Brevet FR3012831A1 — publié le 20150508

Elements poutre et plancher pour bâtiments avec tiges de bambou L'invention concerne le domaine de la construction de bâtiments, et concerne plus particulièrement un élément poutre et plancher pour bâtiments, avec tiges de bambou. Le domaine de la construction de bâtiments est un très gros consommateur de ciment. Il est en cela responsable de grandes quantités d'émission de gaz carbonique produites, ainsi que de sources d'énergie consommées à l'occasion de la fabrication du ciment. Des matériaux alternatifs ont été proposés, plus conformes à un développement durable. Par exemple le bois est de plus en plus utilisé. Quand il est exploité avec plantation systématique de jeunes arbres pour chaque arbre abattu, le bois est un matériau durable. De plus il permet d'obtenir des constructions plus légères que le béton. Néanmoins le bois, quoique plus léger que le béton, reste un matériau lourd. Par ailleurs, son exploitation durable est contraignante. Le temps de pousse d'un arbre est en général de 30 ans sous nos latitudes et de plus de 60 ans dans les forêts du nord de l'Europe. Le document DE196 10 247 divulgue un panneau fait à partir de pellet, tiges ou fibres liés par un liant. Ces tiges ou fibres peuvent venir de fleurs de tournesol. Néanmoins ces panneaux se limitent à un usage de revêtement, et n'ont de caractéristique mécanique que celle du liant renforcé de fibres. Le document US2 369 006 divulgue une structure faite de tubes calibrés assemblés sur le modèle des structures en nid d'abeille. Le document cite le bambou comme matière première possible, mais la solution ne peut pas fonctionner avec des bambous naturels, de diamètre variable le long de la longueur des tiges de bambou et entre les tiges de bambou. De plus leur résistance mécanique à la flexion est très limitée. La présente invention se propose de remédier à au moins une partie des inconvénients précités et propose une solution qui permette d'utiliser des tiges de bambou dans une poutre ou un plancher de sorte à conférer au panneau des caractéristiques de tenue mécanique en flexion, en plus de leurs caractéristiques d'isolation thermique. A cet effet, l'invention concerne un élément constructif de type poutre ou plancher comportant une tige de bambou. Cet élément constructif est particulier en ce qu'il comporte en outre deux plaques et au moins un tirant disposé entre lesdites deux plaques de sorte à les empêcher de s'éloigner l'une de l'autre, et en ce que ladite tige de bambou est cintrée, et ses deux extrémités s'appuient chacune sur l'une des deux plaques. Ces dispositions confèrent audit élément constructif une résistance à la flexion améliorée, et permet de l'utiliser comme élément constructif horizontal comme une poutre horizontale, ou un plancher. Selon d'autres caractéristiques : la flèche de cintrage peut être au moins égale au diamètre de ladite tige de bambou, obligeant ainsi la tige de bambou à augmenter sa dimension horizontale de plusieurs millimètres si elle devient rectiligne, et une telle augmentation peut efficacement être empêchée par une plaque et une préparation des tiges de bambou au millimètre près, ledit élément constructif peut comporter au moins deux tiges de bambou cintrées dans le même plan et dans le même sens, renforçant la résistance à la flexion dudit élément constructif ; le nombre de tiges de bambou cintrées dans le même plan et dans le même sens peut atteindre plusieurs dizaines, renforçant encore cette caractéristique, ledit élément constructif peut comporter un liant disposé entre les tiges de bambou, permettant d'une part d'augmenter encore leur résistance à la flexion en les empêchant de glisser l'une part rapport à l'autre, et d'autre part de remplir les espaces externes aux tiges de bambou pour former sensiblement un parallélépipède, ledit élément constructif peut être sous la forme d'une poutre, comportant une âme et deux semelles basse et haute disposées de part et d'autre de l'âme, ladite tige de bambou cintrée étant disposée ses extrémités vers la semelle basse, et son milieu vers la semelle haute ; on obtient ainsi une poutre qui peut être disposée horzontale, et résistant à un effort appliqué verticalement en son milieu, ladite poutre peut comporter au moins une troisième plaque, une tige de bambou cintrée et un tirant disposés entre ladite troisième plaque et l'une desdites deux plaques, de sorte à former une poutre à au moins deux tronçons ; ceci permet d'obtenir des poutres plus longues, sans trop augmenter la flèche ni le rayon, et donc en conservant un changement de longueur horizontal significatif des tiges de bambou cintrées au décintrage ; la poutre peut bien entendu être composé d'un bien plus grand nombre de tronçons, pour atteindre des longueurs habituelles de poutres, ledit élément constructif peut se présenter sous la forme d'un plancher, dans lequel lesdites deux plaques se présentent sous la forme de deux poutres s'étendant sur toute la longueur ou la largeur dudit plancher, et la tige de bambou cintrée présente ses extrémités vers le bas et son milieu vers le haut ; on obtient ainsi un plancher résistant à un effort vertical appliqué en son milieu par exemple, ledit plancher peut comprendre au moins une troisième plaque sous la forme d'une poutre, et une tige de bambou cintrée et un tirant disposés entre ladite troisième plaque et l'une desdites deux plaques, de sorte à former un plancher à au moins deux tronçons ; ceci permet d'obtenir des planchers plus longs (dans l'autre dimension horizontale que celle des plaques en forme de poutre), sans trop augmenter la flèche ni le rayon, et donc en conservant un changement de longueur horizontal significatif des tiges de bambou cintrées au décintrage ; le plancher peut bien entendu être composé d'un bien plus grand nombre de tronçons, pour atteindre des longueurs habituelles d'un plancher, ledit plancher peut comporter des dalles de finition sur son dessus, et/ou son dessous, permettant de répartir les charges sur les tiges de bambou, et de donner un aspect fini au dessus du plancher et/ou au plafond de l'étage en dessous. La présente invention concerne encore un procédé de fabrication d'un élément de construction selon l'invention, comportant les étapes suivantes : - introduction d'une tige de bambou brut dans une ligne de sélection - mesure du diamètre le long de la longueur de ladite tige de bambou brut - comparaison dudit diamètre à un diamètre de consigne - coupe de la tige de bambou brut dès que ledit diamètre passe sous ledit diamètre de consigne, - découpe de ladite tige de bambou brut en tronçons d'égales longueurs, - cintrage des tiges de bambou obtenues - utilisation comme tige de bambou dans la fabrication dudit élément de construction Un tel procédé permet, à partir de tiges de bambou brut, d'obtenir des tiges de diamètre sensiblement homogène. Un aboutage peut permettre en plus de réduire les chutes. L'avantage découlant de la présente invention consiste en ce qu'on obtient une poutre ou un plancher à base de tiges de bambou, avec des caractéristiques thermiques excellentes telles que celles du bambou, et une résistance à la flexion bien supérieure à celle obtenue par des poutres ou panneaux de l'état de la technique à base de tiges de bambou. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre se rapportant à un exemple de réalisation donné à titre indicatif et non limitatif. La compréhension de cette description sera facilitée en se référant aux dessins joints, dans lesquels : la figure 1 représente une vue partielle en coupe d'une poutre selon l'invention ; la figure 2 représente une vue en coupe longitudinale de la poutre de la fig. 1 ; la figure 3 représente une vue schématique d'une machine intervenant dans la fabrication du panneau de la fig. 1 ; - la figure 4 représente un détail d'un mode particulier de réalisation du panneau de la fig. 1 ; la figure 5 représente une vue partielle en perspective d'un plancher selon l'invention ; Tel que représenté aux fig. 1 et 2, un mode préféré de réalisation de la présente invention concerne une poutre 7, comportant une âme 1, des semelles 2, des plaques 3 et des tirants 4. L'âme 1 est constituée de tiges de bambou 5 d'un seul tenant sur la longueur de la poutre 7. Selon l'invention, ces tiges de bambou 5 sont cintrées, leurs extrémités orientées vers le bas, et leur centre remonté vers le haut, comme illustré à la fig. 1. Les tirants 4 maintiennent l'écartement des plaques 3 à une distance inférieure à la longueur totale des tiges de bambou 5. Les tirants 4 sont de préférence métalliques, par exemple en acier, et les plaques 3 sont en un matériau isolant pour éviter de constituer un pont thermique, par exemple en bois ou en matière plastique. Un liant 6 est disposé entre les tiges de bambou 5, ainsi que dans l'espace libéré en bas au centre de la poutre 7, et en haut en ses extrémités. Les semelles 2 permettent de répartir la charge latéralement dans l'âme 1. Ainsi lorsqu'une charge est appliquée en flexion, par exemple au centre de l'âme 1, les tiges de bambou 5 résistent efficacement à cette charge. En effet pour céder à cette charge, elles devraient passer de leur configuration cintrée à leur configuration droite, ce qui éloignerait les plaques 3. Or ces plaques 3 sont maintenues en écartement par les tirants 4. Ainsi, l'âme 1 selon l'invention résiste aux efforts en flexion. La fig. 1 représente deux plaques 3 et deux tirants 4 qui les maintiennent en écartement. La distance de ces deux plaques 3 peut être typiquement de l'ordre de 50cm, mais peut aussi être plus faible ou plus grande, jusqu'à 1 m par exemple, ou même plus. Pour des poutres 7 de plus grande longueur, par exemple deux, trois ou six mètres, on peut par exemple disposer des plaques 3 tous les 50cm, et des tirants 4 disposés de sorte à limiter l'espacement de chaque plaque 3 par rapport à la plaque 3 adjacente (voir exemple du plancher fig. 5, décrit plus loin). On constitue ainsi une poutre 7 par une succession de tronçons. L'âme 1 peut par exemple présenter une hauteur de 40cm et une largeur de 10cm, et comporter 20 à 30 tiges de bambou 5 de diamètres compris entre 30 et 50mm. Dans une même âme 1 on peut disposer des tiges de bambou 5 de différents diamètres, en vue d'optimiser le remplissage et la résistance mécanique pour une dimension d'âme 1 donnée. La flèche peut être de l'ordre du diamètre d'une tige de bambou 5, ce qui donne un rayon de courbure de l'ordre de 50cm, et un allongement horizontal de la tige de bambou 5 d'un cm par côté pour passer de la position cintrée à la position droite. Un tel allongement peut être empêché efficacement par une plaque 3 en bois ou en matière plastique et un tirant 4 métallique. Il est préférable de conférer le même diamètre de cintrage à toutes les tiges de bambou 5 d'un même tronçon, pour assurer un bon remplissage de l'âme 1. Dans l'exemple ci-dessus, la flèche peut par exemple être d'environ 30mm. Selon un autre mode de réalisation, on peut disposer un seul tirant en bas de poutre 7, la partie supérieure de la poutre 7 n'étant pas sollicitée en traction quand la poutre 7 est sollicitée en flexion. Une poutre 7 selon l'invention permet d'obtenir une résistance à la flexion du même ordre qu'une poutre en bois de construction de même dimensions, tout en présentant des caractéristiques d'isolation thermique et phonique bien supérieures. Les tiges de bambou 5 présentent de préférence un diamètre homogène sur toute la longueur de cette tige, pour assurer un meilleur remplissage de l'âme 1. Pour les obtenir, on peut par exemple procéder comme décrit ci-après. Dans le processus de fabrication du panneau tel qu'illustré aux fig. 3 et 4, des tiges de bambou brut 8 sont introduites dans une ligne de sélection 9 comportant un moyen de mesure du diamètre 10 tel qu'une caméra ou un palpeur, ainsi qu'un moyen de coupe 11 tel qu'une scie. On coupe alors les parties de tige de bambou brut 8 présentant des diamètres extérieurs trop différents, et on aboute les morceaux de tige de bambou brut 8 présentant des diamètres extérieurs suffisamment proches. Des diamètres extérieurs entre 20 et 25mm, entre 25 et 30mm, entre 30 et 40mm, et entre 40 et 50mm peuvent par exemple être prévus. Pour une tige de bambou brut 8 dont le diamètre extérieur est sur une partie de sa longueur entre 25 et 30mm, et qui présente des parties de tige de bambou brut 8 de diamètre inférieur à 25mm, ces parties sont coupées, et aboutées à des tiges de bambou brut 8 de diamètre compris entre 20 et 25mm. En cas de besoin, on peut procéder à l'aboutage de deux parties de tiges de bambou brut 8 par sciage des deux extrémités 12, calibrage du creux interne 13, puis introduction d'un tourillon 14 dans le creux calibré de chacune des extrémités 12, et collage dudit tourillon 14. Un tel procédé permet de disposer de tiges de bambou 5 de toute longueur, avec un diamètre dans la même gamme sur toute la longueur tout en réduisant les chutes inutilisées au minimum. On considère dans le cadre de la présente invention qu'une tige de bambou brut 8 est une tige de bambou avant découpe et assemblage, et qu'une tige de bambou 5 est une tige da bambou prête à être cintrée pour son emploi dans un élément constructif 7, 15 selon l'invention, le cas échéant après assemblage de plusieurs morceaux de tiges de bambou brut 8. Selon un autre mode de réalisation illustré à la fig. 5, la présente invention concerne un plancher 15, comportant des tiges de bambou 5 disposées cintrées comme à la fig. 1, entre des poutres 16 formant les plaques 3 de la fig. 1. Des tirants 4 sont également mis en place. Le plancher 15 comporte des dalles de finition 17, qui peuvent être en bois, plastique, ou encore en dalles constituées de profilés usinés de bambou. Ces dalles de finition 17 constituent alors la partie apparente du plancher, et celle sur laquelle les utilisateurs vont marcher. Elles ont une fonction de donner un aspect acceptable au plancher, mais aussi de répartir les charges, notamment sur la longueur des tiges de bambou 5. On peut aussi en variante disposer des semelles entre les dalles de finition 17 et les tiges de bambou 5 et les poutres 16, si on a besoin d'une répartition plus efficace des charges. Les poutres 16 peuvent selon un mode préféré de réalisation de l'invention, être elles-mêmes des poutres 7 selon l'invention illustrée à la fig. 1. La hauteur des poutres 16 peut être différente de la hauteur remplie par les tiges de bambou 5, mais il y a un avantage à ce que les hauteurs soient sensiblement identique, permettant de constituer un plancher homogène. Pour conférer une résistance suffisante aux poutres 16, l'homme du métier pourra adapter leur largeur, ou encore leur constitution. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la poutre 7, ou le plancher selon l'invention peut comporter des ligatures, rendant solidaire un ensemble de tiges de bambou 5 pour les empêcher de glisser l'une par rapport à l'autre. Cela augmente encore leur résistance à la flexion. L'avantage de la présente invention réside en particulier en ce que la poutre 7 selon l'invention présente une résistance en flexion nettement supérieure à celle obtenue par des poutres de l'état de la technique à base de bambous. Cet avantage permet d'envisager de faire un plancher en appliquant la même solution technique, ce qui était inenvisageable avec les solutions de l'état de la technique. Nomenclature 1. âme 2. semelle 3. plaque 4. tirant 5. tige de bambou 6. liant 7. poutre 8. tige de bambou brut 9. ligne de sélection 10. moyen de mesure REVENDICATIONS1. Elément constructif de type poutre (7) ou plancher comportant une tige de bambou (5) caractérisé en ce qu'il comporte en outre deux plaques (3) et au moins un tirant (4) disposé entre lesdites deux plaques (3) de sorte à les empêcher de s'éloigner l'une de l'autre, et en ce que ladite tige de bambou (5) est cintrée, et ses deux extrémités s'appuient chacune sur l'une des deux plaques (3). 2. Elément constructif selon la revendication précédente, dans lequel la flèche de cintrage est au moins égale au diamètre de ladite tige de bambou (5). 3. Elément constructif selon l'une des revendications précédentes, comportant au moins deux tiges de bambou (5) cintrées dans le même plan et dans le même sens. 4. Elément constructif selon la revendication précédente comportant un liant (6) disposé entre les tiges de bambou (5). 5. Elément constructif selon l'une des revendications précédentes, sous la forme d'une poutre (7), comportant une âme (1) et deux semelles (2) basse et haute disposées de part et d'autre de l'âme (1), ladite tige de bambou (5) cintrée étant disposée ses extrémités vers la semelle (2) basse, et son milieu vers la semelle (2) haute. 6. Poutre (7) selon la revendication précédente, comportant au moins une troisième plaque (3), une tige de bambou (5) cintrée et un tirant (4) disposés entre ladite troisième plaque (3) et l'une desdites deux plaques (3), de sorte à former une poutre (7) à au moins deux tronçons. 7. Elément constructif selon l'une des revendications 1 à 4, sous la forme d'un plancher, dans lequel lesdites deux plaques (3) se présentent sous la forme de deux poutres (16) s'étendant sur toute la longueur ou la largeur dudit plancher, et la tige de bambou (5) cintrée présente ses extrémités vers le bas et son milieu vers le haut. 8. Plancher selon la revendication précédente comprenant au moins une troisième plaque (3) sous la forme d'une poutre, et une tige de bambou (5) cintrée et un tirant (4) disposés entre ladite troisième plaque (3) et l'une desdites deux plaques (3), de sorte à former un plancher à au moins deux tronçons. 9. Plancher selon l'une des revendications 7 ou 8 comportant des dalles de finition (17) sur son dessus, et/ou son dessous. 10. Procédé de fabrication d'un élément de construction selon l'une des revendications précédentes, comportant les étapes suivantes : - introduction d'une tige de bambou brut (8) dans une ligne de sélection (9) - mesure du diamètre le long de la longueur de ladite tige de bambou brut (8) - comparaison dudit diamètre à un diamètre de consigne - coupe de la tige de bambou brut (8) dès que ledit diamètre passe sous ledit diamètre de consigne, - découpe de ladite tige de bambou brut en tronçons d'égales longueurs, - cintrage des tiges de bambou obtenues - utilisation comme tige de bambou (5) dans la fabrication dudit élément de construction.