FR2955338A1 - Element de mur prefabrique isole thermiquement et facile a assembler - Google Patents

Abstract

L'invention consiste en un élément de mur préfabriqué transportable (1) intégrant optionnellement des parements (21). Cet élément préfabriqué remplit les fonctions mécaniques et thermiques inhérentes à un mur et permet de créer sur site 10 mètres linéaires de mur en moins de 2 heures. Cet élément de mur (1) est constitué de panneaux standardisés (6) et (7), de préférence en bois, qui assemblés créent des cavités emprisonnant et stabilisant de l'air. L'isolation thermique est élevée. L'assemblage créé une structure mécanique plus résistante que les murs bois actuels. Les parements optionnels (21) génèrent des espaces pour l'électricité ou la plomberie. Ces options rendent l'usage de ce mur préfabriqué encore plus intéressant. Cette invention permet de créer des bâtiments à usage d'habitation ou de bureaux.

Description

-1- La présente invention concerne la réalisation d'éléments de mur ou de cloison, pour la construction de logements ou de bâtiments, utilisant principalement deux isolants performants, peu couteux et disponibles : l'air (plus de 55% du volume) et le bois (moins de 45% du volume). Ces éléments permettent de créer rapidement et facilement des murs ou des cloisons, porteurs ou non. Les propriétés mécaniques, thermiques et acoustiques des murs porteurs ainsi créés sont supérieures en tous points aux murs porteurs bois composés de deux faces externes associées à des ossatures verticales et éventuellement horizontales et d'un isolant intégré. Ces murs ou cloisons, objet de l'invention, peuvent être habillés, à l'intérieur et à l'extérieur du bâtiment, tout comme des cloisons bois standards, mais peuvent aussi êtres équipés en usine de tout ou partie des parements. Les éléments de murs peuvent intégrer des composants tels que pare vapeur et/ou réflecteur de chaleur et/ou réducteur de bruit. Ces éléments sont réalisés avec des pièces standardisées afin de simplifier la fabrication et donc de réduire les coûts de production. Les espaces pour portes et fenêtres peuvent être découpés aussi facilement qu'avec une cloison en béton cellulaire. Ces opérations peuvent être effectuées en usine ou après assemblage sur site.

Problème à résoudre. La réalisation d'un mur de bâtiment parfaitement isolé et mécaniquement 20 performant nécessite aujourd'hui beaucoup d'activités manuelles ainsi que la gestion de différents matériaux sur le chantier de ce bâtiment. Même dans le cas d'utilisation de matériaux tel que le bois on constate peu de simplification dans la conception des murs et des cloisons. En fait, même si les éléments constituant le principal de la structure mécanique du 25 bâtiment peuvent être préfabriqués, la plupart des matériaux du gros oeuvre sont mis en forme sur place générant des transports multiples, des coûts importants, des délais longs et des erreurs de réalisation. Une fois le mur réalisé et le gros oeuvre terminé, intervient la mise en place des parements extérieurs, de l'isolation et des parements intérieurs. Toutes ces 30 opérations recréent les mêmes problèmes et les mêmes risques que la réalisation du gros oeuvre. Enfin cette méthode de travail génère des déchets nombreux et différents qu'il faut alors gérer. Solutions actuelles. 35 Murs et cloisons minérales (béton, briques, plâtre, ...). Les techniques de préfabrication des murs existent en particulier pour le béton, mais elles ne sont utilisées que pour la construction d'immeubles, de sites industriels et de bureaux. Ces techniques imposent une très forte standardisation peu compatible avec les souhaits des architectes et des concepteurs de maisons 40 individuelles. De plus le transport de murs préfabriqués en béton impose, en raison du poids, des méthodes de transport coûteuses qui ne sont économiquement viables pour des quantités importantes. 2955338 -2-

En ce qui concerne les cloisons on peut considérer que la plupart des produits sont aujourd'hui préfabriqués et uniquement mis en forme sur site (exemple des 45 carreaux de plâtre).

Murs et cloisons en matières végétales (bois, ...).

Malgré l'existence de plusieurs brevets proposant des méthodes industrielles de réalisation de murs préfabriqués en matières végétales, on constate qu'elles ne se sont pas développées car insuffisamment souples pour le positionnement des 50 portes et des fenêtres. Les besoins des clients transforment finalement la préfabrication en réalisation spécifique qui, en fait, déplace la réalisation du mur du lieu de construction à un atelier. L'avantage est d'améliorer les conditions de travail, les inconvénients sont le transport de sous ensembles encombrants, l'assemblage sur place et la gestion des erreurs inhérentes à la réalisation de 55 produits uniques.

La réalisation de cloisons bois est aujourd'hui équivalente à la réalisation de cloisons telles qu'avec des plaques composées de carton, de plâtre et d'isolant. On ne trouve pas à ce jour de cloisons en matières végétales préfabriquées prêtes à poser.

60 Autres : bardages métalliques, panneaux composites. On peut considérer que la plupart des bardages sont préfabriqués. Par contre, le mur en lui-même n'est pas préfabriqué puisque que la structure portante sur laquelle le bardage sera fixé est souvent montée sur place. Des bardages incluant les fonctions d'isolations existent (panneaux composites). En général les bardages 65 sont découpés sur le lieu de construction pour l'implantation des portes et des fenêtres. Ces technologies sont principalement réservées à des bâtiments industriels.

Donc il y a une forte opportunité pour créer des murs préfabriqués sur le marché du bâtiment. En particulier, ces murs préfabriqués, porteurs ou non porteurs, sont 70 utilisables pour des habitations et petits immeubles à usage d'habitation ou professionnels.

L'invention (1) est un élément de mur ou de cloison préfabriqué qui permet de créer très facilement et très rapidement murs et cloisons (2) par emboitement et, par exemple, chevillage (3).

75 L'invention est réalisée en usine à l'aide d'une pluralité de composants plans standards (6) et (7) réalisés en matière thermiquement isolante et rigide, de préférence en bois. Ces plans standards comportent des nervures (9) et (10). Lors de l'assemblage, par exemple par collage ou vissage, la pluralité de composants constitue une pluralité de couches incluant des lames d'air (20). La pluralité de 80 nervures verticales (9), dont la hauteur est égale à l'épaisseur de la lame d'air (20), constitue une ossature verticale. Chaque élément est décalé par rapport à l'autre (26) de manière à créer une pluralité de zones d'emboîtement (11) facilitant le montage du mur ou de la cloison sur le site de construction. De part la réalisation des composants (6) et (7), la jonction de l'invention avec son voisin 85 permet une continuité parfaite. Chaque extrémité de panneau s'appui sur un 2955338 -3-

nervure verticale. Cette solution d'assemblage assure entre chaque dispositif la continuité de la répétition des nervures verticales et horizontales et donc des cavités. Ce décalage permet aussi à la pluralité de nervures verticales (9) dont la fonction principale est de résister à la charge verticale, d'être en quinconce les 90 unes par rapport aux autres (12) afin d'augmenter la rigidité de la cloison ainsi que le chemin que la chaleur doit parcourir par conduction (19). Le panneau nervuré (6) comporte aussi une pluralité de nervures horizontales (10) qui participe de même à la rigidité de la cloison. Toutefois, leur fonction principale est d'améliorer l'isolation thermique. C'est dans ce but que ces nervures ont un 95 profil triangulaire ou approchant, afin de limiter le transfert de la chaleur par conduction. Cette pluralité de nervures horizontales crée une pluralité de cavités (8) dans lesquelles de l'air, l'un des meilleurs isolants disponibles (conduction de 0,024 W/m.°C) mais surtout le meilleur isolant en terme de rapport performance/coût, est 100 emprisonné. Pour ce faire, il faut que la hauteur des cavités soit suffisamment petite afin que l'air agisse effectivement comme un isolant. L'espace vertical entre les nervures est calculé de manière à limiter la convection naturelle et donc à créer des cavités dont la résistance thermique approche celle d'une couche d'air immobile de même épaisseur. 105 L'élément de mur sera composé d'au moins deux panneaux (6) et d'un panneau (7) de manière à limiter la transmission de chaleur par rayonnement (18). En effet, la quantité de chaleur transmise par rayonnement est très approximativement divisée par le nombre de lames d'air (20). Le nombre maximum de panneaux (6) est défini par les objectifs d'isolation et de résistance à la charge du bâtiment. 110 Les parements (21) intérieurs et/ou extérieurs sont préfabriqués et optionnellement assemblés en usine avec les mêmes méthodes que les composants du mur. Les matériaux des panneaux de parement sont le bois ou plus avantageusement les matières plastiques qui évitent l'installation de pare vapeur et/ou de pare pluie.

115 D'autres composants sous forme de couche mince (25) tels que pare vapeur et /ou réflecteur et/ou insonorisant peuvent être intégrés en sandwich entre les composants du mur ou de la cloison (6) et (7) de manière à éviter leur installation sur site. -4-120 Les dessins annexés illustrent l'invention :

La figure 1 représente, en vue d'ensemble, un mur ou une cloison réalisée avec l'invention.

La figure 2 représente, en vue d'ensemble, l'invention.

La figure 3 représente, en vue d'ensemble, le composant principal de l'invention 125 avec les nervures assurant la résistance à la compression verticale et les nervures réalisant la séparation des cavités d'air.

La figure 4 représente, en vue de détail éclatée, l'invention constituée de ses deux composants.

La figure 5 représente, en vue de détail, l'invention constituée de ses deux 130 composants.

La figure 6 représente, en vue de détail, le principe d'assemble du dispositif avec lui-même.

La figure 7 représente, en vue de détail sur une coupe verticale, le principe de fonctionnement des nervures horizontales et l'influence des différentes plaques 135 dans les transferts de chaleur.

La figure 8 représente, en vue de détail sur une coupe horizontale, le principe de transfert de la chaleur par conduction

La figure 9 représente, en vue d'ensemble éclatée, l'ajout des panneaux de parement intérieur et extérieur.

140 La figure 10 représente, en vue d'ensemble, des panneaux de parement intérieur et extérieur installés.

La figure 11 représente, en vue de détail éclatée, une méthode d'intégration de films optionnels.

La figure 12 représente, en vue d'ensemble, un mur constitué par l'invention avec 145 des parements intérieur et extérieur. 2955338 -5-

Le mur ou la cloison (2) sont constitués d'éléments préfabriqués (1) eux mêmes constitués d'une pluralité de panneaux (6) et d'un panneau (7). Dans le cas d'un mur, au moins 2 panneaux (6) seront utilisés alors que dans le cas d'une cloison, un unique panneau (6) peut être envisagé. 150 La hauteur de l'élément préfabriqué (1) et donc celle des panneaux (6) et (7) s'adaptera aux différents standards de construction des pays ou régions du monde où ce produit sera commercialisé, par exemple 2,7 m. La largeur de l'élément préfabriqué (1) et par déduction celle des panneaux (6) et (7) seront définies de manière à simplifier:

155 • la manipulation, • l'assemblage des éléments sur site, • le transport entre le site de préfabrication et le site de construction. Par exemple 1,125 m pour (1) et 1 m pour (6) et (7). Pour créer un mur de 10 m de long il faudra donc assembler entre eux 10 éléments préfabriqués soit environ 160 2 heures de travail. Pour faciliter l'assemblage des éléments de mur préfabriqué entre eux les panneaux (6) et (7) seront fixés ensembles en quinconce pour générer les espaces d'emboîtement (11). L'immobilisation des pièces (1) entre elles sera assurée, par exemple, par des chevilles (3). 165 La réalisation des angles de mur est possible, quelque soit l'angle, en biseautant l'élément préfabriqué (1) de manière à obtenir des éléments de mur (4) et (5). L'épaisseur de l'élément préfabriqué (1) sera adaptée d'une part à la demande des architectes, d'autre part à la charge verticale à supporter et enfin à l'isolation thermique à atteindre. Par exemple 0,2 m pour (1), 0,06 m pour (6) et 0,02 m pour 170 (7). Dans ce cas (1) sera constitué par trois composants (6) et un composant (7) comme dans le cas des figures 1 et 2 et des figures 4 à 7. Les panneaux de parements optionnels (21), dont les formes sont standardisées, comportent des passages (22), (23) et (24) pour : soit des câblages, soit des tuyauteries encastrées. Les passages (23) constituent aussi les cheminées de 175 ventilation du parement extérieur. La hauteur des panneaux de parement pourra être différente de celle de la cloison et ce en fonction des besoins des constructeurs et des architectes. Par exemple, un parement intérieur plus court afin de tenir compte de l'épaisseur du plancher et de l'implantation du plafond et un parement extérieur plus long, ou inversement.

180 Les méthodes de réalisation des panneaux (6) et (7) pourront êtres les suivantes: A) Pour des cloisons intérieures ou des murs supportant des charges négligeables: panneaux de bois recomposé avec un maillage plastique pour constituer les cavités (8). 2955338 -6-

B) Pour des cloisons intérieures ou des murs supportant des charges faibles: 185 moulage de bois recomposé. C) Pour des murs supportant des charges importantes :

a. panneaux de bois recomposé associés à des tasseaux pour (10) et des ossatures verticales (9) en bois massif, b. panneaux de bois recomposé associés à des tasseaux pour (10) et 190 des ossatures verticales (9) en profilé acier. D) Pour des murs ou des cloisons intérieures supportant des charges très importantes : panneaux en lamellé collé massif intégrant les ossatures verticales (9) associés à des tasseaux pour (10) D'autres matériaux peuvent être exploités par exemple des plastiques de 195 recyclage compressés. L'usage de matériaux hydrofuges pour les panneaux de parement (21) présente l'avantage d'éviter la mise en place de pare vapeur en intérieur et de pare pluie en extérieur.

Les méthodes de réalisations possibles pour l'élément préfabriqué (1) avec ou sans parement sont le collage, le cloutage et le vissage. Le fait que les panneaux 200 (6) sont décalés les uns par rapport au autres simplifie considérablement l'application des solutions d'assemblage par clou ou/et vis. Lors de l'intégration de pare vapeur et/ou réflecteur de chaleur et/ou réducteur de bruit sous forme de couche (25) pouvant atteindre plusieurs centimètres d'épaisseur, on favorisera l'assemblage par clou et/ou vis au moins pour les deux 205 composants (6) et (6) ou (6) et (7) qui prennent l'élément en sandwich. L'isolation thermique est assurée par deux méthodes originales :

De part le montage en quinconce, le transfert de chaleur par conduction dans le bois voit son chemin considérablement allongé (12). Alors que dans un mur en bois d'épaisseur 200 mm la chaleur circulant par les ossatures verticales et 210 horizontale parcoure au maximum 200 mm, dans le cas de l'invention cette même chaleur parcourt 450 mm (19). En effet le profil spécifique des ossatures horizontales (10), qui comporte au moins une section très faible, par exemple le triangle, réduit la conduction dans ces dernières à un niveau proche de zéro. Tous profils ayant au moins une section proche de zéro est utilisable comme ossature 215 horizontale (10). Seule la conduction au travers des ossatures verticales est donc prise en compte : la résistance thermique par conduction est donc au moins doublée, ce qui donc réduit les pertes de chaleur par conduction.

Le transfert de chaleur par conduction et convection naturelle dans l'air est limité par la réduction de la hauteur des cavités (8) et par la multiplication des lames 220 d'air (20). De ce fait la pluralité de nervures sera définie en fonction de la performance d'isolation souhaitée pour une épaisseur donnée. Plus l'espace vertical entre les nervures est faible, moins la cloison peut communiquer de la chaleur à l'air et plus cet air reste stable. La vitesse (17) tend alors vers zéro et limite les transferts de chaleur par convection naturelle. 2955338 -7-

225 En comparaison avec les technologies exploitant des isolants en mousse ou matelas en fibre, le transfert par radiation sera plus important. Notons que la plupart des matériaux utilisables pour créer ces murs préfabriqués ont des émissivités proches de 1. La réduction des pertes de chaleur par rayonnement (18) se fait par l'optimisation de l'épaisseur des panneaux (6) et (7), afin de réduire 230 les températures des surfaces émettrices, et la multiplication des obstacles, donc des composants (6). En effet, le rayonnement est proportionnel à la différence des températures des corps élevées à la puissance quatre. Le fait de multiplier les corps (6) et (7) réduit les écarts de températures (13) û (14), (14) û (15) et (15) û (16) par trois dans cet exemple. On constate que finalement le rayonnement est 235 aussi divisé par environ 3. Si cette technologie impose plus de matériaux pour atteindre le même niveau d'efficacité qu'une mousse ou un matelas de fibre, au final cette technologie sera plus économique quand on tient compte du coût total de l'isolant posé.

Les applications industrielles de cette invention concernent la fabrication du mur 240 ou de la cloison ainsi que l'industrie du gros oeuvre du bâtiment.

Claims (8)

1. REVENDICATIONS1) Dispositif permettant de créer un mur ou une cloison caractérisé en ce qu'il est préfabriqué et constitué d'une pluralité de panneaux (6) et (7) réalisés en matière thermiquement isolante et rigide, assemblés de telle manière qu'entre chaque couple de panneaux, une lame d'air (20) constitue l'isolant thermique principal.
2. 2) Dispositif permettant de créer un mur ou une cloison selon la revendication 1, caractérisé en ce que les panneaux (6) comportent une pluralité de nervures horizontales (10) qui sont espacées de manière à subdiviser la lame d'air (20) en cavités (8) dont la hauteur est suffisamment petite pour que la convection naturelle de l'air soit limitée et pour que l'air agisse comme un isolant.
3. 3) Dispositif permettant de créer un mur ou une cloison selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les nervures horizontales (10) ont un profil qui comporte au moins une section très faible de manière à limiter le transfert de la chaleur par conduction.
4. 4) Dispositif permettant de créer un mur ou une cloison selon la revendication 1, caractérisé en ce que les panneaux (6) comportent une pluralité de nervures verticales (9), dont la hauteur est égale à l'épaisseur de la lame d'air (20), constituant une ossature verticale, qui par la disposition en quinconce de ces nervures (12) augmente le parcours de la chaleur et donc réduit les pertes de chaleur par conduction mais aussi augmente la rigidité du dispositif.
5. 5) Dispositif permettant de créer un mur ou une cloison selon les revendications 1 et 4, caractérisé en ce que plusieurs panneaux (6) et un panneau (7) sont assemblés en quinconce (26) pour générer des emboîtements (11) de telle manière que la continué des nervures verticales et horizontales et donc des cavités (8) entre le dispositif et son voisin est assurée.
6. 6) Dispositif permettant de créer un mur ou une cloison selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parements intérieur et/ou extérieur (21) sont fixés à la structure principale selon les mêmes méthodes d'assemblage et seront donc installés sur le site de construction durant la même opération d'assemblage.
7. 7) Dispositif permettant de créer un mur ou une cloison avec parement selon la revendication 6, caractérisé en ce que ces parements (21) sont réalisés en matière plastique de manière à supprimer l'installation de pare vapeur intérieur et de pare pluie extérieur.
8. 8) Dispositif permettant de créer un mur ou une cloison selon la revendication 1, caractérisé en ce que des films ou couches (25) tel que pare vapeur et/ou réflecteur et/ou isolant acoustique complètent le dispositif et sont immobilisés en étant pris en sandwich entre les différents panneaux.