Brevet FR3053060A1 — publié le 20171229

- 1 - La présente invention concerne un procédé constructif. Ce procédé constructif permet de réaliser une enveloppe ultralégère à très hautes performances thermiques, Cette interface se substitue aux murs porteurs. Le système de murs porteurs est totalement abandonné. Seule une armature lourde entièrement métallique assure la stabilité des constructions à usage d'habitation. En somme, toute proportion de taille gardée, le procédé constructif s'apparente à celui des gratte-ciel. Dans le cadre de la construction traditionnelle, le bloc de coffrage isolant à bancher en polystyrène expansé (PSE) permet la réalisation et l'isolation des murs porteurs. En effet, ce type de bloc constitue un moule dans lequel un ferraillage longitudinal et vertical est intégré avant le coulage du béton. Ce système de blocs de coffrage à bancher en PSE est un système de coffrage perdu. Ces blocs de coffrage en PSE (ou blocs à bancher) n'ont cessé d'évoluer depuis une quarantaine d'années. Une nouvelle génération de bloc de coffrage isolant en PSE a fait son apparition : il s'agit du monobloc appelé LeCub. Se présentant sous la forme d'un monobloc en polystyrène expansé de haute densité, LeCub a la particularité d'intégrer le coffrage des poteaux de soutènement, des linteaux et du chaînage. Pour achever la structure porteuse, une toupie pompe coule d'un seul tenant un mélange de béton calibré à l'intérieur des monoblocs LeCuB. Cependant, les blocs à bancher présentent un inconvénient majeur : ils ne répondent pas aux exigences à venir de la RT 2020. L'alliance d'une structure béton et d'une double paroi (ITE / ITI) isolante en PSE ne réduit pas suffisamment les déperditions énergétiques et les émissions de CO2 de l'habitat neuf. Le procédé constructif apporte une réponse technique à ce problème technique. En créant une véritable enveloppe à très hautes performances thermiques, le procédé constructif réduit drastiquement les besoins en énergie. A noter que l'enveloppe assure l'isolation thermique et l'étanchéité à l'air. C'est pour cette raison que l'enveloppe est la première des caractéristiques essentielles à la RT 2020. Le procédé constructif anticipe et transcende la RT 2020 dans la construction de maisons individuelles, de collectifs et de bâtiments tertiaires. Pour répondre aux normes les plus exigeantes en matière d'isolation thermique, le procédé constructif repose sur trois éléments existants indissociables : - La charpente métallique porteuse Toute proportion de taille gardée, le procédé constructif s'apparente à celui des gratte-ciel : les constructions bénéficient d'une armature porteuse lourde, entièrement métallique. - Les murs isolants en polystyrène expansé (PSE) Le système de murs porteurs est totalement abandonné. Les murs porteurs sont remplacés par des monoblocs en polystyrène expansé (PSE) de haute densité, tels que les blocs à bancher de dernière génération nommés LeCuB. Dans le cadre du procédé constructif, les monoblocs à bancher en polystyrène expansé sont détournés de leur fonction première. Destinés initialement 3053060 -2- à la réalisation de murs porteurs, ces monoblocs de coffrage isolant sont ici utilisés comme un revêtement léger qui ne participe en aucune façon à la stabilité des constructions. Cette exaptation - c'est-à-dire le fait de détourner les monoblocs en PSE de leur fonction initiale de blocs à bancher - constitue l'une des spécificités du procédé constructif. En résumé, les 5 monoblocs à bancher en polystyrène expansé assurent la fonction d'une enveloppe légère, semblable à celle d'un mur-rideau. - La mousse expansive (soit polyuréthane, donc issue du pétrole, soit ICYNENE, donc écologique) La mousse expansive permet de supprimer tout phénomène de ponts thermiques, de remplir les cavités et de donner de la rigidité à la construction. En outre, la mousse expansive accentue le 10 pouvoir isolant des monoblocs à bancher (PSE). Voilà comment le procédé constructif satisfait aux normes les plus exigeantes en matière d'isolation thermique. Les constructions à usage d'habitation, telles que les maisons individuelles en secteur diffus et les maisons individuelles groupées, sont réalisées en deux étapes : 15 - La première étape de construction consiste en la réalisation des fondations. Sur ces fondations, la structure métallique lourde et porteuse - dite structure primaire car constituée de poutrelles de type IPE - est érigée. Des profilés verticaux (= potelets), qui constituent la structure secondaire de l'ossature métallique, sont placés entre deux éléments porteurs de type IPE et sont fixés dans les fondations à une distance prédéterminée les uns des autres. L'ossature 20 métallique lourde et porteuse est alors prête à recevoir les monoblocs à bancher en PSE. Ces monoblocs à bancher en PSE, qui comportent un trou vertical à chaque extrémité, sont glissés le long des IPE et des potelets de la structure métallique pour s'y encastrer. La structure métallique (primaire et secondaire) disparaît progressivement à l'intérieur des monoblocs. Ces monoblocs de coffrage isolant en PSE comportent, longitudinalement, dans leur partie supérieure, un 25 évidement permettant, horizontalement, l'insertion de profilés métalliques. Toutes les deux rangées de monoblocs, ces profilés sont installés dans les évidements des monoblocs à bancher en PSE. - La deuxième étape de construction consiste en l'injection de mousses expansives de type polyuréthane (issue de la chimie du pétrole) ou ICYNENE (mousse écologique). Des orifices sont 30 percés dans les monoblocs et dans la structure secondaire. Par ces orifices, la mousse expansive est injectée dans les évidements verticaux (où se trouvent les IPE ou les potelets) et horizontaux (où se trouvent les profilés métalliques) des monoblocs de coffrage isolant en PSE. Par ailleurs, cette mousse expansive est utilisée comme moyen de remplissage des potelets creux (qu'il s'agisse de profilés carrés, circulaires ou rectangulaires) de la structure secondaire. 35 3053060 -3- La mousse expansive supprime donc tout phénomène de ponts thermiques et donne de la rigidité à la construction. A aucun moment, le béton n'est utilisé. Pour résumé, les monoblocs de coffrage isolant en PSE associés aux deux autres matériaux du procédé constructif, à savoir l'armature métallique lourde et porteuse ainsi que la mousse 5 expansive, constituent les murs ultralégers et à très hautes performances thermiques des constructions à usage d'habitation, donc l'enveloppe verticale desdites constructions. L'acier, les monoblocs en PSE (tels que LeCub) et les mousses expansives de type polyuréthane ou ICYNENE sont donc les trois matériaux spécifiques au procédé constructif. Grâce à l'exaptation, le procédé innovant réussit à transformer un isolant de murs en un mur 10 isolant. La figure 1 donne un aperçu du monobloc LeCub. Le procédé constructif a détourné le monobloc LeCub de sa fonction initiale, à savoir servir à la fois de coffrage pour l'élévation des murs porteurs et d'isolant thermique. Avec le procédé innovant, le monobloc à bancher LeCub devient un mur-rideau, donc une enveloppe légère qui offre des performances thermiques 15 optimales aux nouvelles constructions. Le procédé constructif est susceptible d'application industrielle. En effet, il permet l'industrialisation de la construction de logements individuels ou collectifs à coût maîtrisé, ce qui réduirait le déficit de logements en France. Avec le procédé constructif, il est possible d'envisager la fabrication en séries - donc massivement - de structures métalliques lourdes 20 pour les maisons individuelles. Les deux tableaux suivants permettent de comparer l'état de la technique antérieure et le procédé constructif. 3053060 - 4 - Tableau comparatif n°1 des deux modes de construction Procédé constructif Etat de la technique antérieure : construction traditionnelle avec blocs à bancher PSE Différence majeure Création de murs-rideaux Le système de murs porteurs est totalement abandonné. Principe de base Création de murs porteurs --> On utilise des blocs de coffrage isolants en PSE (polystyrène expansé) destinés à la réalisation de murs porteurs en béton. Technique et matériaux employés Technique et matériaux employés Etape 1 On utilise des blocs isolants en PSE à bancher : - en tant que coffrage pour la réalisation des murs en béton armé - pour une isolation à la fois extérieure et intérieure Etape 2 On encastre les blocs à bancher. Etape 3 On stabilise les blocs à bancher par des étais. Etape 4 On insère à l'intérieur des blocs un ferraillage horizontal et vertical. Etape 5 On remplit de béton les blocs à bancher. Tout le mur est porteur grâce aux blocs à bancher, à la ferraille et au béton Légèreté Isolation Blocs à bancher +++ ++ Ferraille +++ - - - Béton - - - - - Etape 1 On utilise une armature porteuse lourde entièrement métallique. On glisse les monoblocs à bancher en PSE (tels que LeCuB) le long des IPE et des potelets de la structure métallique porteuse. Etape 2 On injecte la mousse expansée (de type polyuréthane ou ICYNENE) à l'intérieur des monoblocs à bancher (tels que LeCuB) afin de remplir les cavités, de donner de la rigidité à la construction et de supprimer les ponts thermiques. Seule la structure métallique est porteuse. Les blocs en PSE de haute densité forment des murs non porteurs isolants. C'est une enveloppe légère d'une parfaite étanchéité à l'air et d'une très haute performance énergétique. Légèreté Isolation Structure métallique porteuse +++ - - - Monoblocs à bancher +++ +++ Mousse expansée +++ +++ 3053060 - 5 - Tableau comparatif n°2 des deux modes de construction Etat de la technique antérieure : Procédé constructif construction traditionnelle avec blocs à bancher PSE Matériaux Lourds Légers ferraille + béton -3 structure métallique porteuse 10 fois plus légère que le béton N.B. : une maison à structure métallique pèse environ 10 tonnes contre 100 pour une maison traditionnelle. Isolation Maison isolée qui répond aux exigences de la RT 2012 Maison très passive : enveloppe du bâti conforme à la RT 2020 dès lors que le béton est coulé à l'intérieur, le bloc de coffrage isolant en PSE prend sa deuxième fonction : celle d'isolant. exigences très élevées en matière d'étanchéité à l'air -> enveloppe à très haute performance thermique qui diminue la consommation de chauffage de 80% -3 possibilité d'obtenir une maison positive en ajoutant des éléments de production d'énergie tels que les panneaux solaires et le chauffage au sol. Délais de réalisation Environ 9 à 12 mois pour une maison clé en main Très courts : 3 à 4 fois moins de temps pour une maison clé en main .3 3 semaines pour le gros oeuvre -3 entre 2 et 3 mois pour une maison clé en main Coût Prix des matériaux plus élevé + prix de la main d'oeuvre Prix des matériaux + prix de la main d'oeuvre -3 temps de construction 4 fois plus court : -3 coût des blocs de coffrage à bancher en PSE bien plus élevé que les matériaux classiques - moins de coût de main d'oeuvre -3 coût substantiel pour le coulage du béton réalisé à l'aide d'une pompe à béton - gain sur les loyers et sur les intérêts intercalaires «3 moins de corps de métiers (chantier sec : absence de béton) Environnement Technique antérieure relativement satisfaisante pour l'environnement - Moins de matériaux : 90% de matériaux en moins par rapport à la construction d'une maison traditionnelle - Matériaux Haute Qualité Environnementale (HQE) - Matériaux recyclables - Réduction de la consommation de chauffage de 80% 4 moins d'émissions de gaz à effet de serre pour la planète 4 moins de dérèglement climatique REVENDICATIONS1) Procédé constructif caractérisé en ce que des fondations sont réalisées pour y ériger une armature métallique lourde et porteuse (1) assurant la stabilité des constructions à usage d'habitation, telles que les maisons individuelles en secteur diffus et les maisons individuelles groupées, et en ce que l'armature métallique lourde et porteuse (1) disparaît à l'intérieur de monoblocs de coffrage isolant en PSE (2) dont les vides et les discontinuités entre les banches sont comblés par l'injection d'une mousse expansive (3), afin de créer des murs ultralégers et à très hautes performances thermiques, donc l'enveloppe verticale des constructions à usage d'habitation. 2) Procédé constructif selon la première revendication caractérisé en ce que des poutrelles de type IPE (4) - qui sont utilisées en tant que structure primaire vertical de l'armature métallique lourde porteuse (1) - sont fixées verticalement dans les fondations pour assurer la stabilité des constructions à usage d'habitation, telles que les maisons individuelles en secteur diffus et les maisons individuelles groupées. 3) Procédé constructif selon la première revendication et selon la revendication précédente 2 caractérisé en ce que des profilés verticaux appelés « potelets » (5) - qui constituent la structure secondaire (non porteuse) de l'armature métallique lourde sont placés entre deux éléments porteurs de type IPE (4) puis fixés dans les fondations à une distance prédéterminée les uns des autres, pour permettre, ensuite, l'édification d'une enveloppe légère constituée de monoblocs de coffrage isolant en PSE (2). 4) Procédé constructif selon la première revendication et selon l'une des revendications 2 et 3 caractérisé en ce que les monoblocs de coffrage isolant en PSE (2), qui comportent un trou vertical à chaque extrémité, sont glissés le long des IPE (4) et des potelets (5) et en ce que l'armature métallique primaire - constituée de poutrelles de type IPE (4) - et l'armature métallique secondaire - formée de potelets (5) et de profilés métalliques (6) longitudinaux - disparaissent progressivement à l'intérieur des monoblocs de coffrage isolant en PSE (2). 5) Procédé constructif selon la première revendication et selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les monoblocs de coffrage isolant en PSE (2) comportent, longitudinalement, dans leur partie supérieure, un évidement permettant, horizontalement, l'insertion de profilés métalliques (6), et en ce que, toutes les deux rangées de monoblocs de coffrage isolant en PSE (2), lesdits profilés métalliques (6) sont installés dans les évidements des monoblocs de coffrage isolant en PSE (2). 6) Procédé constructif selon la première revendication et selon les revendications 2, 3, 4 et 5 caractérisé en ce qu'une mousse expansive (3), telle qu'une mousse de polyuréthane issue de la chimie du pétrole ou une mousse écologique de type 3053060 - 7 - ICYNENE, est injectée dans les évidements verticaux - où se trouvent les IPE (4) ou les potelets (5) - et horizontaux - où se trouvent les profilés métalliques (6) - des monoblocs de coffrage isolant en PSE (2), grâce à des orifices réalisés au préalable dans lesdits monoblocs de coffrage isolant en PSE (2). 5 7) Procédé constructif selon la première revendication et selon les revendications 3 et 6 caractérisé en ce qu'une mousse expansive (3) est utilisée comme moyen de remplissage des potelets (5) creux (qu'il s'agisse de profilés carrés, circulaires ou rectangulaires) de la structure secondaire. 8) Procédé constructif selon la première revendication et selon les 10 revendications précédentes caractérisé en ce que les monoblocs de coffrage isolant en PSE (2) associés aux deux autres matériaux du procédé constructif, à savoir l'armature métallique lourde et porteuse (1) ainsi que la mousse expansive (3), constituent les murs ultralégers et à très hautes performances thermiques des constructions à usage d'habitation, donc l'enveloppe verticale desdites constructions. 15