Panneau composite préfabriqué L'évolution des méthodes de construction a rendu nécessaire la préfabrication en usine de la plupart des éléments constitutifs d'un bâtiment.
La technique la plus couramment employée consiste à ériger une ossature, les vides étant remplis par des panneaux préfabriqués fixés soit entre, soit devant ladite ossature.
Les différents panneaux généralement utilisés sont des panneaux du type (( sandwich comportant un pare ment en métal tel que l'aluminium, l'acier inoxydable, ou en bois, en verre, ou encore en amiante, ciment, etc., collé à une âme isolante.
La particularité de ces revêtements est qu'ils peuvent être utilisés en faible épaisseur, et donc sous un faible poids, ne nécessitant pas d'autres moyens de fixation que le collage sur l'âme du panneau.
Dans cet esprit, il a déjà été proposé de réaliser de tels panneaux en remplaçant les parements couramment utilisés, cités plus haut, par des parements en pierre natu relle ou en marbre en épaisseur très mince, difficilement compatibles avec les impératifs de sciage et de polissage, et également de réaliser de tels panneaux avec des pare ments en pierre ou en marbre sans spécification d'épais seur.
Dans les deux cas l'âme du panneau est constituée par une mousse rigide de polyuréthane expansée in situ et qui adhère sur les plaques de parements en pierre ou en marbre, la fixation des plaques étant seulement assu rée par l'adhérence de la mousse rigide de polyuréthane, mais, contrairement aux revêtements déjà évoqués, les matériaux naturels ne peuvent être utilisés en une aussi faible épaisseur.
Dans la construction traditionnelle, il est bien connu d'utiliser des plaques de parements en pierre ou en mar bre fixées contre les murs au moyen d'agrafes.
II est connu également de constituer, avec de telles plaques, pourvues à leur verso de pattes d'agrafage, un coffrage extérieur de mur en béton, de manière qu'après coulée de ce matériau, la plaque soit intimement solidaire du mur et que sa fixation ne soit pas seulement obtenue par l'adhérence du béton.
La présente invention concerne un panneau compo site préfabriqué et un procédé pour la fabrication.
Ce panneau a pour but de rendre possible l'emploi de revêtements naturels, traditionnels dans la préfabrication des panneaux, tout en assurant une sécurité de fixation pour le moins équivalente à celle de la pose classique.
A la suite d'essais, on a constaté qu'en raison de la densité élevée de ces matériaux, conduisant à un poids inusité quand ils sont employés comme parements, il était indispensable de prévoir des dispositions spéciales de sécurité empêchant la séparation fortuite du parement et de l'âme isolante, notamment lors d'une exposition à la chaleur et, en particulier, lors d'un incendie.
En effet, on n'évite pas qu'il puisse se produire un effet de fluage de la plaque par rapport à la mousse de polyuréthane qui, étant un matériau cellulaire plastique, est de ce fait assez élastique.
De par le propre poids des plaques, la sollicitation au fluage est permanente, ce qui est particulièrement grave dans les cas de températures limites où la mousse rigide peut présenter un certain ramollissement qui provoque un fluage important de la plaque de parement, les cellu les n'étant plus assez rigides à l'emplacement du collage pour supporter le poids de la plaque.
Dès que la température baisse, la mousse reprend sa consistance normale mais le fluage de la plaque est irré versible et les mouvements de fluage cumulés peuvent provoquer, même si le collage ne cède pas, un arrache ment de la mousse entraînant la séparation de la plaque.
Le panneau composite préfabriqué suivant la pré sente invention, comportant une plaque de parement en pierre naturelle, marbre, granit ou autre, un cadre mé tallique, des joints semi-rigides disposés de chaque côté sur les ailes du cadre, une masse en matériau synthétique expansé, un parement intérieur, une barrière pare- vapeur sur la face interne de la plaque de parement en pierre ou en marbre et éventuellement sur celle du pare ment intérieur si besoin, est caractérisé en ce qu'au moins une fixation métallique assure une liaison mécani que entre ledit cadre et ladite plaque de parement.
Cette liaison métallique peut notamment être du type décrit dans le brevet français No 1524254 du ler avril 1968.
Le dessin annexé montre à titre d'exemple un mode de réalisation de la présente invention la fig. 1 est une vue en perspective, avec coupe par tielle ; les fig. 2 et 3 sont des vues en coupe faites respecti vement suivant les lignes II-II et 111-11I de la fig. 1 ; la fig. 4 est une vue en coupe d'un panneau constitué avec plusieurs plaques de parement juxtaposées ; les fig. 5 à 8 sont des vues en coupe, à plus grande échelle, montrant différentes formes de joints entre ces plaques de parement juxtaposées.
Le panneau représenté est constitué d'une plaque 1 d'un matériau naturel, tel que pierre, marbre, granit, travertin, ardoise, etc., formant parement extérieur, d'un cadre ou bâti 2, en tôle d'acier pliée, galvanisée ou élec- trozinguée, ou ayant subi tous autres traitements garan tissant une protection efficace contre la corrosion, d'un parement intérieur 3 qui peut être par exemple en tôle d'acier galvanisée ou électrozinguée, ou en tout autre matériau au choix du maître de l'oeuvre, tel que fibro- ciment, matière plastique, contreplaqué, etc.,
et d'une âme isolante 4 constituée par de la mousse rigide de poly uréthane injectée in situ.
Le cadre 2 peut être en forme de U ouvert vers l'intérieur, comme montré à la fig. 2, ou ouvert vers l'extérieur, comme montré à la fig. 3 ; entre chacune de ses deux ailes et le parement extérieur 1, d'une part, et le parement intérieur 3, d'autre part, sont intercalés des joints 5 et 6 en caoutchouc synthétique imputrescible, ininflammable et insensible aux variations de tempéra ture, qui suppriment toute possibilité de pont thermique ou phonique.
II est à noter que le pliage de la tôle constitutive des éléments du cadre permet de donner tout profil désiré au champ du panneau, ce qui laisse une très grande sou plesse de mise en aeuvre.
Des pièces de fixation assurent la fixation du pare ment extérieur 1 au cadre 2 ; celles-ci peuvent être en forme d'équerre 7 ; une de leurs branches 8 est fixée au parement 1 par tous moyens appropriés et l'autre bran che 9 est fixée de même au fond 10 du profilé en U ouvert vers l'extérieur, ces fixations peuvent également être en forme de crochet 11 dont une branche 12 est également fixée selon le procédé décrit dans le brevet cité ou par tous moyens appropriés au parement exté rieur 1 et l'autre, de même, à un prolongement 13 d'une des branches du profilé en forme de U ouvert vers l'inté rieur.
Comme la mousse rigide 4 adhère fortement sur tou tes les surfaces avec lesquelles elle entre en contact pen dant son expansion, elle assure le collage de tous les élé ments du panneau; on a donc une double fixation de la plaque de revêtement 1 qui est assurée tant par les fixa tions mécaniques que par le collage obtenu par l'auto adhérence de la mousse; de la sorte, même en cas de destruction fortuite de la mousse et des joints, par exem ple lors d'un incendie, la plaque de parement reste fixée au cadre métallique qui est lui-même indéformable et reste solidaire de l'ossature du bâtiment.
Des évents 14 sont évidemment prévus dans les fonds 10 du cadre pour permettre l'évacuation de l'air pendant l'injection ; ils sont ensuite obturés pour parfaire l'étan chéité du panneau. La face intérieure du parement exté rieur 1 est rendue étanche par l'application d'une bar rière pare-vapeur 15 ; une deuxième barrière peut égale ment être prévue sur la face intérieure du parement inté rieur 3 si besoin est.
Le procédé de préfabrication de tels panneaux se décompose en plusieurs phases comprenant la prépara tion des éléments, leur assemblage, la mise en oeuvre, puis l'injection de la mousse rigide de polyuréthane<B>;</B> tou tes ces opérations peuvent être réalisées en usine à l'aide d'une installation industrielle et d'un outillage spéciale ment conçu à cet effet.
Pour obtenir de tels panneaux, on place la face exté rieure de la plaque de parement sur une surface de réfé rence, on encolle le pourtour de la plaque de parement, on pose le cadre métallique préalablement muni de joints, on pose ce cadre en réalisant la fixation mécani que cadre-plaque, on applique le parement intérieur, on pose une seconde surface de référence et on immobilise cette seconde surface de référence par rapport à la pre mière, et on injecte alors le matériau cellulaire dans ledit panneau afin qu'il vienne remplir la totalité du volume délimité par la plaque de parement, le cadre et le pare ment intérieur.
Les plaques de pierre, marbre ou granit sont, de par leur texture, naturellement plus ou moins perméables; c'est pourquoi elles sont préalablement enduites, à plu sieurs couches, d'un produit étanche à la vapeur et à l'humidité formant barrière pare-vapeur sur la face interne.
Ce stade de la fabrication est une opération très importante puisqu'elle contribue, presque en totalité, à assurer l'étanchéité du panneau et par conséquent à garantir sa durabilité et la conservation des qualités répondant aux exigences thermiques et acoustiques de confort d'habitabilité.
La solution adoptée doit satisfaire à plusieurs impé ratifs: être, évidemment, étanche à l'eau et à la vapeur d'eau, adhérer fortement à la pierre ou au marbre, être un support compatible avec l'adhérence de la mousse rigide de polyuréthane, résister sans perdre ses caracté- ritiques physiques et mécaniques à des températures mi nimales d'utilisation comprises entre - 251, C et -f- 800 C (tout en supportant des chocs thermiques brutaux tels qu'un arrosage d'eau à 100 C pendant que le produit appliqué est soumis depuis trois heures à une tempéra ture de -h 80 C),
ne pas présenter de risques d'inter action chimique, dans le temps, avec la mousse de poly uréthane.
Ces prescriptions sévères imposent une sélection dif ficile parmi les produits susceptibles d'être imperméables à l'eau et surtout à la vapeur.
Les produits d'étanchéité courants à base de bitume ne peuvent être retenus en raison de leur mauvaise tenue à la chaleur ; les produits contenant du caoutchouc chloré présentent de bonnes qualités d'étanchéité mais leur résistance à la chaleur ne permet pas d'atteindre les températures d'utilisation, leur point de fluage se situant avant -I-- <B>800C.</B>
Il a été envisagé d'utiliser, comme barrière pare- vapeur, des laques à base de polyuréthane, en raison de leur compatibilité évidente avec la mousse rigide de poly uréthane et aussi à cause de leur bonne tolérance à la chaleur ; malheureusement ces laques ne présentent qu'une étanchéité médiocre à la vapeur d'eau<B>;</B> des essais de mesure de perméabilité à la vapeur dits à la cou pelle ont été effectués, par le Laboratoire national d'essais du Conservatoire des arts et métiers, sur deux éprouvettes en pierre enduites de deux laques différentes composées de polyuréthane.
Ces essais ont été réalisés suivant le mode opératoire décrit dans la Norme française NF-X-41001 ; les résul tats figurent dans le PV No 159218 établi par le Labora toire national d'essais ; ils ont démontré une perméabi lité réelle à la vapeur de 23 et 31 g/m2/24 h.
Cette perméabilité est trop importante pour garantir l'étanchéité du panneau, eu égard également aux normes établies par les organismes officiels du bâtiment pour ce genre de panneaux dit du type Etanche .
Pour la préfabrication des panneaux décrits ci-dessus en regard du dessin, c'est avec un produit à base d'hypa- lon et de solvant chloré appliqué à trois couches qu'a été résolue l'étanchéité à la vapeur des plaques de parement.
Pour confirmer l'efficacité de cette solution, les mê mes essais cités précédemment ont été effectués par le Laboratoire d'essais du Conservatoire national des arts et métiers sur différentes éprouvettes en pierre enduites, sur une face, avec ce produit<B>;</B> la pierre étant de la même nature que celle utilisée pour les laques à base de poly uréthane.
Les résultats indiquent une perméabilité réelle à la vapeur de 5 g/m2/24 h ; ce taux de perméabilité est par faitement admissible et se situe dans les normes admises par les réglementations en vigueur.
Sur ces mêmes éprouvettes il avait été préalablement procédé à des essais de vieillissement accéléré, de tenue au gel, à la chaleur et aux chocs thermiques; tous ces essais ont été effectués sur des éprouvettes où le produit pare-vapeur était étroitement en contact avec la mousse rigide de polyuréthane; ils avaient pour but de vérifier l'efficacité et la permanence du produit, également de contrôler l'éventualité d'une interaction chimique ; tous les résultats ont été concluants ainsi que l'atteste le PV No 159218 du Laboratoire national d'essais.
Cette opération d'étanchéité ayant été faite, la ou les plaques devant servir au parement extérieur du panneau sont disposées côte à côte sur une surface de référence absolument plane.
Dans les cas où le panneau a une hauteur ou une largeur telle qu'il soit préférable de le constituer par plu sieurs plaques de parement juxtaposées comme montré à la fig. 4, ces plaques comportent une feuillure en queue d'aronde 16 sur la face interne et sur le chant qui est prolongé par la feuillure semblable de la plaque jux taposée.
La réunion de ces deux feuillures constitue un joint trapézoïdal qui est rempli intégralement par un mastic à base de polymère de thiokol catalysé, après polyméri sation on a ainsi un joint mécano-chimique, mécanique de par sa forme qui le rend indissociable de son loge ment, et chimique de par sa nature qui en fait un joint étanche à l'eau et à la vapeur, qui résiste largement aux températures d'utilisation, qui est adhérent et dont les propriétés de flexibilité et d'élasticité restent constantes.
Le joint peut également être semi-circulaire (fig. 6) ; rectangulaire (fig. 7) ou triangulaire (fig. 8).
Le parement extérieur 1 du panneau étant réalisé, on vient présenter le cadre métallique 2 sur lequel les joints 5 et 6 ont été fixés, on encolle le pourtour de l'appareillage des plaques sur une largeur correspon- dant à la portée du joint, on applique ledit cadre et l'on procède alors à la pose des fixations mécaniques rendant les plaques solidaires du cadre métallique suivant le mode opératoire décrit ci-dessus.
On applique le parement intérieur 3, préalablement encollé au pourtour, sur le joint supérieur 6 du cadre 2 de la même façon mais à l'inverse du collage du cadre sur les plaques de parement 1.
On recouvre le panneau ainsi constitué, d'une surface de référence plane identique à celle utilisée pour suppor ter les plaques de parement; le panneau se trouve ainsi pris en sandwich entre ces deux surfaces.
Pour effectuer l'injection de la mousse rigide de poly uréthane 4 qui est préexpansée mais encore en cours d'expansion et qui continue donc de s'expanser à l'inté rieur du panneau, on utilise des contre-surfaces de réfé rence composées d'un bâti, d'un plateau inférieur fixe et d'un plateau supérieur qui se lève et s'abaisse automati quement, en coulissant verticalement par rapport aux colonnes du bâti ; ce sont des constructions métalliques lourdes, robustes et précises, qui rappellent les presses, de par leur conception, mais qui n'exercent pas d'effet de pression mécanique sinon celle du propre poids du plateau supérieur ;
elles sont utilisées pour maintenir le panneau à ses cotes en évitant les déformations qui ne manqueraient pas de se produire lors des poussées pro voquées par l'expansion de la mousse rigide de polyuré thane; on voit que ces deux plateaux n'agissent pas comme des presses mais plutôt en antiretour <B> -</B> Contrairement aux matériaux de parement utilisés classiquement, les plaques de pierre ou de marbre sont particulièrement fragiles en raison de leur taux de flexion pratiquement nul ; elles ne pourraient supporter, sans dommage, la plus légère déformation, cette fragilité im plique des caractéristiques spéciales des contre-surfaces de référence:
les plateaux sont rendus rigoureusement plans par rabotage et calage des fers, leur rigidité est obtenue par un système de poutraison triangulée, les efforts pouvant se transmettre au bâti, celui-ci est équipé de vérins compensateurs, après avoir été mis préalable ment en précontrainte.
Toutes ces dispositions font que l'ensemble présente une résistance à la déformation dont le coefficient est largement supérieur aux efforts extrêmes pouvant être envisagés.
Le sandwich constitué par le panneau entre les deux surfaces de référence, comme décrit plus haut, est dé posé sur le plateau inférieur; on applique des disposi tifs de blocage latéraux qui coulissent sur le plateau infé rieur ; ces dispositifs sont rapidement et automatique ment bloqués contre et sur tout le pourtour des chants du panneau ; on fait descendre le plateau supérieur jusqu'à venir en butée des réglages d'épaisseur ; on bride l'en semble en réunissant le plateau inférieur au plateau supé rieur par des fermetures rapides.
A cette phase de la fabrication, le panneau dont tous les éléments sont assemblés est entre deux surfaces pla nes, l'ensemble étant maintenu et bloqué sur ses six faces, dans les contre-surfaces de référence (plateau inférieur, plateau supérieur et blocage des chants) ; le panneau est alors prêt à être injecté.
Conventionnellement, les mousses rigides de polyuré thane étaient élaborées en utilisant soit le gaz carbonique, soit le trichlorofluorométhane comme agent d'expansion, puis par la suite, un mélange de trichlorofluorométhane et de dichlorodifluorométhane en faible quantité.
Or, suivant le procédé décrit, on utilise uniquement et intégralement le dichlorodifluorométhane ; il en résulte des avantages certains et contrôlés, tant au point de vue des qualités supérieures de la mousse rigide obtenue (stabilité, tenue aux températures, résistances mécani ques, homogénéité, cellules plus fines, densité constante pour une même injection, etc.) que des garanties et des facilités de mise en #uvre (diminution des poussées, rem plissage de volumes importants en une seule injection, adhérence, etc.).
Cette technique nécessite la fabrication d'une machine à injecter spéciale, particulièrement en ce qui concerne la tête de mélange.
En pratique et plus clairement, cette méthode permet d'injecter une mousse préexpansée mais encore en cours d'expansion, alors qu'auparavant on injectait un mélange de composants liquides denses et visqueux et plus der nièrement un mélange sous forme de crème.
Cette nouvelle technique d'élaboration et de mise en couvre est spécialement avantageuse dans le cas de pan neaux préfabriqués dont l'âme est constituée par de la musse rigide de polyuréthane.
En effet, il est maintenant notoirement connu que la stabilité dimensionnelle de ces panneaux et par consé quent la conservation de leurs qualités intrinsèques est en grande partie fonction de la stabilité de l'âme isolante.
Le grand inconvénient résidait jusqu'à présent dans le fait qu'il était pratiquement impossible d'éviter que, pen dant l'injection, il ne se forme, au contact des parements, une croûte dont la densité était nettement supérieure à celle de la plus importante partie de l'âme comprise entre ces deux croûtes.
Cet incident a été reconnu comme très préjudiciable à la stabilité de la mousse rigide de polyuréthane, notam ment à la chaleur, tout d'abord en raison d'un principe de physique élémentaire mais surtout pour des raisons chimiques.
Qu'il s'agisse d'expansion au gaz carbonique, au tri- chlorofluorométhane ou au trichlorofluorométhane addi tionné de dichlorodifluorométhane, cette élévation de densité est toujours le résultat d'un effet mécanique de délaminage sur le mélange réactionnel et c'est parce que l'expansion n'a pas pu s'accomplir entièrement que la densité est plus élevée à cet endroit.
Cette carence qui se manifeste à l'encontre d'une e pansion normale et complète est le signe évident qu'on ne peut maîtriser une densité homogène, cette dernière devant uniquement être sciemment modifiée en agissant pur la proportion d'agent d'expansion utilisé.
II résulte de cette augmentation de densité au contact des parois délimitant l'expansion, que les cellules consti tuant cette croûte contiennent soit du gaz carbonique, soit du trichlorofluorométhane à l'état liquide éventuelle ment mélangé à du dichlorodifluorométhane et que, sous l'effet d'une chaleur tout à fait normale, le panneau subit des déformations pouvant entraîner la destruction des parements puisque le trichlorofluorométhane entre en ébullition à 4- 240 C et que le gaz se dilate sous l'effet de la chaleur.
Alors que dans l'application présente et comme il est mentionné plus haut, seul le dichlorodifluorométhane est employé comme agent d'expansion et, avec cette formu lation et la machine pour la réaliser il est devenu parfai tement possible d'effectuer des panneaux dont l'âme iso lante en mousse rigide de polyuréthane est complètement expansée et présente une densité absolument homogène dans toute la masse et en tous les points du panneau avec lesquels elle est en contact.
Ce résultat véritablement appréciable est obtenu parce que l'expansion se produit bien avant l'injection et surtout avant le début de la réaction de polymérisation supprimant ainsi tous risques de postexpansion, c'est une réalité démontrée et prouvée.
L'injection de la mousse rigide de polyuréthane selon ce processus s'effectue au moyen d'un tube muni d'un détendeur que l'on introduit à l'intérieur du panneau par un orifice ménagé dans un des côtés ; ce tube est relié par un flexible haute pression à la tête de mélange de la machine; le temps d'injection est prédéterminé en fonc tion du volume à remplir et du débit de la machine; c'est l'appareillage électronique de la machine qui com mande et qui coupe l'injection ; il est superfétatoire d'indiquer que Pair contenu dans le panneau doit pou voir s'évacuer; les petits trous d'évent 14 ont été prévus à cet effet sur les chants du panneau, ils sont obturés après injection.
Le panneau ayant été injecté, est maintenu dans les surfaces de référence pendant tout le temps de la poly mérisation, puis les contre-surfaces sont ouvertes et le panneau est retiré sans contrainte en utilisant, pour le manutentionner, la surface plane inférieure ; il est stocké à une température adéquate au temps de maturation.
Toutes les sécurités de contrôle sont prévues sur la machine afin d'avoir toujours des mélanges rigoureux et des viscosités constantes et tous les moyens ont été réu nis pour obtenir des conditions d'ambiance (température, hygrométrie) et de température des matériaux nécessai res aux impératifs de cette technique.
Les panneaux décrits ont de nombreux avantages parmi lesquels on peut notamment citer - Emploi des matériaux naturels les plus nobles en construction non traditionnelle.
- Sécurité de fixation équivalente à celle de la pose classique. , - Obtention d'un panneau rendu absolument monolithi que et étanche.
- Coefficient d'isolation de la mousse rigide de poly uréthane supérieur à tous les isolants connus ?. = 0,018 k.cal!m-(h!o C.
- Possibilité de varier à l'infini les revêtements exté rieurs des panneaux en raison de la diversité considé rable des matériaux naturels.
- Garantie et régularité de fabrication grâce à la préfa brication en usine.
- Rapidité de mise en oeuvre.