Brevet FR2990708A1 — publié le 20131122

La présente invention a pour objet un élément de construction de forme générale parallélépipédique comprenant une matière poreuse silico-calcaire et pouvant être utilisée dans la construction d'un mur. Les briques en terre cuite, dites « monomur », ou en ciment, dites « parpaing », à structure alvéolaire, sont largement utilisées pour la construction de murs, de sols, de cloisons ou autres éléments de bâtiments. Ces briques sont habituellement composées d'alvéoles vides (non remplies) plus ou moins grandes, de forme plus ou moins différentes, destinées à augmenter l'isolation thermique. Ces structures sont composées d'alvéoles de taille réduite pour limiter la convection thermique et présentent de faibles épaisseurs de parois pour limiter l'effet de conduction. L'espace intérieur des alvéoles de ces briques de construction est généralement vide. Lorsqu'il existe un gradient de température au sein d'une alvéole, l'air contenu dans cette alvéole se déplace par convection. La conséquence directe est une diminution de la résistance thermique du système. Une des solutions mises en oeuvre pour minimiser les effets convectifs consiste à augmenter le nombre d'alvéoles, mais cette solution est limitée par (i) une mise en oeuvre technique des briques de plus en plus complexe, (ii) des quantités de matière plus importantes, (iii) l'apparition de phénomènes de conduction plus important. Pour limiter ce phénomène, il est possible de remplir ces alvéoles avec un matériau inorganique de faible conductivité thermique et ainsi empêcher ces mouvements convectifs. Le rôle de ce matériau inorganique est du fait de sa microstructure de donner une « tenue mécanique à l'air ou au vide », à savoir emprisonner l'air (ou le vide) de manière à minimiser les effets de convection. A titre d'exemple, le document FR 2521 197 Al, fait mention de briques en terre cuite avec des alvéoles remplies « d'un matériaux cellulaire à haut pouvoir d'isolation thermique ». Les matériaux proposés pour le remplissage des alvéoles sont : « une mousse de polyuréthane, une mousse de polystyrène, ou tout autre matériaux fibreux (laine de verre ou de roche) ou divisé (agglomérat de liège) ». L'inconvénient de cette solution est l'utilisation de matériaux organiques et/ou inorganiques qui soient (i) peuvent mal se comporter face au risque d'incendie : tenue au feu, résistance au feu, émission(s) de gaz toxique(s) et de débris enflammés (ii) soit sont potentiellement dangereux car classifiables à termes dans la catégorie des FCR (Fibres Céramiques Réfractaires) nécessitant des conditions spécifiques de pose puis de gestion des déchets, (iii) soit perdre des propriétés d'isolation au cours du temps (tassement du garnissage, dégradation chimique des matériaux, ...), (iv) ne présentent pas ou peu de tenue mécanique ( La matière poreuse silico-calcaire présente une résistance mécanique suffisante pour participer à la résistance à la compression de l'élément de construction. Aussi, cette résistance à la compression permet de réduire la quantité de tessons et/ou leurs sections, et donc de réduire les effets de conduction thermique. D'autre part, cette matière poreuse silico-calcaire permet du fait de sa microstructure de donner une tenue mécanique à l'air ou au vide, à savoir emprisonner l'air (ou le vide) de manière à minimiser les effets de convection. Selon le cas, l'élément de construction selon l'invention peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - la première et la deuxième face du parallélépipède sont chacune caractérisée par une surface totale des tessons comprise entre 20 000 et 35 000 mm2, pour une surface totale de ladite face parallélépipède comprise entre 90 000 et 130 000 mm2 ; - tessons périphériques orientés dans la deuxième direction 2 présentent des ouvertures rectangulaires de largeur comprise entre 6 mm et 20 mm et de longueur comprise entre 20 et 35 mm ; - les alvéoles sont de dimensions différentes ; - au moins une partie des tessons intérieurs orientés dans la première direction 1 présente une déviation comprise entre 10 et 80°, de préférence entre 30 et 60° par rapport à une des deux arêtes orientées dans la première direction 1 ; - la matière poreuse comprend 25% massique à 75% massique de silice, de 75% massique à 25% massique d'hydroxyde de calcium, et de 0 à 5% massique de magnésie et présentant une microstructure composée de nodules et/ou de cristaux sous forme d'aiguilles de manière à ménager des pores de diamètre moyen D50 compris ente 0,1 et 10 i.tm, et de manière à ce que ladite matière poreuse présente une porosité comprise entre 60 et 95%; la matière poreuse présente une microstructure composée de nodules et/ou de cristaux sous forme d'aiguilles et éventuellement de grains élémentaires de manière à ménager des pores de diamètre moyen D50 compris entre 0,1 et liam ; la matière poreuse présente une résistance mécanique comprise entre 5 et 40kg/cm2 préférentiellement entre 10 et 30kg/cm2 et une conductivité thermique comprise entre 50 et 150mW/°K.m préférentiellement inférieure à 100mW/°K.m; la matière poreuse comprend au moins 70% en poids de phase(s) cristalline(s) ; la phase cristalline renferme en outre une ou plusieurs phases silico-calcaire représentant 0 à 50% du poids de la matière poreuse ; - les phases silico-calcaires sont choisis parmi la xonotlite, la foshagite, la tobermorite 11A, la tobermorite 9A, la Riversideite 9A, la Trabzonite [Ca4Si3010, 2H20], la Rosenhahnite [Ca3Si308(OH)2], la Kilalaite [Ca6Si4014, 1-120], et la Gyrolite ; - les alvéoles présentent des parois profilées ou rainurées ; - au moins une partie des tessons périphériques comprennent au moins un tenon dessiné pour s'ancrer dans la rainure d'un deuxième élément de construction ; ledit élément de construction est une brique en terre cuite. La présente invention a également pour objet un mur comprenant un ou plusieurs éléments de construction selon l'invention, dans lequel la première direction 1 est orientée dans le sens de l'épaisseur du mur. La matière poreuse utilisée dans l'invention est totalement inorganique ce qui lui confère d'excellentes propriétés en terme de résistance au feu (maintien des propriétés mécaniques à haute température), de réduction des émissions de produits toxiques en cas d'incendie, de réduction des émissions de poussières ou de fibres,... La matière poreuse remplit de préférence la totalité des espaces de la brique car cette dernière sert de moule lors de la mise en forme de l'isolant. Cela facilite le remplissage et permet d'éviter tout espace entre la brique et la matière poreuse, espace dans lequel l'air pourrait circuler par convection. Ceci pourrait entrainer une perte de performance d'isolation. La pose de ces éléments de construction est facilitée par rapport aux isolants traditionnels car il fait partie intégrante de la brique. La pose est donc identique à celle d'une brique non garnie. La matière poreuse utilisée permet également de réduire la transmission des ondes sonores à travers l'élément de construction. La transmission sonore est en générale réduite lors du passage entre deux matériaux de densité différente. Enfin, l'ensemble des matériaux utilisés dans l'élaboration de l'élément de construction selon l'invention sont naturelles et recyclables. Les éléments de construction sont réalisés à partir d'argile extrudé pour lui donner la forme souhaitée. L'argile est un matériau constitué de feuillets qui s'orientent dans la direction de l'extrusion. La conductivité thermique des tessons d'argile est différente suivant la direction considérée : 0.54 W/mK dans la direction 1 et 0.37 W/mK dans la direction 2. Le transfert de la chaleur à travers la brique se fait majoritairement dans la direction 1, entre l'extérieur du bâtiment et l'intérieur. Deux modes de transferts sont prépondérants, la conduction à travers le matériau de la brique et la convection de l'air emprisonné dans les ouvertures de la brique. En considérant la convection de l'air dans les ouvertures de la brique, la solution retenue le plus souvent est de la remplir à l'aide d'un matériau poreux qui empêche les mouvements convectifs de l'air. Les matériaux les plus couramment cités sont les mousses organiques (polyuréthane), les laines minérales, les isolants organiques. Dans l'art antérieur, ces isolants sont prédécoupés puis insérés dans les ouvertures de la brique. Dans le cadre de l'invention, la matière poreuse silici-calcaire est synthétisée dans la brique elle-même, en se servant de cette dernière comme d'un moule. Cela présente l'avantage de remplir totalement l'ouverture de la brique sans espace entre le tesson et l'isolant. Un espace pourrait conduire à des phénomènes convectifs qui réduiraient les performances d'isolation thermique. A l'opposé, tasser un isolant de type mousse organique, conduirait à un matériau isolant de plus forte densité et donc aux performances d'isolation plus faibles. La conduction de la chaleur à travers la brique est essentiellement assurée par les tessons d'argile. Deux approches sont possibles pour réduire la conduction, 1) augmenter la porosité de l'argile en ajoutant un porogène comme la perlite, 2) réduire la quantité de tesson. Ce deuxième point se heurte au problème du maintien de la résistance mécanique minimale en compression de la brique assuré par les tessons d'argile. La plupart des matériaux isolants utilisés classiquement n'ont pas la résistance à la compression nécessaire pour être considéré comme élément de structure. La quantité de tesson ne peut donc pas être réduite dans une gamme plus importante que celle des briques non garnies (figures 1 et 2). Dans ces conditions, il est impossible d'améliorer de manière significative les performances des briques. Le matériau isolant inorganique proposé dans cette invention possède une résistance mécanique suffisante pour permettre de réduire la quantité de tesson dans la brique et ainsi améliorer les performances d'isolation thermique par conduction. Un compromis doit cependant être trouvé entre la réduction de la quantité de tesson, la résistance mécanique en compression et la manutention des briques avant cuisson. En effet avant cuisson de l'argile, celui-ci peut se déformer sous son propre poids. Il est donc nécessaire d'assurer une certaine rigidité à la brique pour sa manutention. Une solution de la présente invention est un procédé de fabrication d'un élément de construction selon l'invention, comprenant : une étape a) de cuisson d'une brique en argile comprenant au moins deux alvéoles délimitées par des tessons intérieurs et des tessons périphériques ; une étape b) d'élimination d'au moins 1 tesson intérieur de la brique cuite ; et une étape c) de remplissage des alvéoles avec la matière poreuse silico- calcaire. L'élimination de tesson après cuisson de la brique mais avant le remplissage des alvéoles avec la matière poreuse silico-calcaire permet de réduire au maximum la quantité de tesson d'argile. Des exemples de designs de brique avec tessons amovibles 1 sont présentés aux figures 3 et 4. La figure 3 représente la première face d'une brique de construction avec une surface totale de tessons égale à 27 700 mm2. La figure 4 représente la première face d'une brique de construction avec une surface totale de tessons égale à 21 700 mm2 Les tessons amovibles peuvent présenter une section plus fine à l'endroit où la cassure doit avoir lieu afin de la faciliter et d'éviter d'endommager le reste de la structure de la brique. REVENDICATIONS1. Elément de construction de forme générale parallélépipédique comprenant au moins deux alvéoles délimitées par des tessons intérieurs et des tessons périphériques, débouchant sur une première face et une deuxième face opposées du parallélépipède et comprenant une matière poreuse silico-calcaire, la première et la deuxième face du parallélépipède étant chacune caractérisée par : - deux arêtes orientées dans une première direction 1 et deux arêtes orientées dans une deuxième direction 2; - un rapport entre la surface des tessons présents sur ladite face du parallélépipède et la surface totale de cette même face du parallélépipède, compris entre 20 et 32%, et - un rapport entre la longueur des tessons intérieurs orientés dans la première direction 1 et la longueur totale des tessons intérieurs de cette même face du parallélépipède, inférieur à 25%. 2. Elément de construction selon la revendication 1, dans lequel la première et la deuxième faces du parallélépipède sont chacune caractérisée par une surface totale des tessons comprise entre 20 000 et 35 000 mm2, pour une surface totale de ladite face parallélépipède comprise entre 90 000 et 130 000 mm2. 3. Elément de construction selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les tessons périphériques orientés dans la deuxième direction 2 présentent des ouvertures rectangulaires de largeur comprise entre 6 mm et 20 mm et de longueur comprise entre 20 et 35 mm. 4. Elément de construction selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les alvéoles sont de dimensions différentes. 5. Elément de construction selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'au moins une partie des tessons intérieurs orientés dans la première direction 1présente une déviation comprise entre 10 et 80°, de préférence entre 30 et 60° par rapport à une des deux arêtes orientées dans la première direction 1. 6. Elément de construction selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la matière poreuse comprend 25% massique à 75% massique de silice, de 75% massique à 25% massique d'hydroxyde de calcium, et de 0 à 5% massique de magnésie et présentant une microstructure composée de nodules et/ou de cristaux sous forme d'aiguilles de manière à ménager des pores de diamètre moyen D50 compris ente 0,1 et 10 iam, et de manière à ce que ladite matière poreuse présente une porosité comprise entre 60 et 95%. 7. Elément de construction selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la matière poreuse présente une microstructure composée de nodules et/ou de cristaux sous forme d'aiguilles et éventuellement de grains élémentaires de manière à ménager des pores de diamètre moyen D50 compris entre 0,1 et 8. Elément de construction selon la revendication 7, caractérisé en ce que la matière poreuse présente une résistance mécanique comprise entre 5 et 40kg/cm2 préférentiellement entre 10 et 30kg/cm2 et une conductivité thermique comprise entre 20 50 et 150mW/°K.m préférentiellement inférieure à 100mW/°K.m. 9. Elément de construction selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisée en ce que la matière poreuse comprend au moins 70% en poids de phase(s) cristalline(s). 25 10. Elément de construction selon la revendication 9, caractérisée en ce que la phase cristalline renferme en outre une ou plusieurs phases silico-calcaire représentant 0 à 50% du poids de la matière poreuse 11. Elément de construction selon la revendication 10, caractérisée en ce que les 30 phases silico-calcaires sont choisis parmi la xonotlite, la foshagite, la tobermorite 11A, la tobermorite 9A, la Riversideite 9A, la Trabzonite [Ca4Si3010, 2H20], la Rosenhahnite [Ca3Si308(OH)2], la Kilalaite [Ca6Si4014, E120], et la Gyrolite. 12. Elément de construction selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les alvéoles présentent des parois profilées ou rainurées. 13. Elément de construction selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'au moins une partie des tessons périphériques comprennent au moins un tenon dessiné pour s'ancrer dans la rainure d'un deuxième élément de construction. 14. Elément de construction selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que ledit élément de construction est une brique en terre cuite. 15. Mur comprenant un ou plusieurs éléments de construction selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la première direction 1 est orientée dans le sens de l'épaisseur du mur. 16. Procédé de fabrication d'un élément de construction selon l'une des revendications 1 à 14, comprenant : - une étape a) de cuisson d'une brique en argile comprenant au moins deux alvéoles délimitées par des tessons intérieurs et des tessons périphériques ; - une étape b) d'élimination d'au moins 1 tesson intérieur de la brique cuite ; - une étape c) de remplissage des alvéoles avec la matière poreuse silico- calcaire.