Brevet FR3131337A1 — publié le 20230630

Structure portante autoporteuse Structure portante autoporteuse (S P ) comportant un ensemble (ENS 1 ) de N poutres (P k ), N étant pair et supérieur ou égal à six, la structure portante autoporteuse (S P ) comprenant des éléments de liaison (L) reliant les poutres (P k ) entre elles et maintenant chaque poutre (P k ) en appui contre une première poutre adjacente en un premier point d’appui (A x, y ) de la poutre (P k ) et contre une deuxième poutre adjacente en un deuxième point d’appui (B x, y ) de la poutre (P k ), le premier point d’appui (A x, y ) et le deuxième point d’appui (B x, y ) étant distants d’une première et d’une deuxième extrémités (E 1 , E 2 ) de la poutre (P k ), chaque poutre (P k ) croisant la première poutre adjacente au niveau du premier point d’appui (Ax, y) et la deuxième poutre adjacente au niveau du deuxième point d’appui (Bx, y). Figure pour l’abrégé : Fig.1 Structure portante autoporteuse Domaine de l’invention L’invention se rapporte au domaine des structures portantes. Plus particulièrement, l’invention se rapporte au domaine des structures portantes autoporteuses pouvant être déclinées comme structures de support dans des domaines variés tels que l’habitat, les meubles, ou encore les arts du spectacle. État de la technique Il est bien connu dans l’art antérieur d’utiliser des structures portantes pour une variété d’applications, par exemple pour servir d’ossature lors de la réalisation de constructions diverses telles que des tentes, des tipis, des chapiteaux, ou tout type structure similaire servant de support à divers habillages pouvant prendre la forme de toiles ou de tissus souples. D’autres déclinaisons connues de l’art antérieur des structures portantes se trouvent dans la réalisation de supports d’activités ludiques tels que par exemple des portiques de jeux. On connaît également dans l’art antérieur la mise en œuvre de structures portantes dans le domaine de l’architecture. De telles structures peuvent notamment présenter des poutres agencées les unes par rapport aux autres de sorte à obtenir une bonne stabilité et une résistance aux efforts en fonction des éléments à soutenir. On connaît par exemple dans le domaine de la charpente l’agencement de sections de bois entre elles pour former des fermes destinées à supporter le poids de la couverture d’un édifice. De telles structures peuvent être autoporteuses, c’est-à-dire que leur stabilité est assurée par la seule rigidité de leur forme. La tour Eiffel en est un exemple bien connu. L’art antérieur divulgue des types de structures portantes autoporteuses caractérisées notamment par leur légèreté, leur stabilité et leur capacité à présenter une résistance aux efforts accrue. Par exemple, le brevet ES2482365 divulgue un module structurel de tenségrité ayant des applications dans le domaine de la conception de structures légères. Dans une telle structure, des éléments structurels rigides, tels que des poutres, sont reliés entre eux par des câbles, de sorte à obtenir une répartition et un équilibre des contraintes mécaniques dans la totalité de la structure. De telles structures de tenségrité se retrouvent en architecture, par exemple dans les sphères géodésiques dans lesquelles des barres géodésiques sont agencées en treillis et suivent les grands cercles de la sphère pour former ladite structure. Bien que les structures de tenségrité présentent l’avantage d’être légères et d’optimiser l’espace intérieur de la structure en s’affranchissant de l’utilisation de piliers internes pour soutenir la structure, leur conception implique des contraintes liées à la mise en œuvre de câbles entre les poutres ou les barres pour répartir les contraintes mécaniques, et ainsi obtenir l’autoportance recherchée. De plus, la conception des structures de tenségrité implique des calculs préalables complexes pour assurer la stabilité finale de la structure. De tels calculs sont contraignants car ils nécessitent la mise en œuvre de logiciels performants. On connaît également des structures dites réciproques. Le principe de réciprocité repose sur l’utilisation d’éléments porteurs qui se soutiennent les uns les autres mais jamais aux extrémités et forment une configuration spatiale sans hiérarchie structurelle définie. D’autres types de structures autoporteuses sont divulguées dans l’art antérieur, notamment des structures autoporteuses pliables. C’est le cas de la demande de brevet US20080115816 A1 qui divulgue une structure autoporteuse pliable légère, compacte et résistante. La structure divulguée dans cette demande de brevet comprend notamment une pluralité de sections de cadres, essentiellement triangulaires, liées entre elles par des entretoises. Un des éléments d’entretoise de chaque section de cadre triangulaire est notamment pliable et creux pour permettre le pliage de la structure. Toutefois, la stabilité au sol d’une telle structure est assurée par la mise en œuvre de sections triangulaires. De plus, pour une telle structure, il n’existe pas d’extensions au niveau des croisements entre les différents segments porteurs, et le volume intérieur de la structure stabilisée n’est pas optimisé. L’invention décrite dans le brevet US20080115816 nécessite également la mise en œuvre d’un assemblage aux extrémités des segments rectilignes pour résister à la majeure partie des efforts en compression et en traction. L’invention vise à limiter au moins un des inconvénients précités. A ce titre, l’invention concerne une structure portante autoporteuse comportant un ensemble de N poutres, N étant pair et supérieur ou égal à six, la structure portante autoporteuse comprenant des éléments de liaison reliant les poutres entre elles et maintenant chaque poutre en appui contre une première poutre adjacente en un premier point d’appui de la poutre et contre une deuxième poutre adjacente en un deuxième point d’appui de la poutre, le premier point d’appui et le deuxième point d’appui étant distants d’une première extrémité et d’une deuxième extrémité de la poutre, les poutres étant configurées et les éléments de liaison reliant les poutres les unes aux autres de sorte que la structure est apte à être dans une configuration montée dans laquelle : La structure repose sur un support par les premières extrémités desdites poutres ; Chaque poutre croise la première poutre adjacente au niveau du premier point d’appui et la deuxième poutre adjacente au niveau du deuxième point d’appui ; Des projections desdits premier et deuxième points d’appui sur un premier plan forment des sommets d’un polygone convexe dont chaque côté relie une projection d’un des premiers points d’appui sur le premier plan à une projection d’un des deuxièmes points d’appui sur ledit premier plan ; Chaque poutre est : Soit plus proche d’un axe vertical passant par un centre du polygone convexe que la première poutre adjacente, au niveau du premier point d’appui, et plus éloignée de l’axe vertical que la deuxième poutre adjacente, au niveau du deuxième point d’appui ; Soit plus éloignée de l’axe vertical que la première poutre adjacente, au niveau du premier point d’appui, et plus proche de l’axe vertical que la deuxième poutre adjacente au niveau du deuxième point d’appui. Les longueurs et les poids des poutres, les formes de leurs extrémités, ainsi que les degrés de liberté de mouvement autorisés par les éléments de liaison et le positionnement des points d’appui sont choisis de façon à permettre à la structure portante d’être dans une configuration montée. Ces caractéristiques sont déterminées en fonction de la configuration du support, des contraintes environnementales, et du cas d’usage. Un avantage est de résoudre le problème de l’art antérieur lié à l’optimisation du volume intérieur de la structure tout en assurant une stabilité, une autoportance et une simplicité de montage de la structure. Un autre avantage est de réduire les contraintes de l’art antérieur liées à la quantité de matière nécessaire à la conception de la structure ainsi que les contraintes liées au liaisonnement des divers éléments structurels. Un autre avantage est d’assurer une adaptabilité de la structure à diverses contraintes de terrains telles que des géométries de sol variables. Un autre avantage est la possible déclinaison de la structure dans des domaines d’applications variés, tels que les meubles, les arts du spectacle, les serres de jardin, les structures ludiques pour enfants, les cabanes, les ponts, les garages, les appentis, les auvents ou encore les arbres à chats. Un autre avantage est de pouvoir réaliser des structures habitables résistantes, peu chères, et s’inscrivant dans une dynamique responsable d’un point de vue écologique. Un autre avantage est de réaliser des structures habitables aussi stables et résistantes que des structures comprenant du béton, en s’affranchissant de l’utilisation de ce dernier. Un autre avantage est de réaliser une structure stable sur un support dont la pente peut atteindre 10%. Un autre avantage est de réaliser une structure pouvant être montée par une personne seule sans nécessiter l’utilisations d’outils complémentaires en plus des pièces comprises dans la structure. Dans un mode de réalisation, des projections de chacune des premières et deuxièmes extrémités sur le premier plan se trouvent à l’extérieur du polygone convexe. Un avantage est d’assurer, via des déports inclinés des portiques, une adaptabilité de la structure à diverses contraintes climatiques telles que des couloirs de vents ou des couloirs d’avalanche. Dans un mode de réalisation, les poutres sont configurées et les éléments de liaison relient les poutres les unes aux autres de sorte que la structure est apte à être dans une configuration montée dans laquelle le polygone convexe est régulier ; des projections des premières extrémités des poutres sur le premier plan sont situées sur un même cercle de centre situé au centre du polygone. Un avantage est de simplifier le montage de la structure. Un autre avantage est d’uniformiser les distances allant d’un premier point d’appui à un deuxième point d’appui le long de la structure. Un autre avantage est d’avoir une configuration de la structure symétrique et particulièrement stable. Un autre avantage est de pouvoir ancrer la structure au sol. Dans un mode de réalisation, les poutres présentent sensiblement une même longueur et une première distance séparant le premier point d’appui de la première extrémité de chaque poutre est sensiblement égale à une deuxième distance séparant le deuxième point d’appui de la deuxième extrémité de la poutre et est sensiblement égale au tiers de la longueur de la poutre. Un avantage est de renforcer la stabilité et la résistance aux efforts de la structure. Un autre avantage est de simplifier le montage de la structure par une disposition uniforme des extrémités basses. Un autre avantage est d’économiser la force de résistance du matériau constituant la poutre. Un autre avantage est d’économiser la quantité de matière nécessaire à la réalisation de la structure. Un autre avantage est d’augmenter la résistance aux efforts de la structure sur les portions des poutres situées entre deux points d’appui. Dans un mode de réalisation, dans la configuration montée, les deuxièmes points d’appui appartiennent à un même deuxième plan sensiblement parallèle au premier plan et le premier plan est sensiblement perpendiculaire à la force de gravitation. Dans un mode de réalisation, au moins un des éléments de liaison est apte à être dans une première configuration dans laquelle il autorise trois degrés de liberté en rotation entre la poutre et la première poutre adjacente à la poutre ou la deuxième poutre adjacente à la poutre. Un avantage est de pouvoir modifier la configuration de la structure pour l’adapter au cas d’usage. Un autre avantage est de pouvoir modifier le volume intérieur de la structure. Un autre avantage est de pouvoir modifier les angles de croisement entre deux poutres adjacentes. Dans un mode de réalisation, au moins un des éléments de liaison est apte à être dans une deuxième configuration dans laquelle il autorise deux degrés de liberté en translation entre une poutre de l’ensemble et la première poutre adjacente à la poutre ou la deuxième poutre adjacente à la poutre selon les axes longitudinaux respectifs de ladite poutre et de la première poutre adjacente à la poutre ou la deuxième poutre adjacente à la poutre. Un avantage est de pouvoir modifier les positions auxquelles les poutres se croisent, par exemple en fonction de l’inclinaison du support. Un autre avantage est de pouvoir modifier le volume intérieur de la structure. Dans un mode de réalisation, les éléments de liaisons relient les poutres entre elles de sorte que, dans la configuration montée, chaque poutre de l’ensemble exerce : Soit une première force de réaction ayant une composante radiale par rapport à un axe parallèle à la force de gravitation et passant par un centre du polygone sur une première autre poutre, au niveau du premier point d’appui et selon un premier sens et une deuxième force de réaction ayant une composante radiale selon un deuxième sens inverse au premier sens sur une deuxième autre poutre au niveau d’un deuxième point d’appui ; Soit une troisième force de réaction ayant une composante radiale par rapport à un axe parallèle à la force de gravitation et passant par un centre du polygone sur une deuxième autre poutre, au niveau du deuxième point d’appui et selon le premier sens et une quatrième force de réaction ayant une composante radiale selon le deuxième sens inverse au premier sens sur une première autre poutre au niveau d’un premier point d’appui; Selon un autre aspect, l’invention concerne un kit de montage d’une structure portante autoporteuse selon l’invention comprenant : l’ensemble d’au moins six poutres, les longueurs des poutres étant comprises entre 0,5 mètres et 6 mètres, les premières extrémités des poutres étant usinées de sorte que, dans la configuration montée, les poutres présentent un unique point d’appui sur le support en leurs premières extrémités ; les éléments de liaison, lesdits éléments de liaison étant apte à relier les poutres entre elles de sorte que la structure portante autoporteuse soit apte à être dans la configuration montée, des embouts, chacun desdits embouts étant aptes à recouvrir une portion d’une poutre à partir d’une première extrémité de la poutre. Selon un autre aspect, l’invention concerne une structure pour l’habitat comprenant une structure portante autoporteuse selon l’invention. Selon un autre aspect, l’invention concerne un meuble comprenant une structure portante autoporteuse selon l’invention. Selon un autre aspect, l’invention concerne une serre de jardin comprenant une structure portante autoporteuse selon l’invention. Selon un autre aspect, l’invention concerne une cabane comprenant une structure portante autoporteuse selon l’invention. Selon un autre aspect, l’invention concerne un chapiteau comprenant une structure portante autoporteuse selon l’invention. Selon un autre aspect, l’invention se rapporte également à une structure portante autoporteuse dans la configuration montée. Brève description des figures D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description détaillée qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent : : à gauche, une vue de dessus d’un exemple d’une structure selon un mode de l’invention comprenant six poutres entrecroisées, dans la configuration montée et, à droite, une vue des projections des points d’appui des poutres sur le premier plan. : à gauche, une vue de dessus de la structure de la dans la configuration montée sur laquelle on a représenté un cercle sur lequel sont projetées les extrémités inférieures et, à droite, une vue des projections des extrémités inférieures des poutres sur le premier plan, : une vue en perspective de la structure des figures 1 et 2 sur laquelle les points d’appui sont représentés en noir. : une vue en perspective de la structure des figures 1 et 3 sur laquelle les points d’appui sont représentés en noir sur laquelle sont représentés des axes des degrés de liberté en rotation et en translation au niveau des points d’appui. : une représentation schématique d’un habitat dont la charpente est un deuxième exemple de structure selon un mode de l’invention lorsqu’elle est mise en œuvre pour la réalisation d’une structure d’habitat. : une représentation schématique d’un meuble dont la structure est une structure selon le premier exemple des figures 1 à 4. : Une vue de plusieurs structures selon divers modes de l’invention agencées entre elles et dont les points d’appui hauts respectifs forment des polygones. Structure portante autoporteuse (S P ) comportant un ensemble (ENS 1 ) de N poutres (P k ), N étant pair et supérieur ou égal à six, la structure portante autoporteuse (S P ) comprenant des éléments de liaison (L x, y ) reliant les poutres (P k ) entre elles et maintenant chaque poutre (P k ) en appui contre une première poutre adjacente en un premier point d’appui (A x, y ) de la poutre (P k ) et contre une deuxième poutre adjacente en un deuxième point d’appui (B x, y ) de la poutre (P k ), le premier point d’appui (A x, y ) et le deuxième point d’appui (B x, y ) étant distants d’une première extrémité et d’une deuxième extrémité (E 1 , E 2 ) de la poutre (P k ), lesdites poutres (P k ) étant configurées et les éléments de liaison (L x, y ) reliant les poutres (P k ) les unes aux autres de sorte que la structure portante autoporteuse (S p ) se trouve dans une configuration montée dans laquelle : La structure portante autoporteuse (S p ) repose sur un support par les premières extrémités (E 1 ) desdites poutres (P k ) ; Chaque poutre (P k ) croise la première poutre adjacente au niveau du premier point d’appui (A x, y ) et la deuxième poutre adjacente au niveau du deuxième point d’appui (B x, y ) ; Des projections desdits premier et deuxième points d’appui ((A x, y ), (B x, y )) sur un premier plan (PL 1 ) forment des sommets d’un polygone convexe (PGN) dont chaque côté relie une projection (Y x, y ) d’un des premiers points d’appui (A x, y ) sur le premier plan (PL 1 ) à une projection (Z x, y ) d’un des deuxièmes points d’appui (B x, y ) sur ledit premier plan (PL 1 ). Chaque poutre (P k ) est : Soit plus proche d’un axe vertical (O y ) passant par un centre du polygone convexe (PGN) que la première poutre adjacente, au niveau du premier point d’appui (A x, y ) et plus éloignée de l’axe vertical (O y ) que la deuxième poutre adjacente, au niveau du deuxième point d’appui (B x,y ) ; Soit plus éloignée de l’axe vertical (O x ) que la première poutre adjacente, au niveau du premier point d’appui (A x, y ) et plus proche, de l’axe vertical (O x ) que la deuxième poutre adjacente au niveau du deuxième point d’appui (B x,y ). Structure portante autoporteuse selon la revendication 1 dans laquelle des projections (W y ) de chacune des premières et deuxièmes extrémités (E 1, E 2 ) sur le premier plan (PL 1 ) se trouvent à l’extérieur dudit polygone convexe (PGN). Structure portante autoporteuse (S P ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les poutres (P k ) sont configurées et les éléments de liaison (L x, y ) relient les poutres (P k ) les unes aux autres de sorte que la structure se trouve dans une configuration montée dans laquelle : le polygone convexe (PGN) est régulier, des projections des premières extrémités (E 1 ) des poutres (P k ) sur le premier plan (PL 1 ) sont situées sur un même cercle de centre situé au centre du polygone (PGN). Structure portante autoporteuse (S P ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les poutres (P k ) présentent sensiblement une même longueur et une première distance séparant le premier point d’appui (A x, y ) de la première extrémité (E 1 ) de la poutre est sensiblement égale à une deuxième distance séparant le deuxième point d’appui (B x, y ) de la deuxième extrémité (E 2 ) de la poutre (P k ) et est sensiblement égale au tiers de la longueur de la poutre (P K ). Structure portante autoporteuse (S P ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les deuxièmes points d’appui (B x, y ) appartiennent à un même deuxième plan (PL 2 ) sensiblement parallèle au premier plan (PL 1 ) et dans laquelle le premier plan (PL 1 ) est sensiblement perpendiculaire à la force de gravitation. Structure portante autoporteuse (S P ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle au moins un des éléments de liaison (L x, y ) se trouve dans une première configuration dans laquelle il autorise trois degrés de liberté en rotation (Dr 1 , Dr 2 , D r3 ) entre une poutre (P k ) de l’ensemble (ENS 1 ) et la première poutre adjacente à ladite poutre (P k ) ou la deuxième poutre adjacente à ladite poutre (P k ). Structure portante autoporteuse (S P ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle au moins un des éléments de liaison (L x, y ) se trouve dans une deuxième configuration dans laquelle il autorise deux degrés de liberté en translation (Dt 1 , Dt 2 ) entre une poutre (P k ) de l’ensemble (ENS 1 ) et la première poutre adjacente à ladite poutre (P k ) ou la deuxième poutre adjacente à ladite poutre (P k ), selon les axes longitudinaux respectifs de ladite poutre (P k ) et de ladite première poutre adjacente ou ladite deuxième poutre adjacente à ladite poutre (P k ). Structure portante autoporteuse (S P ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les éléments de liaisons (L x, y ) relient les poutres (P k ) entre elles de sorte que chaque poutre de l’ensemble (ENS 1 ) exerce : Soit une première force de réaction (F r1 ) ayant une composante radiale par rapport à un axe parallèle à la force de gravitation et passant par un centre du polygone sur une première autre poutre, au niveau du premier point d’appui (A x, y ) et selon un premier sens et une deuxième force de réaction (F r2 ) ayant une composante radiale selon un deuxième sens inverse au premier sens sur une deuxième autre poutre au niveau d’un deuxième point d’appui (B x, y ) ; Soit une troisième force de réaction (F r3 ) ayant une composante radiale par rapport à un axe parallèle à la force de gravitation et passant par un centre du polygone sur une deuxième autre poutre, au niveau du deuxième point d’appui (B x, y ) et selon le premier sens et une quatrième force de réaction (F r4 ) ayant une composante radiale selon le deuxième sens inverse au premier sens sur une première autre poutre au niveau d’un premier point d’appui (B x, y ) ; Kit de montage d’une structure portante autoporteuse (S p ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant : l’ensemble (ENS 1 ) d’au moins six poutres (P K ), les longueurs des poutres (P k ) étant comprises entre 0,5 mètres et 6 mètres, les premières extrémités (E 1 ) des poutres (P k ) étant usinées de sorte que, dans la configuration montée, les poutres (P k ) présentent un unique point d’appui sur le support en leurs premières extrémités (E 1 ) ; les éléments de liaison (L x, y ), lesdits éléments de liaison (L x, y ) étant apte à relier les poutres (P k ) entre elles de sorte que la structure portante autoporteuse (S p ) soit apte à être dans la configuration montée, des embouts, chacun desdits embouts étant aptes à recouvrir une portion d’une poutre (P k ) à partir d’une première extrémité (E 1 ) de la poutre (P k ). Habitat, meuble ou chapiteau comprenant une structure portante autoporteuse (S P ) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8.