Brevet FR2964452A1 — publié le 20120309

L'invention concerne un procédé de conception d'une dalle à récupération de chaleur. L'invention concerne le domaine du génie civil et plus particulièrement la construction de surfaces extérieures en béton technique, enrobées ou encore en pavés dallage ou similaire. Depuis quelques années, face au problème de ressources en énergie fossile et aux dégradations environnementales, il est fait appel, de plus en plus fréquemment, à des systèmes permettant d'utiliser les énergies durables et non polluantes. Parmi ces dernières, le rayonnement solaire constitue sans aucun doute la source la plus importante d'énergie disponible et de nombreux systèmes permettent aujourd'hui de collecter sa radiation pour diverses applications de chauffage domestique. En effet, il existe d'ores et déjà des systèmes permettant de chauffer un fluide caloporteur, le plus souvent de l'eau, à partir de l'énergie solaire. Ainsi, il est connu les panneaux solaires thermiques, constitués de plaques de verre accolées à des conduites métalliques, ou encore des tuiles comportant également des conduites qui, traversées par un liquide caloporteur, permettent de chauffer une réserve d'eau utile au chauffage d'une habitation ou d'une piscine. Ces systèmes sont d'autant plus efficaces que la surface d'exposition aux rayonnements solaires est importante. En effet, la quantité de chaleur produite par ces systèmes est proportionnelle à leur surface ainsi qu'à l'angle d'incidence des rayons sur cette dernière. On comprend que dans le domaine de la construction civile les surfaces bétonnées, enrobées ou couvertes d'un dallage quelconque, constituent un potentiel important de collection de ces radiations solaires qui, plus est, avec une orientation favorable. Ainsi, il est un objectif de la présente invention de proposer un procédé pour la conception de tels ouvrages permettant la collecte de cette énergie solaire en vue de la retransmettre à une source froide adjacente. En particulier, cette énergie, ainsi captée, peut servir, par exemple, au chauffage d'une habitation, en particulier au travers d'un plancher équipé d'un circuit de fluide caloporteur. Mais elle peut encore servir au chauffage du volume d'eau d'une piscine, tout comme elle peut être retransmise à un échangeur eau/air pour chauffer ou réfrigérer, là encore, une habitation. Il est d'ores et déjà connu, en particulier par le document WO 9628703, d'intégrer un circuit de fluide caloporteur dans une nappe de béton de manière à récupérer les calories au travers de cette masse thermo conductrice. Dans ce document de l'état de la technique, il est plus particulièrement fait référence à des blocs de béton intégrant, de manière noyée dans leur masse, un tel circuit du fluide caloporteur, ces blocs béton pouvant être multipliés et reliés les uns aux autres. Si une telle solution connue permet effectivement une excellente conduction entre la matière agglomérée du bloc béton et les tuyaux du circuit de fluide caloporteur, de par la qualité étendue du contact entre ces éléments, cette solution présente néanmoins des inconvénients qui rendent sa mise en oeuvre onéreuse et difficile. En particulier, les normes applicables dans le domaine, qui régissent les règles de dimensionnement des surfaces bétonnées, imposent, par exemple, la conception d'une armature métallique lorsqu'il est prévu d'y noyer des conduites, ceci, essentiellement pour contenir le retrait du béton, lors de la phase de solidification. Ces règles ou normes imposent, également, une épaisseur d'enrobage de ces conduites en fonction de leur diamètre. De plus, les caractéristiques du ferraillage, en particulier, la section des fils métalliques de l'armature est elle-même fonction de l'épaisseur de la dalle. Il s'ensuit que l'intégration dans une dalle d'un circuit de fluide caloporteur a nécessairement pour conséquence, une augmentation de l'épaisseur de cette dalle, donc une surconsommation de béton et, bien sûr, de fer d'armature. Evidemment, le temps de mise en oeuvre d'une telle dalle est, lui aussi, plus important. En conséquence, la solution telle que proposée dans ce document de l'état de la technique WO 96 28703, bien que pensé dans un but écologique et d'économie d'énergie, perd tout son intérêt lorsque l'on prend en compte la surconsommation d'énergie de matériaux nécessaires au respect des normes imposées dans le domaine. On relèvera qu'il est encore connu par le document 10 EP-0 049 669, une solution technique similaire induisant, bien évidemment, les mêmes inconvénients. A ce propos et pour en revenir à la mise en oeuvre de ces solutions connues, aux inconvénients déjà mentionnés plus haut, on relèvera de plus, que : 15 - dans le cadre d'une dalle bétonnée, la coulée du béton est freinée par le réseau de conduit caloporteur augmentant le temps de mise en oeuvre et le coût de réalisation ; - la densité du béton a tendance, lors de sa mise en oeuvre, à emporter les conduits du circuit caloporteur en faussant, 20 ainsi, leur hauteur d'enrobage et seules des conduites rigides, de fait coûteux, et solidement fixées à une armature, permettent d'assurer cette mise en oeuvre du béton dans les conditions optimales ; - le nombre important de supports de fixation nécessaires 25 pour assurer ce soutien du réseau de conduits caloporteurs, crée autant de discontinuité et de fragilité potentielles dans la nappe de béton; - l'ensemble du réseau de tuyaux, les supports de fixation, les treillis d'armature, etc... constituent autant d'obstacles 30 au coulage et à la mise en oeuvre du béton qu'il est difficile de garantir l'absence de poches d'air, en particulier au contact des conduits du circuit caloporteur. Or, de telles poches d'air peuvent gravement pénaliser l'efficacité thermique de l'installation, sans compter qu'elles constituent de réelles 35 zones de fragilité en réduisant localement l'épaisseur du dallage. Précisément, la présente invention vise à pallier à l'ensemble des inconvénients de l'état de la technique en proposant un procédé de conception d'une dalle à récupération de chaleur qui, outre son intérêt écologique sur le plan énergétique, est d'un coût de revient moindre et de mise en oeuvre simplifiée. A cet effet, l'invention concerne un procédé de conception d'une dalle à récupération de chaleur, caractérisé par le fait que : - on réalise un lit d'une épaisseur déterminée d'un matériau friable, notamment de sable ; - on noie dans ce lit de manière affleurant à sa surface supérieure les conduits d'un circuit de fluide caloporteur ; - on conçoit, sur ce lit, une couche en matériau cohésif. A noter, à ce propos, que cette couche d'un matériau cohésif peut être constituée de béton, d'un enrobé bitumeux, mais aussi de tout type de dallage constitué d'un matériau reconstitué, par exemple de pavés autoportants. Les avantages qui découlent du procédé selon l'invention consistent en ce qu'en intégrant le réseau du circuit de fluide caloporteur dans le lit en matériau friable et non dans la couche de matériau cohésif, celle-ci peut être d'épaisseur moindre en intégrant une armature adaptée. En effet, dans ces conditions, cette couche de matériau cohésif n'est pas amenée à respecter les normes s'appliquant à un dallage intégrant, dans son épaisseur, des conduites de fluide caloporteur. De plus, d'une manière avantageuse, le procédé selon l'invention permet une mise en oeuvre simplifiée. En particulier, la mise en place du réseau de conduits caloporteurs est grandement facilitée. Il peut être immobilisé par compactage dans le lit de matériau friable et il peut, éventuellement être utilisé des tuyaux de moindre qualité, car n'étant pas suspendus, ils ne sont pas sujets aux fléchissements sous la charge de la couche cohésive de la dalle. Bien évidemment, lorsque cette couche cohésive est constituée de béton, l'opération de coulée de ce béton n'est pas pénalisée par la présence du réseau de conduite de fluide caloporteur et s'effectue comme une dalle traditionnelle avec un temps de mise en oeuvre court. Aussi, la solution selon l'invention, présente un avantage évident de productivité en comparaison aux solutions existantes. Un autre avantage du procédé selon l'invention consiste dans la possibilité de découpler les fonctions de chacune des couches de la dalle en l'occurrence, celles assurées par le lit en matériau friable des fonctions remplies par la couche cohésive. En particulier, selon l'invention, cette couche cohésive peut être teintée dans une couleur sombre pour une absorption maximale d'énergie par radiation. Cette couche, de faible épaisseur, car ne possédant pas de réseau de conduites intégrées en son sein, voire dépourvue d'armature, constitue une masse réduite en comparaison des solutions actuelles et offre ainsi une montée en température plus rapide. Quant à la couche inférieure que définit le lit en matériau friable, ce matériau peut être de type minéral à haute conductivité permettant un transfert optimal de l'énergie disponible en surface vers les conduites de fluide caloporteur. En dehors du fait que la solution selon l'invention permet de concevoir la couche cohésive de manière plus homogène, il est également plus facile d'intégrer dans cette couche, des joints de dilatation qui, dans les solutions de l'état de la technique, doivent nécessairement être réalisées autour des conduites du réseau de fluide caloporteur. La solution selon l'invention permet encore l'usage de matériaux recyclés, en particulier pour la réalisation du lit en 30 matériau friable. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre se rapportant à un exemple de réalisation donné à titre indicatif et non limitatif. 35 La compréhension de cette description sera facilitée en se référant aux figures du dessin ci-joint, dans lequel : la figure 1 est une représentation schématisé&e et en coupe d'un premier mode de réalisation d'une dalle conçue selon le procédé conforme à l'invention ; les figures 2 et 3 sont identiques à la figure 1 5 correspondant à d'autres modes de réalisation de cette dalle selon le procédé de l'invention. La présente invention a trait, plus particulièrement, à un procédé de conception d'une dalle à récupération de chaleur 1 dont différents modes de réalisation ont été illustrés dans les 10 figures 1 à 3 du dessin ci-joint. Selon ce procédé, conforme à l'invention : - on réalise un lit 2 d'une épaisseur déterminée, en un matériau friable, tel du sable ou analogue, - on noie dans ce lit, de manière affleurant à la face 15 supérieure 3 de ce dernier, des conduites 4 d'un réseau 5 de fluide caloporteur; - on conçoit sur ce lit 2 une couche cohésive 6 de la dalle 1. Plus particulièrement, le lit 2 en matériau friable 1, 2, 20 peut être réalisé sur une couche support 7 de granulat compacté laquelle peut éventuellement être couverte d'un film 8 d'une barrière thermo étanche adaptée. Cette solution est plus particulièrement représentée dans les figures 1 et 2, sachant que dans la figure 3, cette couche support 7A est représentée 25 sous forme d'un plancher qui peut être constitué par une dalle en béton ou autre. Là encore, entre ce plancher constituant la couche support 7A et le lit de matériau friable 2 peut être interposé un tel film 8 d'une barrière thermo étanche. Pour en revenir au lit 2 et au matériau qui le compose, 30 celui-ci peut être de type minéral et se présenter sous la forme de sable et/ou gravier, ou de type synthétique et formé de granulés en un tel matériau. Ce matériau peut encore être issu de recyclages et valorisation de déchets de constructions. En particulier, les matériaux broyés provenant de chantiers 35 de démolition peuvent parfaitement servir à la conception de ce lit 2 pour la réception du réseau 5 de conduites 4 de fluide caloporteur. De plus, ce matériau friable composant le lit 2 peut être choisi en fonction du niveau de conductibilité thermique 5 recherché. D'ailleurs, la conductivité thermique du sable de rivière compacté est supérieure à celle du béton. Au travers d'un tel matériau conducteur, les calories, captées par la couche cohésive 6, sont susceptibles d'être transmises plus aisément au 10 fluide caloporteur au travers des parois des conduites 4 correspondant au réseau 5. Comme indiqué plus haut, dans ce lit 2 en matériau friable, on vient noyer ces conduites 4 du réseau de fluide caloporteur 5 de telle sorte qu'elles soient avantageusement affleurant avec 15 la face supérieure 3 de ce lit 2 pour pouvoir être au contact quasi direct avec la couche cohésive 6. Le maintien dans ce lit 2 de ce réseau 5 de conduite 4 peut être assuré par simple compactage du lit 2 et aucun support à ces conduites n'est finalement nécessaire dans ce cas. 20 En ce qui concerne la couche cohésive 6, elle peut, bien sûr, être réalisée en béton et se présenter sous forme d'une nappe continue ou discontinue et constituée de plusieurs blocs de béton de tailles différentes ou identiques avec, éventuellement, interposition de joints de dilatation. Plutôt 25 que du béton, cette couche cohésive 6 peut se présenter sous forme d'un enrobé à base de bitume. Elle peut également être réalisée sous forme d'un pavage, avec des pavés autoportants en pierres naturelles ou reconstituées. Là encore, leur matériau sera préférentiellement 30 choisi pour sa qualité thermo conductrice. Toutefois, la présente invention ne saurait être limitée à un tel mode de réalisation de ces pavés. En particulier, ceux-ci peuvent encore être conçus en un matériau synthétique, lequel matériau peut, d'ailleurs, intégrer un composant conducteur pour 35 en améliorer la qualité thermo conductrice. Comme il ressort de l'ensemble de la description qui précède, la présente invention apporte de réelles solutions au problème posé par l'état de la technique en matière de dalle à récupération de chaleur. Ainsi, cette invention facilite la conception d'une telle dalle à récupération de chaleur, tout en étant d'un coût de revient moindre. En particulier, le procédé selon l'invention permet, dans certains cas, de s'affranchir totalement d'armature dans la couche cohésive, laquelle peut être d'épaisseur moindre. Cette couche cohésive est de mise en oeuvre facilitée, car n'intégrant pas le réseau de conduites de fluide caloporteur, sans compter qu'elle y gagne en homogénéité. Bien évidemment, la pose du réseau de conduites de fluide caloporteur dans le lit de matériau friable est, elle aussi, grandement facilitée sachant qu'en plus le lit en question peut être conçu à partir de matériaux de recyclage. En outre, comme il a d'ores et déjà été relevé, l'absence du réseau de fluide caloporteur dans la couche cohésive facilite également la conception des joints de dilatation au niveau de cette dernière et il est également plus aisé d'y réaliser des saignées ou découpes sans endommager les conduites dans le lit de matériaux friables. Bien que l'invention ait été décrite à propos d'une forme de réalisation particulière, il est bien entendu qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut y apporter diverses modifications de formes, de matériaux et de combinaisons de ces divers éléments sans pour cela s'éloigner du cadre et de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS: 1. Dalle (1) à récupération de chaleur, caractérisée par le fait qu'elle comporte : - un lit (2) en matériau friable ; - un réseau (5) de conduites (4) d'un fluide caloporteur noyé dans ce lit (2) de manière affleurant à la face supérieure (3) de ce dernier; - une couche cohésive (6) notamment en béton en enrobé 10 bitumeux ou en pavage reposant sur le lit (2). 2. Procédé de conception d'une dalle (1) à récupération de chaleur, caractérisé par le fait que : - on réalise un lit (2) en matériau friable ; - on noie dans ce lit (2) de manière affleurant à la face 15 supérieure (3), un réseau (5) de conduites (4) d'un fluide caloporteur ; - on conçoit sur le lit (2) une couche cohésive (6) de la dalle (1). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le 20 fait qu'on noie le réseau (5) de conduites (4) d'un fluide caloporteur dans le lit (2) par compactage. 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé par le fait que le lit (2) en matériau friable est réalisé sur une couche support (7 ; 7A) avec interposition d'un film (8) d'une 25 barrière thermo étanche 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait qu'on réalise le lit (2) à base de sable. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, 30 caractérisé par le fait qu'on réalise le lit (2) à base de matériaux recyclés. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé par le fait que la couche cohésive (6) est en béton continu ou discontinu. 9 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé par le fait que la couche cohésive (6) est constituée de pavés autoportants. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, 5 caractérisé par le fait que la couche cohésive (6) est constituée d'un enrobé à base de bitume. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 9, caractérisé par le fait que l'on intègre dans la couche cohésive (6) un colorant choisi pour en améliorer l'absorption des 10 rayonnements solaires. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 10, caractérisé par le fait que dans le lit (2) et/ou la couche cohésive (6), on intègre un composant conducteur.