Brevet FR3021982A1 — publié le 20151211

ELEMENT DE CONSTRUCTION POUR UN BATIMENT ET PROCEDE DE FABRICATION D'UN TEL ELÉMENT L'invention concerne un élément de construction pour un bâtiment et un procédé de fabrication d'un tel élément de construction. Un élément de construction selon l'invention peut être préfabriqué, en usine et assemblé sur chantier ou préfabriqué directement sur chantier avant assemblage. L'invention s'applique plus particulièrement aux constructions pour logements individuels ou collectifs, dont les murs porteurs et les planchers sont réalisés au moyen d'éléments de construction selon l'invention. Ces éléments de construction sont également adaptés aux constructions en zone de forte sismicité. Dans le domaine de la construction de bâtiments, les murs porteurs et dalles porteuses du bâtiment doivent assurer un certain nombre de fonctions, comme les fonctions séparative, esthétique et structurelle. La fonction séparative n'est pas seulement d'ordre géométrique mais également phonique, thermique ou encore lumineuse. Les murs et dalles peuvent également intégrer des équipements techniques, comme des tuyaux et des câbles électriques et empêchent une intrusion à l'intérieur du bâtiment. Pour assurer les fonctions structurelle et isolante, les murs porteurs sont le plus souvent réalisés en blocs en béton ou en briques de terre cuite et l'isolation intérieure est effectuée par collage d'un revêtement isolant sur la paroi interne des murs. D'autre part, la finition extérieure est réalisée par application d'un enduit hydraulique ou par fixation d'un bardage traditionnel sur une ossature extérieure rapportée. Par ailleurs, les planchers du bâtiment sont obtenus, soit par coulage d'une dalle pleine en béton armé, soit par des éléments préfabriqués du type poutrelles et entrevous dans le cas d'un vide sanitaire. L'isolation peut être intégrée au plancher ou disposée sous le revêtement de sol. Par exemple, WO-A-2008/097102, WO-A-02/066757 et WO-A-01/33006 divulguent chacun un mur réalisé en béton « armé » porteur assurant la résistance du mur, c'est-à-dire comprenant une armature métallique sous forme de grillage, qui est noyée dans du béton. Pour alléger le mur, le béton choisi est un béton de type léger, qui est renforcé en traction et/ou en compression par la présence de l'armature métallique. D'autre part, EP-A-1 063 364 divulgue un mur comportant des parements interne et externe entre lesquels est coulé un matériau isolant formé à base de ciment. Ce matériau isolant peut être renforcé par des fibres de type métallique pour augmenter sa résistance en traction et/ou en compression. Ce type de construction résulte en des murs lourds, nécessitant des moyens de levage importants, tels qu'une grue. De plus, ce type de construction a pour inconvénient de mal traiter les ponts thermiques. Par ailleurs, les murs de certaines maisons individuelles en bois sont constitués d'une ossature autoporteuse en bois, c'est-à-dire qui supporte en intégralité la charpente ou une dalle supérieure. Des traitements avec des produits chimiques puissants sont nécessaires pour prévenir les problèmes de termites et de mérule qui peuvent mettre en danger la solidité de l'ouvrage. Pour ce type de maison, il est également possible d'utiliser une ossature autoporteuse en métal sur laquelle sont fixés des parements intérieur et extérieur en bois. Cependant, les parements en bois sont moins solides que le béton et demandent un entretien régulier, c'est pourquoi ils ne représentent qu'une faible part du marché. C'est à ces inconvénients qu'entend plus particulièrement remédier l'invention en proposant un élément de construction monobloc plus léger mais tout aussi solide, qui intègre à la fois une fonction structurelle et isolante. A cet effet l'invention concerne un élément de construction pour un bâtiment qui comprend une ossature métallique autoporteuse, un grillage qui est fixé à l'ossature et un isolant non-porteur, dans lequel sont noyés l'ossature et le grillage. Grâce à l'invention, l'ossature métallique supporte l'ensemble de la charge de l'élément, si bien qu'il n'est pas nécessaire de prévoir un isolant, ou liant à forte résistance mécanique. L'isolant enrobant l'ossature est donc simplement un isolant thermique à faible densité selon le principe du colombage. En outre, le grillage fixé sur l'ossature empêche les infractions à l'intérieur du bâtiment et contribue à la liaison mécanique entre l'ossature et l'isolant. De cette manière, le mur se présente sous la forme d'un seul bloc, qui présente de bonnes propriétés isolantes et qui est plus léger que les éléments de construction en béton armé traditionnels. Ainsi, cet élément de construction est manipulable avec les moyens de levage traditionnels des chantiers de construction de maisons individuelles, tels que les élévateurs. Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, un élément de construction peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises dans toute combinaison techniquement admissible : - L'isolant est en béton de chanvre. - L'ossature métallique comprend des montants et au moins un renfort en croix. - Les montants ont une section en C. - Le grillage est fixé vissé aux montants de l'ossature. - L'ossature métallique est adaptée à la fixation d'un ou plusieurs éléments de coffrage nécessaires à la consolidation de l'isolant. - L'ossature est maintenue entre un rail supérieur et un rail inférieur. - L'isolant a une densité inférieure à 400 kg/m3. - L'isolant a une conductivité thermique inférieure à 0,07 W.K-1.m-1. L'invention concerne également un procédé comprenant des étapes consistant à : a) assembler une ossature métallique autoporteuse, b) fixer un grillage sur l'ossature, c) fixer un coffrage sur l'ossature, d) couler un isolant sous forme liquide ou pâteuse à l'intérieur du coffrage. L'invention et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre d'un mode de réalisation d'un élément de construction pour un bâtiment conforme à son principe, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins dans lesquels : - la figure 1 est une coupe verticale d'un élément de construction, tel qu'un mur, conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue de face d'une ossature métallique autoporteuse appartenant au mur de la figure 1, sur laquelle est fixée un grillage, et - la figure 3 est une coupe verticale partielle du mur de la figure 1, disposé sur une table de préfabrication. Sur la figure 1 est représenté un élément de construction 2 pour un bâtiment. Dans l'exemple, l'élément de construction 2 est un mur du type porteur, mais il peut également s'agir d'une dalle de plancher ou d'une simple cloison. A la figure 1, le mur 2 est représenté partiellement en hauteur. Lorsque le mur 2 est monté au sein du bâtiment, celui-ci sépare l'intérieur I du bâtiment de l'extérieur E. L'élément de construction 2 est adapté à la construction de logements individuels ou collectifs en zone de sismicité 3 et 4 et avec une hauteur maximale R+2, c'est-à-dire avec un rez-de-chaussée et deux étages. Dans le cas d'une maison individuelle, le mur 2 est adapté pour supporter la charpente ou une dalle supérieure non représentée. Le mur 2 comprend une ossature métallique autoporteuse 4, qui supporte l'ensemble de la charge du mur, c'est-à-dire le poids de la charpente ou de la dalle supérieure selon le type de construction. Comme visible à la figure 2, l'ossature métallique 4 comprend des montants 40, qui sont régulièrement espacés sur la longueur du mur 2. Comme visible à la figure 3, les montants 40 sont à section horizontale en C, avec deux branches parallèles, qui sont orientées dans le sens de la longueur du mur. L'ossature métallique 4 comprend également un ou plusieurs renforts en croix 42. Un seul renfort 42 est représenté à la figure 2. Ce renfort 42 a une forme en croix de Saint-André et présente une largeur correspondant à deux fois l'écartement entre deux montants successifs 40. Les montants 40 et le ou les renforts en croix 42 sont réalisés à partir de profilé mince en acier galvanisé ou inoxydable. L'ossature 4 est maintenue entre un rail inférieur 8 et un rail supérieur 10. Le mur 2 présente une hauteur en pratique supérieure à la distance entre le sol S et le plafond P, de sorte que les rails 8 et 10 ne sont pas visibles. Les rails 8 et 10 sont à section en U à fond plat, dont une normale à la paroi de fond est orientée dans le sens de la hauteur du mur. Les montants 40 de l'ossature 4 et chaque renfort 42 sont fixés à l'intérieur des rails 8 et 10 par boulonnage. Les rails 8 et 10 font partie intégrante du mur 2. Comme visible à la figure 2, l'ossature 4 est adaptée à l'aménagement d'une fenêtre puisqu'elle délimite une embrasure 14. Cette embrasure 14 peut avoir une largeur allant jusqu'à trois mètres. Le mur porteur 2 comprend également un isolant 6 enrobant l'ossature 4 et formant un isolant thermique et/ou phonique. En pratique, l'isolant est « biosourcé », du type béton de chanvre, dont l'empreinte carbone est nulle ou très faible. Le béton de chanvre est un mélange à base de liant hydraulique, comme de la chaux ou du ciment et contenant des additifs à faible densité et à forte capacité d'isolation thermique, comme des fibres végétales. Ce béton de chanvre est coulé autour de l'ossature 4 et présente une conductivité thermique inférieure à 0,07 W.K-1.m-1. Cela correspond en pratique à une résistance thermique égale à 4,5 K.W-1 pour une épaisseur de 24 cm. Par ailleurs, l'isolant 6 a une densité inférieure à 400 kg/m3, de préférence égale à 300 kg/m3. L'isolant 6 est non-porteur, c'est-à-dire qu'il ne contribue pas à la fonction mécanique de support du mur 2. Par ailleurs, une fois consolidé, l'isolant 6 est adapté pour supporter un enduit extérieur de façade. La conductivité thermique et la masse volumique de l'isolant 6 sont optimisées pour obtenir le meilleur compromis entre isolation thermique et acoustique. L'ossature métallique 4 est totalement noyée dans l'isolant 6. On peut cependant imaginer une ossature partiellement noyée dans l'isolant 6. L'élément de construction 2 comprend également un grillage 16, qui est fixé sur l'ossature 4. En pratique, le grillage 16 est un treillis d'armatures fixé aux montants 40 de l'ossature 4. Le grillage 16 participe à la liaison entre l'isolant 6 et l'ossature métallique 4. Cela permet de former un mur consolidé monobloc. Par ailleurs, le grillage 16 forme un moyen d'antieffraction. Le grillage 16 s'étend dans un plan vertical parallèle au sens de la longueur du mur. A la différence d'une armature, l'ossature métallique 4 du mur 2 n'est pas configurée pour augmenter la résistance mécanique de l'isolant 6 mais pour supporter l'ensemble de la charge du mur 2. L'isolant 6 enrobant l'ossature 4 ne reprend donc pas les efforts appliqués au mur, c'est pourquoi il est possible de choisir un isolant 6 avec une densité très faible. Cela résulte en un mur 2 très léger, qui ne requiert pas de moyens de levage importants. La manutention et le transport de ce type d'élément de construction est donc facilitée. De plus, les délais de réalisation d'une construction sont réduits et les nuisances occasionnées sont moindres par rapport à la construction de murs en béton armé. Le mur 2 peut être préfabriqué en usine et assemblé ensuite sur chantier ou fabriqué directement sur site. Comme visible à la figure 3, l'ossature métallique 4 permet de fixer des éléments de coffrage nécessaires à la consolidation de l'isolant 6. Sur la figure 3, un seul élément de coffrage 18 est représenté. Il s'agit d'une plaque d'extrémité, qui est fixée à un montant d'extrémité 40 de l'ossature 4 par des vis autoforeuses 22. L'ossature métallique 4 est posée à plat sur une table de préfabrication 20, qui s'étend sur toute la longueur du mur 2. En pratique, trois autres plaques analogues ou identiques à la plaque 18 sont disposées sur les trois autres côtés du mur 2. Ces quatre plaques et la table de préfabrication 20 forment ensemble un moule, ou un coffrage de fabrication du mur 2. Ci-dessous est décrit le procédé de fabrication d'un élément de construction 2 tel que décrit précédemment. Pour fabriquer le mur 2, on commence par assembler l'ossature 4 en fixant les montants 40 et les renforts 42 aux rails 8 et 10, notamment par boulonnage. L'ensemble est équerré dans l'espace grâce aux renforts de sorte que les rails 8 et 10 sont parallèles. Ensuite le grillage 16 est fixé à l'ossature 4, notamment par des vis auto-foreuses. L'ensemble est posé à plat sur la table de préfabrication 20 et les éléments de coffrage 18 sont rapportés en périphérie de l'ossature 4. Plus précisément, les éléments de coffrage 18 sont fixés sur les montants 40 et sur les rails 8 et 10 par les vis autoforeuses 22. Des serre-joints non représentés permettent de brider les éléments de coffrage 18 sur la table 20 pour assurer l'étanchéité. La table 20 est fixée indirectement à l'ossature 4, c'est-à-dire par l'intermédiaire des éléments 18. Finalement, l'isolant thermique 6 est coulé sous forme liquide ou pâteuse à l'intérieur du coffrage. Une fois que l'isolant, ou liant 6 est consolidé, le coffrage peut être retiré. La fixation d'un ou plusieurs éléments coffrant sur l'ossature 4 permet de fabriquer facilement le mur 2 sur chantier, notamment à partir du principe de préfabrication foraine, qui consiste à fabriquer le mur sur une table coffrante du chantier. En outre, des équipements techniques, tels que des tuyaux, gaines, boîtiers de réservation ou câbles électriques peuvent être intégrés au mur 2 directement en usine ou sur le chantier. Cela permet de fabriquer un mur prêt à être posé, avec lequel l'ouvrier n'a pas besoin de réaliser des trous pour l'intégration d'équipements techniques. Les embrasures sont aménagées en usine pour recevoir les fenêtres et les parois de l'embrasure sont isolées et rendues étanches, notamment à l'air et à l'eau. Le procédé de fabrication d'une dalle est similaire à celui décrit ci-dessus. En variante non représentée, d'autres matériaux que le béton de chanvre peuvent être utilisés pour l'isolant 6. Par exemple, il est possible d'utiliser un mélange à base de ciment ou de chaux et de billes de polystyrène ou de graphite. Il est également possible d'utiliser un mélange à base de toute matière isolante chimique ou naturelle dont la mise en oeuvre peut être réalisée à partir d'une base liquide ou pâteuse et dont la prise intervient dans un délai compatible avec les cycles de préfabrication d'usine. En variante non représentée, la liaison des montants 40 et des éléments en croix 42 avec les rails 8 et 10 peut être effectuée par tout autre moyen approprié, comme par exemple le clinchage ou le rivetage. En variante non représentée, l'ossature 4 est adaptée à l'aménagement de plusieurs fenêtres. Selon une autre variante non représentée, le grillage 16 est fixé à l'ossature 4 en faisant passer des traverses horizontales du grillage métallique 16 dans des perçages des montants 40. Selon une autre variante non représentée, l'isolant 6 est de type « perspirant », c'est-à-dire qu'il est capable d'absorber ou de refouler de la vapeur d'eau en fonction du taux d'humidité ambiant. Les caractéristiques techniques des variantes et modes de réalisation envisagés ci-dessus peuvent être combinées entre elles pour générer de nouveaux modes de réalisation de l'invention. REVENDICATIONS1.- Elément de construction (2) pour un bâtiment, caractérisé en ce qu'il comprend une ossature métallique autoporteuse (4), un grillage (16) qui est fixé à l'ossature et un isolant non-porteur (6), dans lequel sont noyés l'ossature et le grillage. 2.- Elément de construction selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'isolant (6) est en béton de chanvre. 3.- Elément de construction selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'ossature métallique (4) comprend des montants (40) et au moins un renfort en croix (42). 4.- Elément de construction selon la revendication 3, caractérisé en ce que les montants (40) ont une section en C. 5.- Elément de construction selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le grillage (16) est vissé aux montants (40) de l'ossature (4). 6.- Elément de construction selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'ossature métallique (4) est adaptée à la fixation d'un ou plusieurs éléments de coffrage (18) nécessaires à la consolidation de l'isolant (6). 7.- Elément de construction selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'ossature (4) est maintenue entre un rail supérieur (10) et un rail inférieur (8). 8.- Elément de construction selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'isolant (6) a une densité inférieure à 400 kg/m3. 9.- Elément de construction selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'isolant (6) a une conductivité thermique inférieure à 0,07 W.K-1.m-1. 10.- Procédé de fabrication d'un élément de construction (2), caractérisé en ce qu'il comprend des étapes consistant à a) assembler une ossature métallique autoporteuse (4), b) fixer un grillage (16) à l'ossature, c) fixer un coffrage (18, 20) sur l'ossature, d) couler un isolant (6) sous forme liquide ou pâteuse à l'intérieur du coffrage. 20