Brevet FR3154740A1 — publié le 20250502

L’invention concerne une structure modulaire (1) pour la réalisation d’une paroi, ladite structure comprenant : - au moins deux éléments polygonaux (2) fabriqués en thermoplastique et par fabrication additive ; chaque élément polygonal (2) présente au moins deux parois latérales emboitées chacune dans une paroi latérale d’un élément polygonal (2) adjacent ; un organe de connexion (3) positionné entre les éléments polygonaux (2) pour attacher latéralement les éléments polygonaux (2) les uns aux autres ; des moyens de serrage qui viennent chacun, d’une part, s’engager avec l’organe de connexion (3) et, d’autre part se fixer dans une paroi latérale d’un élément polygonal (2), pour rapprocher les éléments polygonaux (2) les uns des autres et verrouiller l’ensemble. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Structure modulaire à connexion améliorée pour la réalisation d’une paroi La présente invention concerne une structure modulaire pour la réalisation de tout type de paroi, notamment plane, sphérique ou semi-sphérique, utilisable dans tout élément de construction, tel que cloison, pergola, mobilier, etc. Une application avantageuse de la présente invention réside dans la construction de structures géodésiques, pour la réalisation de dômes ou sphères, formant ou faisant partie d’ouvrages architecturaux. Art antérieur Il est connu de l’état de la technique des structures modulaires utilisées pour la réalisation de parois et d’ensembles géodésiques. Ces structures sont généralement conçues pour être facilement assemblées et démontées, offrant une flexibilité dans la conception et la construction de diverses formes et tailles. Les matériaux et les méthodes de fabrication employés dans l’art antérieur varient, incluant des structures en bois, en métal et en plastique, ainsi que des méthodes de fabrication telles que l’usinage, le moulage par injection et l’extrusion. Dans l’art antérieur, les structures modulaires sont souvent constituées d’éléments en forme de barres ou de panneaux, qui sont assemblés à l’aide de divers mécanismes de connexion, tels que des boulons, des vis, des clips ou des encoches. Ces mécanismes de connexion permettent généralement un certain degré de réglage et de démontage, mais peuvent parfois être complexes à assembler ou nécessiter des outils spécifiques. Les structures géodésiques, en particulier, sont basées sur des polyèdres, tels que des icosaèdres ou des dodécaèdres, et sont constituées par exemple de triangles, de pentagones ou d’autres formes géométriques qui sont assemblées pour former une structure sphérique ou semi-sphérique. Ces structures sont connues pour leur résistance et leur légèreté, et sont utilisées dans diverses applications, telles que la réalisation de dômes, de serres, d’abris temporaires et de structures architecturales. L’art antérieur comprend également l’utilisation de matériaux thermoplastiques, tels que le polycarbonate, pour la fabrication de structures modulaires. Le polycarbonate est un matériau léger, résistant aux impacts et transparent, ce qui le rend particulièrement adapté pour des applications telles que la réalisation des serres, des abris et des parois vitrées. La fabrication additive, notamment l’impression 3D, a également été utilisée dans l’art antérieur pour produire des structures modulaires, offrant une flexibilité de conception et la possibilité de créer des formes complexes qui seraient difficiles à réaliser avec des méthodes de fabrication traditionnelles. Ainsi, malgré les avantages offerts par l’art antérieur, il existe toujours un besoin d’améliorer la facilité d’assemblage et de démontage, la rigidité et la recyclabilité des structures modulaires, en particulier celles fabriquées à partir de matériaux thermoplastiques et par fabrication additive. L’un des buts de l’invention est donc de remédier aux problèmes de l’art antérieur en proposant une structure modulaire pour la réalisation d’une paroi permettant un montage/démontage rapide et facile, une rigidité accrue, une recyclabilité optimisée ainsi qu’un gain en adaptabilité. À cet effet, il a été mis au point une structure modulaire pour la réalisation d’une paroi, ladite structure comprenant : - au moins deux éléments polygonaux fabriqués en thermoplastique et par fabrication additive ; chaque élément polygonal présente au moins une paroi latérale emboitée dans une paroi latérale d’un élément polygonal adjacent ; - un organe de connexion positionné entre les éléments polygonaux pour attacher latéralement les éléments polygonaux les uns aux autres ; - des moyens de serrage qui viennent chacun, d’une part, s’engager avec l’organe de connexion et, d’autre part se fixer dans une paroi latérale d’un élément polygonal, pour rapprocher les éléments polygonaux les uns des autres et verrouiller l’ensemble. De cette manière, l’assemblage de plusieurs de ces structures modulaires permet de réaliser des parois de manière rapide et facile, avec une rigidité accrue et renforcée ainsi qu’une recyclabilité optimisée puisque l’assemblage est réversible. Après démontage, il est possible de stocker la structure pour une réutilisation ultérieure, ou bien la recycler avec d’un côté le thermoplastique et de l’autre côté les organes de connexion et les moyens de serrage. Par ailleurs l’assemblage présente également un gain en adaptabilité grâce à la simplicité de connexion. La paroi réalisée permet la construction de dômes, de serres, de pergolas, d’abris temporaires et des structures architecturales, de type structures géodésiques. L’organe de connexion présente un ou plusieurs orifices et/ou évidements permettant des secteurs autour desquels les moyens de serrage viennent s’engager. Lorsque l’organe de connexion présente un seul orifice et/ou évidement, par exemple sous la forme d’un anneau, les moyens de serrage s’engagent sur des secteurs tout autour de l’orifice. Toutefois, lorsque l’organe de connexion présente plusieurs orifices et/ou évidements, chaque orifice et/ou évidement définit un secteur pour l’engagement d’un ou plusieurs moyens de serrage. De préférence, chaque moyen de serrage comprend une tige traversant la paroi latérale de l’élément polygonal et comprenant, d’un côté de la paroi, une extrémité filetée recevant un écrou et, d’un autre côté, une extrémité en crochet engagée avec l’organe de connexion. Cette caractéristique particulière permet de pouvoir exercer une tension entre les éléments polygonaux par vissage de l’écrou afin que les éléments polygonaux se solidarisent avec leurs parois imbriquées. Selon une forme de réalisation particulière, l’organe de connexion présente des branches définissant des secteurs autour desquels les crochets viennent s’engager de manière solide et sûre. Selon des formes de réalisation préférées, l’organe de connexion se présente sous la forme de deux parties complémentaires emboîtées l’une dans l’autre en laissant un espace libre entre elles pour définir les branches et les secteurs, afin de pouvoir engager les extrémités en crochet au sein de l’organe de connexion lorsque les deux parties complémentaires ne sont pas encore emboîtées, puis de les emboîter afin de contenir dans l’organe de connexion ces extrémités en crochet, de manière sûre. Cette caractéristique présente aussi l’avantage de simplifier le montage de la structure. L’organe de connexion présente de préférence un nombre de branches correspondant au nombre d’éléments polygonaux à solidariser, pour permettre de s’adapter aux différentes configurations d’assemblage des éléments polygonaux. Ainsi l’organe peut présenter au choix au moins deux branches, jusqu’à plusieurs branches, afin de sécuriser l’assemblage de la structure et la solidarisation des éléments polygonaux qu’ils soient au sein de la structure ou sur les bords externes. L’organe de connexion ainsi réalisé présente également l’avantage d’utiliser moins de matériau pour sa conception. Préférentiellement, le thermoplastique est du polycarbonate, pour ses propriétés mécaniques avantageuses. Les éléments polygonaux peuvent présenter également des parois ayant des sections transversales de différents profils. Ainsi, à titre d’exemples illustratifs et non limitatifs, ces sections transversales peuvent être en arc de cercle, en triangle, présenter un profil concave, convexe, sinusoïdal, périodique ou autres profils plus complexes permettant un engagement avec une paroi d’un autre élément polygonal dont le profil est complémentaire. Ces différents exemples de profils ont l’avantage de faire office de raidisseur et d’apporter en stabilité et en rigidité à la structure modulaire. Les éléments polygonaux peuvent également être de type mâle des parois latérale présentent une section en saillie pour venir s’emboiter dans une paroi latérale avec une section en creux d’un élément de type femelle. Des éléments de type hermaphrodites peuvent également être conçu avec des parois latérales mâles et des parois latérales femelles. L’invention concerne également un ensemble géodésique formé par l’assemblage d’une pluralité de structures modulaires telles que précitées. FIG. 1 est une vue en perspective d’une structure modulaire selon l’invention. FIG. 2 est une vue en perspective d’une structure modulaire selon l’invention, dans une configuration libre. FIG. 3 est une vue en perspective d’un organe de connexion selon l’invention. FIG. 4 est une vue en perspective d’un organe de connexion solidaire d’éléments polygonaux. FIG. 5 est une vue similaire à la FIG. 4 , où l’organe de connexion présente deux branches. FIG. 6 est une vue similaire à la FIG. 4 , où l’organe de connexion présente trois branches. FIG. 7 est une vue en perspective d’organes de connexion lors de l’assemblage des deux parties complémentaires. FIG. 8 est une vue en perspective de l’une des deux parties complémentaires de l’organe de connexion. FIG. 9 est une vue en perspective d’un ensemble géodésique réalisé à partir de la structure modulaire selon l’invention. FIG. 10 est une vue en d’un autre mode de réalisation de l’organe de connexion. Description détaillée de l’invention En référence aux figures 1 à 10, l’invention concerne une structure modulaire (1) pour la réalisation d’une paroi, qui offre une solution polyvalente, rigide, adaptable et recyclable pour diverses applications. La structure est composée d’éléments polygonaux (2) fabriqués en thermoplastique, tel qu’en polycarbonate, notamment recyclé, et par fabrication additive. L’invention permet de fabriquer, en fabrication digitale directe, un très grand nombre de formes, régulières comme irrégulières, et de les attacher ensemble pour former des parois, planes, sphériques ou semi-sphériques, utilisées pour tout type de construction. La paroi réalisée comprend ainsi une subdivision de surface en cellules, les éléments polygonaux (2), à la manière des polygones de Thiessen ou de Voronoï qui forment un pavage intégral, du type des structures géodésiques bien connues. Les éléments polygonaux (2) sont de préférence conçus pour être empilables, ce qui permet un transport et un stockage facile et économique de la structure démontée. La technique de fabrication additive mise en œuvre utilise un bras robotisé, tel qu’un robot à six axes par exemple, avec un extrudeur de matière thermoplastique, en l’occurrence de préférence du polycarbonate chauffé à une température comprise entre 230°C et 250°C. La buse de l’extrudeur dépose un fil fondu de polycarbonate sur une plateforme de construction, qui est ensuite refroidi et durci. Le refroidissement peut être réalisé par un ventilateur, assurant une solidification rapide et homogène du matériau. Ce processus est répété couche par couche jusqu’à ce que la forme souhaitée de l’élément annulaire soit obtenue. Les éléments polygonaux (2) sont de toute forme souhaitée, par exemple hexagonale, octogonale ou autre, permettant un assemblage modulaire pour créer des parois et des structures de différentes tailles et formes. En référence aux figures 1 et 2, les éléments polygonaux (2) sont disposés de manière à former une structure modulaire (1) sous forme d’un pavage. Ces éléments polygonaux (2) présentent au moins une paroi latérale qui est engagée/emboitée dans une paroi latérale complémentaire d’un élément polygonal (2) adjacent. Sur les présentes figures, une paroi d’un premier élément polygonal (2) présente une section en saillie telle qu’une nervure (4) engagée dans une section en creux telle qu’une rainure (5) d’un second élément polygonal (2) adjacent. Ces sections en creux et en saillie font office de raidisseur. Les éléments polygonaux (2) peuvent intégrer d’autres éléments structurels, tels que des étagères, des fenêtres, hublots, bancs, fauteuil, table, cloisons ajourées également appelées moucharabieh, des supports ou des renforts, offrant des fonctionnalités supplémentaires à la structure. Etc. Les éléments polygonaux (2) comprennent par exemple des rebords fonctionnels, permettant la fixation et le maintien des étagères, des vitres ou d’autres éléments. Ces rebords ou étagères, plan de travail etc, peuvent former partie intégrante des éléments polygonaux (2), c’est-à-dire fabriqués en même temps par fabrication additive, ou bien être rapportés et conçus pour s’emboîter ou se fixer aux éléments polygonaux (2) par l’intermédiaire de clips, de vis ou d’autres mécanismes de fixation. Selon l’invention, un organe de connexion (3) est positionné entre les éléments polygonaux (2) pour attacher latéralement les éléments polygonaux (2) les uns aux autres, et des moyens de serrage viennent chacun, d’une part, s’engager avec l’organe de connexion (3) et, d’autre part se fixer dans une paroi latérale d’un élément polygonal (2), pour rapprocher les éléments polygonaux (2) les uns des autres et verrouiller l’ensemble. Chaque moyen de serrage comprend par exemple une tige traversant la paroi latérale de l’élément polygonal (2) et comprenant, d’un côté de la paroi, une extrémité filetée (7) recevant un écrou (8) et, d’un autre côté, une extrémité en crochet (6) engagée avec l’organe de connexion (3). Selon la forme de réalisation illustrée aux FIG. 3 , 7 et 8, l’organe de connexion (3) se présente sous la forme de deux parties complémentaires emboîtées l’une dans l’autre en laissant un espace libre entre elles pour définir des branches et des secteurs autour desquels les crochets viennent s’engager. En pratique, les extrémités en crochet (6) sont engagées dans l’organe de connexion (3) lorsque celui-ci est en position ouverte, c’est-à-dire lorsque les deux parties complémentaires de l’organe de connexion (3) ne sont pas encore emboîtées ; les extrémités en crochet (6) sont alors placées au niveau des demi-branches (15) d’une première partie complémentaire (10) et fermement solidarisés avec l’organe de connexion (3) lors de l’emboitement avec une deuxième partie complémentaire (11) de l’organe de connexion (3) formant des branches (9), en nombre correspondant au nombre d’éléments polygonaux (2) à solidariser. En référence à la FIG. 4 , l’organe de connexion (3) maintient les éléments polygonaux (2) de la structure modulaire (1) fermement engagés par traction exercée grâce aux moyens de serrage. L’extrémité filetée (7) est vissée dans une paroi latérale des éléments polygonaux (2), qui reçoit ensuite un écrou (8) situé sur la face interne des éléments polygonaux (2). L’extrémité en crochet (6) est engagée dans l’organe de connexion (3). Des joints ainsi qu’un écrou supplémentaire sur la paroi externe des éléments polygonaux (2) peuvent éventuellement être utilisés. Les éléments polygonaux (2) sont alors solidarisés et maintenus ensemble les uns aux autres, le vissage de chaque écrou (8) sur chaque extrémité filetée (7) venant verrouiller l’ensemble. En référence aux figures 5 et 6, l’organe de connexion (3) se présente respectivement avec deux et trois branches (9). Ces organes de connexion ainsi réalisés sont notamment utilisés pour les bordures externes d’un ensemble géodésique formé avec la structure modulaire (1) de la présente invention, en présentant les mêmes propriétés d’assemblage. En référence aux figures 7 et 8, l’organe de connexion (3) est présenté lors de son assemblage. L’organe de connexion (3) comprend deux parties complémentaires, chaque partie étant muni de demi-branches (15). Une première partie complémentaire (10) présente aux extrémités de ses demi-branches (15) des bossage (16) tels que représentés à la FIG. 8 , destinés à s’emboîter dans des creux aménagées dans les extrémités des demi-branches (15) d’une deuxième partie complémentaire (11). Les deux parties complémentaires sont ensuite emboitées pour former l’organe de connexion (3) et maintenues ainsi par vissage ou tout autre moyen de solidarisation, formant les branches (9) destinées à recevoir les extrémités en crochet (6) des moyens de serrage. L’organe de connexion (3) présente également un orifice central (13) taraudé destiné à recevoir une vis (14). Selon la FIG. 10 , l’organe de connexion (3) présente un seul orifice est sous la forme d’un anneau, les moyens de serrage s’engagent sur des secteurs tout autour de l’orifice. En référence à la FIG. 9 , il est présenté une miniature d’un ensemble géodésique forme par des structures modulaires selon la présente invention. L’invention permet de réaliser aussi bien des surfaces planes, dans ce cas les éléments polygonaux (2) s’inscrivent dans un cylindre, que sphérique ou semi-sphérique. Dans le cas de la construction d’une paroi sphérique ou semi-sphérique, les éléments polygonaux (2), dont les parois convergent vers le même centre, tiennent en place seuls, facilitant ainsi le montage de la structure. La contraction du thermoplastique, et notamment du polycarbonate pendant l’impression, donne une forme en calotte sphérique à la surface posée sur le lit d’impression, ce qui lui permet de mieux suivre la courbure de la sphère géodésique une fois assemblée. En outre, la conception modulaire des éléments polygonaux (2) permet un assemblage facile et rapide, ainsi qu’un démontage sans effort en cas de besoin. La possibilité de réutiliser ou de recycler les éléments polygonaux (2) en thermoplastique d’une part, et les organes de connexion qui sont par exemple en aluminium recyclé, d’autre part, contribue à la durabilité et à la polyvalence de cette invention. L’assemblage d’une pluralité de telles structures peut donner naissance à des ensembles géodésiques, tels que des dômes, des serres, des abris temporaires et des structures architecturales. Les structures géodésiques offrent une résistance élevée aux forces externes et une utilisation efficace des matériaux, ce qui en fait une solution idéale pour diverses applications. Il ressort de ce qui précède que l’invention offre une structure pour la réalisation d’une paroi composée d’éléments polygonaux (2) fabriqués en thermoplastique par fabrication additive. La conception modulaire, la rigidité accrue grâce à la paroi latérale faisant office de raidisseurs et l’organe de connexion (3) innovant permettent un assemblage rapide et sûr. La possibilité d’intégrer des éléments structurels et de fermer les éléments polygonaux (2) avec des vitres offre une grande flexibilité en termes de fonctionnalité et d’esthétique. Enfin, la facilité d’assemblage, de démontage et de recyclage des éléments ; ainsi que le gain en adaptabilité rend cette invention particulièrement adaptée à une grande variété d’applications et respectueuses de l’environnement. Structure modulaire (1) pour la réalisation d’une paroi, ladite structure comprenant : - au moins deux éléments polygonaux (2) fabriqués en thermoplastique et par fabrication additive ; chaque élément polygonal (2) présente au moins une paroi latérale emboitée dans une paroi latérale d’un élément polygonal (2) adjacent ; - un organe de connexion (3) positionné entre les éléments polygonaux (2) pour attacher latéralement les éléments polygonaux (2) les uns aux autres ; - des moyens de serrage qui viennent chacun, d’une part, s’engager avec l’organe de connexion (3) et, d’autre part se fixer dans une paroi latérale d’un élément polygonal (2), pour rapprocher les éléments polygonaux (2) les uns des autres et verrouiller l’ensemble. Structure modulaire (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque moyen de serrage comprend une tige traversant la paroi latérale de l’élément polygonal (2) et comprenant, d’un côté de la paroi, une extrémité filetée (7) recevant un écrou (8) et, d’un autre côté, une extrémité en crochet (6) engagée avec l’organe de connexion (3). Structure modulaire (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’organe de connexion (3) présente des branches (9) définissant des secteurs autour desquels les crochets viennent s’engager. Structure modulaire (1) selon la revendication 3, caractérisée en ce que l’organe de connexion (3) se présente sous la forme de deux parties complémentaires emboîtées l’une dans l’autre en laissant un espace libre entre elles pour définir les branches et les secteurs. Structure modulaire (1) selon l’une des revendications 3 à 4, caractérisée en ce que l’organe de connexion (3) présente un nombre de branches (9) correspondant au nombre d’éléments polygonaux (2) à solidariser. Structure modulaire (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le thermoplastique est du polycarbonate. Ensemble géodésique formé par l’assemblage d’une pluralité de structures modulaires selon l’une quelconque des revendications 1 à 6.