisent par exemple des blocs formant une enveloppe en béton à copeaux de bois, dont l'épaisseur de paroi mesure entre 3 cm et 6 cm, et qui, superposés, forment un mur à l'intérieur creux qui est rempli de béton sur le lieu du chantier. Pour le mur de bâtiment ainsi obtenu, la fonction statique est assurée par le béton tandis que le béton utilisant des copeaux de bois comme granulat fait office de "coffrage perdu" et de "support d'enduit", et contribue dans une moindre mesure à l'isolation thermique. On obtient ainsi un élément de construction composé d'une très grande proportion de béton et d'une très faible proportion de fibres naturelles, dont la perméabilité à la diffusion de vapeur est faible et la valeur d'isolation thermique très faible. Il existe, en outre, des éléments de construction sous forme "d'éléments- sandwich", qui sont formés d'une couche de béton de fibres naturelles pour l'isolation thermique sur le côté extérieur et d'une couche de béton armé en tant que structure sur le côté intérieur. Ces éléments de construction sont des éléments unifiés (ou préfabriqués) de grande dimension fabriqués en usine, qui sont montés sur le chantier. Ces éléments de construction sont, eux aussi, peu aptes à la diffusion et possèdent une faible valeur d'isolation thermique. Il existe également des éléments de construction formés d'une couche de fibres naturelles et d'un cadre de charpente intérieur en bois. Dans cette construction, la fonction statique est assurée par le cadre de charpente et le béton de fibres naturelles procure l'isolation thermique. Ces éléments de construction sont, eux aussi, des éléments unifiés de grande dimension fabriqués en usine et assemblés sur le chantier. Contrairement aux systèmes mentionnés précédemment, ces éléments de construction font preuve d'une bonne isolation thermique et d'une capacité de diffusion de vapeur élevée. Cependant, le boulonnage des éléments de construction, nécessité par le cadre de charpente en bois, ne permet qu'une transmission réduite de charges statiques par le biais de ces assemblages. Les bâtiments de plus de deux étages ne sont donc possibles que dans certaines conditions et au prix de mesures techniques et dépenses importantes. De plus, le gonflement et le retrait du cadre en bois représentent généralement un problème fondamental qu'il est impératif de prendre en compte. La fabrication et le traitement du cadre de charpente en bois en usine sont, par ailleurs, des opérations très complexes qui sont, par conséquent, génératrices de coûts élevés. Objectif de l'invention Un objectif de la présente invention est donc la fabrication d'un élément de construction qui ne soit pas affecté par au moins certains des inconvénients évoqués et qui combine, par son principe, à la fois les avantages d'une capacité de diffusion élevée et d'une très bonne isolation thermique, avec en même temps de bonnes propriétés statiques, les avantages d'une manipulation simple, ainsi que d'une fabrication et d'un montage simples et économiques. Ce but est atteint grâce à un élément de construction préfabriqué calorifuge capable de supporter une charge statique, notamment sous forme d'éléments de mur préfabriqués, en béton de fibres naturelles et comprenant une structure interne en béton armé intégrée dans le béton de fibres naturelles, la fonction statique étant obtenue essentiellement grâce à la structure en béton armé intégrée dans le béton de fibres naturelles. Description générale de l'invention L'invention concerne donc un élément préfabriqué calorifuge capable de supporter une charge statique, notamment sous forme d'éléments de mur préfabriqués, comprenant une part de béton de fibres naturelles la plus élevée possible pour avoir un impact écologique, la fonction statique étant obtenue essentiellement grâce à une structure en béton armé insérée lors de la fabrication à l'intérieur du béton de fibres naturelles. Ces éléments préfabriqués intègrent donc, dès leur sortie d'usine, les deux fonctions principales d'un élément de construction, à savoir la fonction de séparation entre pièces ou zones et l'absorption de forces et de charges. Les avantages d'un tel élément préfabriqué résident par conséquent dans la capacité accrue à supporter une charge statique malgré son poids relativement réduit, dans l'isolation thermique et acoustique élevée comparée aux éléments de construction dotés d'une capacité similaire à supporter une charge statique, dans la stabilité propre élevée, dans la simplicité de la manipulation sur le chantier, et également dans la fabrication simple et économique et dans la part élevée de matières premières renouvelables. Contrairement à un cadre de charpente en bois, l'élément de construction selon l'invention peut être entièrement préfabriqué en usine, et ce avec une grande simplicité. En outre, la structure en béton armé permet d'augmenter considérablement la hauteur totale possible de la construction (nombre et hauteur des étages) sans mesures constructives supplémentaires. Outre les très bonnes propriétés d'isolation thermique et acoustique, les éléments de construction ont une masse d'accumulation élevée et permettent une régulation avantageuse de l'humidité de l'air ambiant. Grâce à l'utilisation de matières premières renouvelables, on obtient des éléments de construction écologiques, qui peuvent être fabriqués partout avec des moyens extrêmement simples et qui procurent un habitat sain. En outre, un élément de construction selon l'invention est facile à enduire et il peut être percé et cloué. La structure porteuse insérée forme donc, en principe, une charpente totalement intérieure qui peut être formée de différents éléments. La structure comprend donc un ou plusieurs pilier/s par élément de construction, le/les pilier/s pouvant être relié/s, le cas échéant, au moyen d'une ou plusieurs membrure/s (ou chaînage/s) s'étendant perpendiculairement au/x pilier/s. Si nécessaire, ou si on le souhaite, il est possible de prévoir également des entretoises transversales reliées aux piliers et/ou membrures. Un autre avantage de l'invention réside dans le fait que ces entretoises sont généralement inutiles en raison de la stabilité propre élevée des éléments de construction. La forme de la section transversale des piliers, et des membrures et/ou entretoises éventuellement présentes, n'est en principe pas critique du moment qu'elle répond aux exigences statiques souhaitées. Pour des raisons de technique de fabrication, ils possèdent cependant, de manière avantageuse, une section transversale essentiellement rectangulaire ou ronde. Les éléments de structure, c'est-à-dire les piliers, ainsi que les membrures et/ou entretoises le cas échéant, peuvent avoir une surface extérieure essentiellement plane, de préférence lisse ou profilée, selon les besoins. Dans le cas d'un profilage, qu'il s'étende dans le sens longitudinal, transversal et/ou perpendiculaire à l'élément de structure, il peut concerner la totalité de la surface ou seulement des parties resp. des sections de celle-ci. Avec cette exécution, le profilage améliore, si nécessaire, l'ancrage de la structure dans l'élément de construction, c'est-à-dire la liaison physique avec le béton de fibres naturelles. En outre, les éléments de structure (piliers, membrures et/ou entretoises) ont une section sensiblement ronde et sont munis en surface d'un profil à pas de vis. Par "béton de fibres naturelles", on entend, au sens de l'invention, un matériau de construction comprenant une addition végétale, un liant hydraulique, de préférence du ciment, par exemple du ciment Portland, et, si on le souhaite, d'autres éléments constitutifs, l'addition végétale se présentant de préférence sous forme de particules broyées de taille définie. Les additions végétales ou matières premières végétales appropriées sont, de manière avantageuse, des bois, des plantes ou des parties de plantes, comme les racines, les tiges, les fruits, les infrutescences, les feuilles ou les aiguilles, ou des parties de ces éléments, ou encore des parties de plantes qui constituent des résidus de l'exploitation industrielle ou de la production alimentaire (par exemple, des panicules, des fibres, des coques, des noyaux, 2956419 P-MISCNA-004/FR etc.), de préférence de cultures ou de sources locales. Pour certaines applications requérant une plus grande résistance mécanique du matériau de construction, il s'est avéré avantageux que la matière première végétale renouvelable contienne des fibres dures. Citons en exemple le miscanthus, la 5 chènevotte de chanvre, les fibres de chanvre, le bois de résineux, le bois de feuillu, la paille, le panic érigé, le roseau, le bambou ou des plantes similaires utilisées individuellement ou combinées de diverses manières. Les matières premières végétales sont broyées à une taille définie avant leur utilisation. Le broyage à une taille définie est à comprendre en fonction de 10 l'usage prévu et il dépend du type de matière première utilisée, des propriétés souhaitées du matériau de construction et des exigences auxquelles sont soumis les éléments de construction à fabriquer. De manière avantageuse, les éléments broyés peuvent avoir par exemple des dimensions allant jusqu'à 40 mm de long, de préférence de 1 à 35 mm, ou former des granulés mesurant 15 jusqu'à 10 mm de diamètre, de préférence de 1 à 9 mm. Pour améliorer les propriétés de mise en oeuvre ou pour modifier des propriétés mécaniques ou physiques, d'autres additions, par exemple minérales, telles que du sable, du granulat d'argile expansée ou de ponce, du schiste expansé, du gravier, etc., ou des mélanges de ces matériaux, peuvent être intégrées au 20 béton de fibres naturelles. Les bétons de fibres naturelles appropriés ont des densités comprises entre 260 kg/m3 et 1 400 kg/m3, de préférence entre 300 kg/m3 et 600 kg/m3. Les dimensions des éléments préfabriqués dépendent bien sûr avant tout de leur utilisation et de l'usage auquel ils sont destinés. L'épaisseur des éléments 25 de mur est normalement comprise entre 10 cm et 50 cm, de préférence entre 15 cm et 45 cm, l'épaisseur des murs extérieurs se situant normalement dans la plage supérieure en raison des plus grandes exigences en termes d'isolation thermique resp. de statique. Comme nous l'avons déjà dit, l'invention consiste en une structure intérieure en 30 béton armé insérée dans un béton de fibres naturelles. Avec cette exécution, le béton de fibres naturelles remplit une fonction d'isolation à la fois thermique et acoustique, alliée à une capacité de diffusion élevée, tandis que la fonction statique revient principalement à la structure. Selon l'importance que revêtent les différentes propriétés, il est donc possible de faire varier, en des endroits déterminés, chacun des paramètres tels que l'épaisseur de l'élément de construction, la section transversale et le nombre des éléments de structure et leur position à l'intérieur de l'élément de construction. Le seul principe à observer, bien sûr, est que la section transversale (d) de la structure intérieure soit inférieure à l'épaisseur totale (D) de l'élément de construction, le rapport 0,1 D relativement simples à façonner et à travailler, par exemple en vue de la pose ultérieure de gaines et de conduites. Comme nous l'avons déjà dit, la structure porteuse est en béton armé. Le béton armé est un matériau composite dont les composants sont le béton et l'acier d'armature. L'adhérence entre ces composants est obtenue grâce au collage assuré par le liant, c'est-à-dire le ciment, et au nervurage de l'acier d'armature. Le dimensionnement de la structure et la qualité du béton armé utilisé dépendent de l'usage prévu et des propriétés souhaitées de l'élément fini. Pour des murs extérieurs, par exemple, selon les calculs statiques, des piliers en béton appartenant par exemple à la classe de résistance fcK C 30/37 sont appropriés. Une armature sortant de la structure peut, de préférence, servir à fixer l'élément de construction à un sol et/ou un plafond, à des poutres de ceinture ou autres, mais également à le transporter resp. le mettre en place sur le bâtiment. Puisque les éléments de construction décrits ici sont assemblés sur place en tant qu'éléments individuels et que, d'autre part, les propriétés isolantes doivent être garanties au niveau des joints également, la réalisation des éléments de construction au niveau de ces joints est telle, dans une forme d'exécution privilégiée, qu'ils présentent des sections transversales partielles complémentaires, par exemple de type languette et rainure ou autres. Brève description des figures Des modes de réalisation de l'invention sont décrits ci-dessous, en se référant aux figures d'accompagnement, dans lesquelles : La Figure 1 représente un pilier préfabriqué destiné à être utilisé dans un élément préfabriqué. La Figure 2 est une vue de dessus de plusieurs sections de mur, la Figure 2 a) montrant une section d'angle de deux éléments de construction 10, la Figure 2 b) montrant une jointure normale de deux éléments de construction dans le sens longitudinal d'un mur et la Figure 2 c) montrant la jointure d'un élément de construction de mur extérieur 10 avec un mur intérieur. La Figure 3 est une vue de dessus de plusieurs sections de mur, similaire à la Figure 2, mais avec une isolation extérieure supplémentaire, en tant que système composite calorifuge. La Figure 4 est une coupe d'un mur de maison fabriqué au moyen des éléments de construction selon l'invention. D'autres détails et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de formes d'exécution possibles de l'invention, faite ci-dessous, en se référant aux figures d'accompagnement. Description de plusieurs modes de réalisation de l'invention Les numéros de référence indiqués dans la description qui suit se réfèrent aux caractéristiques montrées dans les figures à des fins d'illustration de l'invention. Les éléments de construction 10 peuvent être fabriqués selon n'importe quel procédé approprié. Dans une première variante de fabrication d'éléments de construction selon l'invention, des tables de coffrages sont installées dans l'usine de préfabriqués conformément au plan d'exécution et/ou aux dessins de construction des éléments de construction à fabriquer. Une couche de béton de fibres naturelles est d'abord versée dans le coffrage. L'épaisseur de cette couche dépend de l'épaisseur du mur et de la configuration de l'élément de construction à fabriquer. Pour un mur extérieur de 24 cm d'épaisseur, l'épaisseur de la couche non compactée est d'environ 6 cm. Les piliers préfabriqués armés sont ensuite placés dans le coffrage sur cette couche de béton de fibres naturelles, conformément aux exigences statiques. Le pilier peut être exécuté de la même manière que le pilier préfabriqué 11 montré dans la Figure 1, avec une section transversale rectangulaire. Le pilier préfabriqué 11 est en béton armé, c'est-à-dire en béton 12 pourvu d'une armature 13 en acier. Au niveau des extrémités frontales 18 du pilier 11, l'armature 13 dépasse de préférence du pilier, par exemple sous forme d'extrémités libres 15 ou de boucles 14, qui peuvent être protégées par un corps de refoulement 16 pendant la fabrication. En variante, ou en plus, des filetages peuvent être prévus à une ou aux deux extrémités frontales 18 pour visser une oreille de levage. En outre, le pilier 11 est de préférence pourvu de profils 17, au moins sur des sections partielles de sa surface. Au niveau de la base du mur, un corps de refoulement destiné à la réception ultérieure de la traverse en béton armé (30, Fig. 4) est inséré sur toute la longueur de l'élément de construction. Les espaces intermédiaires de l'élément de construction sont alors remplis de béton de fibres naturelles jusqu'à affleurement avec le bord supérieur des piliers. Après le retrait du corps de refoulement inséré à la base du mur, une cage d'armature préfabriquée est mise en place et remplie de béton, par exemple de la classe de résistance fcKC 30/37. L'ensemble du coffrage est alors rempli de béton de fibres naturelles en quantité correspondant à un peu plus que l'épaisseur de l'élément de construction, puis le béton est arasé. À l'aide d'un cylindre choisi en fonction de la pression de compression nécessaire (0,8 à 2,0 t), le béton de fibres naturelles et le surplus sont compactés de manière à affleurer le plan du coffrage. En fonction de la température ambiante, l'élément de construction peut être décoffré au bout de 8 à 12 heures et stocké debout pour finir de prendre et de sécher. En cas de séchage trop rapide, les éléments de construction doivent être humidifiés en conséquence. Lorsque les éléments de construction ont fini de prendre et de sécher, ils sont transportés jusqu'au lieu de montage. A l'aide d'une grue, les éléments de mur sont mis en place sur le radier ou le plancher déjà coulés et sont fixés dans la couche de béton tassé au moyen de supports articulés. La liaison des éléments de construction est réalisée selon les lois de la statique et en se conformant aux dessins de construction : l'armature et le coffrage sont mis en place, puis le béton est coulé, comme par exemple les piliers 21 et 27, Figures 2 et 3, en place. Les plafonds sont fabriqués de préférence en tant que plafonds filigranes avec une armature montée sur place sur laquelle est appliquée une couche de béton, ou encore, alternativement, en tant que plafonds coffrés, ou en tant que plafonds à poutres apparentes. Le coffrage de bord de plafond est soit livré d'une pièce avec la crête de mur, soit monté séparément, en fonction des exigences. La membrure supérieure des murs ainsi que les linteaux des ouvertures de l'étage sont armés et coulés en même temps que le plancher. Les poutres de ceinture des étages qui sont éventuellement nécessaires, peuvent être, au choix, préfabriquées en usine ou coulées en place. Dans une deuxième variante, des corps de refoulement sont insérés dans le coffrage à la place des piliers préfabriqués ; ces corps sont retirés après la fabrication et ménagent ainsi un espace pour le pilier. Pour fabriquer le pilier, on peut ensuite armer et remplir cet espace de béton dans l'usine de préfabriqués. Dans une troisième variante, le corps de refoulement destiné aux piliers est un cylindre pourvu d'un profil extérieur fileté. Ce corps de refoulement est retiré par dévissage peu après la fabrication de l'élément de construction et des piliers préfabriqués en béton armé de forme identique peuvent être introduits à sa place. La Figure 2 et la Figure 3 montrent des sections de mur similaires sur le principe, formées des éléments de construction 10 selon l'invention, des éléments de construction 10 beaucoup plus minces étant pourvus, dans la variante de la Figure 3, d'une isolation extérieure supplémentaire 23. Dans la Figure 2 a) resp. 3a), deux éléments de construction 10 en béton de fibres naturelles 22 dans lesquels sont intégrés des piliers 11 forment un assemblage d'angle autour d'un pilier d'angle 21. Ce pilier d'angle 21 est, de préférence, en béton coulé en place et possède, de manière avantageuse, une section transversale qui permet une liaison mécanique entre les éléments de construction et le pilier d'angle. Une ou plusieurs armature/s en boucle 25 peut/peuvent être prévue/s, en plus, pour améliorer la liaison. Les Figures 2 b) et 3 b) montrent la liaison de deux éléments de construction 10 dans le cas d'une jointure normale dans le sens longitudinal, avec en plus une armature en boucle 25. En cas de liaison entre un mur intérieur et un mur extérieur, un élément de mur intérieur est abouté avec un pilier en béton coulé en place 27 partiellement intégré et relié, en plus, au moyen d'une armature en boucle 25. Pour améliorer la fixation du pilier en béton coulé en place partiellement intégré 27 à l'intérieur de l'élément de construction 10, on peut prévoir un ou plusieurs fer/s longitudinal/aux 26. Le pilier 27, fabriqué sur le lieu de montage, est en béton coulé en place. La Figure 4 est une vue en coupe d'un mur de maison, les éléments de construction préfabriqués 10 en béton de fibres naturelles 22 et piliers intégrés préfabriqués 11 pour le rez-de-chaussée sont mis en place sur le radier 43 au moyen d'une couche de béton tassé 41 et reliés à la membrure supérieure du bord de plancher par des fers à béton armé (non représentés, voir 14 dans la Fig. 1). Le plafond 42 est fabriqué, de préférence, en tant que plafond filigrane 42b avec une armature montée sur place sur laquelle est appliquée une couche de béton 42a, ou bien alternativement, en tant que plafond coffré ou plafond à poutres apparentes avec des poutres ceintures, le coffrage de bord de plafond étant soit livré d'une pièce avec la crête de mur, soit monté séparément, en fonction des exigences. La membrure supérieure des murs ainsi que les linteaux des ouvertures de l'étage sont armés et coulés en même temps que le plafond 42. La construction du mur de l'étage se déroule en principe de manière similaire à la construction du rez-de-chaussée au moyen de béton tassé sur le plafond/plancher 42. Les poutres de ceinture 47 des étages éventuellement nécessaires peuvent être, au choix, préfabriquées en usine ou coulées en place.30 REVENDICATIONS1. Elément préfabriqué calorifuge capable de supporter une charge statique, notamment sous forme d'éléments de mur préfabriqués, en béton de fibres naturelles et comprenant une structure interne en béton armé intégrée dans le béton de fibres naturelles, la fonction statique étant obtenue essentiellement grâce à la structure en béton armé intégrée dans le béton de fibres naturelles. 2. Elément préfabriqué selon la revendication 1, la structure en béton armé comprenant un ou plusieurs pilier/s et, le cas échéant, une ou plusieurs membrure/s s'étendant perpendiculairement au/x pilier/s et reliée/s à celuici/ceux-ci. 3. Elément préfabriqué selon l'une des revendications 1 ou 2, le/les pilier/s et, le cas échéant, la/les membrure/s ont une section transversale essentiellement rectangulaire ou ronde. 4. Elément préfabriqué selon l'une des revendications 1 à 3, la surface du/des pilier/s en béton armé n'étant pas profilée. 5. Elément préfabriqué selon l'une des revendications 1 à 3, la surface du/des pilier/s en béton armé étant profilée au moins par endroits. 6. Elément préfabriqué selon l'une des revendications 1 ou 2, le ou les pilier/s 25 en béton armé présentant une section transversale ronde et leur surface étant munie d'un profil fileté. 7. Elément préfabriqué selon l'une des revendications 1 à 6, la section transversale de la structure intérieure (d) étant choisie par rapport à 30 l'épaisseur totale de l'élément (D) de manière à ce que 0,1 D 8. Elément préfabriqué selon l'une des revendications 1 à 7, l'épaisseur de l'élément étant comprise entre 10 cm et 50 cm, de préférence entre 15 cm et 45 cm. 9. Elément préfabriqué selon l'une des revendications 1 à 8, le béton de fibres naturelles contenant un ou plusieurs des composants végétaux suivants : miscanthus, chènevotte de chanvre, fibres de chanvre, bois de résineux, bois de feuillu, paille, panic érigé, roseau ou bambou. 10. Elément préfabriqué selon la revendication 9, le béton de fibres naturelles contenant, en plus, des additions minérales telles que du sable, du granulat d'argile expansée ou de ponce, du schiste expansé, du gravier, etc., ou des mélanges de ces matériaux. 11. Elément préfabriqué selon l'une des revendications 1 à 10, le béton de fibres naturelles ayant une densité comprise entre 260 kg/m3 et 1400 kg/m3, de préférence entre 300 kg/m3 et 600 kg/m3.