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CA 02655169 2008-12-11
WO 2007/144481 PCT/FR2007/000921
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Panneau préfabriqué pour construction de bâtiment et procédé de
fabrication d'un tel panneau
La présente invention concerne le domaine de la construction de
bâtiments à partir de panneaux préfabriqués et concerne plus particulièrement
le panneau préfabriqué en tant que tel, l'assemblage de plusieurs panneaux
entre eux et les procédés de fabrication desdits panneaux ainsi que la
construction du bâtiment à partir de ces panneaux préfabriqués.
Parmi les critères importants de qualité d'une construction figurent en
bonne place la résistance mécanique et l'isolation thermique des murs formant
l'enveloppe extérieure du bâtiment. Ces critères peuvent être satisfaits par
l'utilisation de deux matériaux à propriétés opposées mais complémentaires
que sont le béton armé et le polystyrène expansé.
En effet, d'une part le béton armé est de faible coût, de mise en uvre
facile, présente une très bonne résistance mécanique et est ininflammable mais
présente l'inconvénient d'un poids élevé et d'une mauvaise isolation
thermique.
En revanche, le polystyrène expansé, qui est également de faible coût,
présente une excellente isolation thermique, un poids très faible mais a pour
inconvénient d'être inflammable et de posséder une très mauvaise résistance
mécanique.
Parmi les procédés de mise en oeuvre simultanée de ces deux matériaux
dans la construction de bâtiments, on peut citer :
Une méthode qui consiste à monter sur le site de construction des
panneaux en polystyrène, à placer autour de ces panneaux un ferraillage puis à
projeter du béton sur chacune des faces du panneau en polystyrène.
Une autre méthode comprend la mise en place de deux panneaux de
polystyrène parallèles servant de coffrage, l'incorporation d'entretoises et
d'armatures métalliques, puis le coulage de béton à l'intérieur de l'espace
formé
par les deux panneaux, puis l'enduction des faces extérieures du polystyrène
avec du béton.
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Encore une autre méthode consiste à utiliser des blocs de polystyrène en
forme de parpaings, à placer des renforts métalliques à l'intérieur des
alvéoles
des parpaings et à couler à l'intérieur du béton, l'ensemble étant ensuite
recouvert extérieurement de béton.
Les inconvénients majeurs de ces méthodes sont les suivants. Tout
d'abord, au cours de la construction la partie polystyrène est visible, ce qui
est
un obstacle important au développement de ce type de construction car le
polystyrène expansé est dans l'esprit du public un matériau bas de gamme
avec une image de grande fragilité. En outre, ces murs ne sont pas reproduits
de façon identique puisqu'ils sont fabriqués sur site, en particulier la
couche de
béton de revêtement n'est pas uniforme et difficilement reproductible d'un mur
à
un autre, d'une construction à une autre. De plus lorsque le polystyrène
expansé sert de coffrage, il est nécessaire de prévoir des éléments de guidage
pour leur montage ou des armatures et des entretoises qui sont à l'origine de
ponts thermiques.
La présente invention a donc pour but de pallier les inconvénients
précités en proposant un procédé de construction associant l'utilisation de
béton armé et de polystyrène expansé, de mise en ceuvre simple en évitant la
création de ponts thermiques qui nuisent à l'isolation thermique des murs
fabriqués.
Un autre but de l'invention est de proposer un procédé de réalisation de
murs pour des bâtiments à faible coût et totalement reproductible.
A cet effet, il a été envisagé de concevoir un panneau préfabriqué en
usine comprenant une âme en matériau isolant de type polystyrène expansé
recouverte sur ses deux faces d'une couche de béton.
De tels panneaux ont été décrits notamment dans les brevets
DE 3242364 ou US 4 669 240, cependant ces éléments modulaires présentent
soit des entretoises métalliques pour retenir les deux parois extérieures du
panneau, soit des armatures métalliques faisant communiquer entre elles ces
deux parois, des ponts thermiques sont donc présents dans ces modules.
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De même, le module décrit dans le brevet US 5 697 189, formé d'un
panneau en béton muni d'alvéoles internes remplies de polystyrène expansé,
présente l'inconvénient que le béton communique d'une face à l'autre.
Ces liaisons en béton internes sont également à!'origine de ponts
thermiques indésirables.
Un autre but de l'invention est donc de concevoir des panneaux
préfabriqués et un assemblage de ces panneaux exempt de ponts thermiques,
tout en présentant une grande résistance mécanique et une grande légèreté.
A cet effet, la présente invention concerne donc tout d'abord un panneau
préfabriqué pour construction de bâtiment comprenant une âme pleine en
matériau isolant sous la forme d'une plaque recouverte sur ses deux faces
d'une couche de béton uniforme caractérisé en ce que dans ladite plaque
formant l'âme sont ménagés :
- d'une part au voisinage d'une face de la plaque une première série de
logements pour des éléments de renfort constituant des montants à
l'état dressé du panneau sur le sol, et faisant saillie à au moins une
de leurs extrémités en vue de leur scellement au sol, et
- d'autre part sur la face opposée de la plaque une seconde série de
logements pour des éléments de renfort s'étendant entre deux bords
parallèles du panneau et faisant saillie au-delà de ces bords de
manière à constituer un élément de ceinture, à l'état assemblé dudit
panneau avec des panneaux adjacents.
Ce panneau préfabriqué comprenant des éléments de raccord avec des
panneaux adjacents permet de réaliser dans un temps très rapide la
construction de bâtiments dont les murs, notamment les murs extérieurs, sont
constïtués de tels panneaux. La plaque en matériau isolant étant recouverte en
usine sur ses deux faces d'une couche de béton, le matériau isolant est
masqué et n'est nullement apparent lors de la construction. Par ailleurs,
l'application de béton pouvant être effectuée à plat en usine, l'épaisseur de
ces
couches de béton est uniforme et très reproductible d'un panneau à un autre.
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est donc possible de garantir pour tous les panneaux des propriétés identiques
en terme de résistance mécanique ou d'isolation thermique, par exemple.
De manière avantageuse, la première de série de logements et la
seconde série de logements ménagés dans la plaque formant l'âme du
panneau sont exemptes de zone de communication entre elles afin d'éviter la
formation de ponts thermiques. Ainsi les renforts disposés sur une face sont
écartés des éléments de renfort disposés sur l'autre face de l'âme en matériau
isolant. En outre, il n'existe aucune zone de communication entre les deux
couches extérieures de béton.
Les logements sont avantageusement réalisés sous forme de rainures
dont les axes longitudinaux sont orthogonaux d'une série à une autre. Ces
rainures peuvent soit affleurer la surface extérieure de la plaque en matériau
isolant ou déboucher à la surface de cette plaque.
Les éléments de renfort sont de préférence des éléments métalliques.
Un treillis, de préférence métallique, peut être appliqué sur ou être
disposé parallèlement à chaque face de la plaque formant l'âme du panneau à
proximité immédiate de celle-ci. De préférence, les éléments de renfort
peuvent
servir également de support à ce treillis. Les dimensions de ce treillis
correspondent avantageusement à la surface de chacune des faces de la
plaque.
Afin de pouvoir assembler les panneaux entre eux en formant un angle, il
est avantageux que les tranches du panneau soient, au moins partiellement,
biseautées pour s'adapter aux panneaux adjacents en formant un assemblage
de type assemblage à onglet, interrompu pour ménager une zone d'angle libre
permettant la liaison entre les éléments de ceinture de deux panneaux
adjacents. Dans le cas où une couche de béton recouvre la tranche biseautée,
il peut être avantageux, pour éviter la création d'un pont thermique via le
béton,
de prévoir une tranche biseautée discontinue, à savoir l'incorporation d'une
bande de matériau isolant transversalement à ladite tranche.
De manière préférée, l'âme est en polystyrène expansé, de préférence
haute densité, ou en mousse rigide à cellules fermées.
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Les faces de la plaque formant l'âme présentent, de préférence des
surfaces striées, pour une meilleure adhésion du béton sur celles-ci.
Le panneau ainsi fabriqué est de faible coût, et présente une bonne
résistance mécanique ainsi qu'une excellente isolation thermique. En outre,
l'âme pouvant être d'épaisseur importante, ce panneau est de poids très réduit
par rapport aux panneaux préfabriqués existants. Il est donc facilement
transportable jusque sur les sites de construction. Le poids réduit de ces
panneaux entraîne également la limitation de l'épaisseur des fondations
nécessaires pour supporter ces panneaux.
La présente invention concerne également un assemblage de panneaux
préfabriqués pour construction de bâtiment tel que décrit précédemment, les
éléments de renfort s'étendant entre deux bords parallèles du panneau étant
logés dans des rainures horizontales ménagées dans l'âme du panneau, sur sa
face tournée vers l'extérieur du bâtiment, de manîère, après liaison des
extrémités saillantes des éléments de renfort de panneaux adjacents, à former
un ceinturage horizontal de la construction, en constituant ainsi une
structure de
type auto-portée. Une telle structure est stable, rigide et indéformable.
La présente invention est également relative à un procédé de fabrication
de panneau préfabriqué tel que décrit précédemment, comprenant les étapes
successives suivantes :
- découpe de plaque de polystyrène expansé, en ménageant d'une
part une première série de rainures parallèles entre elles sur une face
de la plaque et d'autre part une seconde série de rainures parallèles
sur l'autre face de la plaque, les axes longitudinaux des rainures étant
orthogonaux d'une série à l'autre et des tranches de la plaque
partiellement biseautées,
- incorporation des éléments de renfort dans leurs rainures respectives,
en laissant leurs extrémités saillantes au-delà des bords de la plaque,
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- fixation d'un treillis, de préférence métallique, sur chaque face de la
plaque, avec accroche du treillis sur les éléments de renfort, afin de
former une plaque renforcée,
- coulage d'une couche uniforme de béton auto-lissant sur une face de
ladite plaque renforcée puis séchage du béton,
- coulage d'une couche uniforme de béton auto-lissant sur l'autre face
de ladite plaque renforcée, puis séchage du béton.
Ce procédé très simple est aisément réalisable en usine.
La présente invention concerne également un procédé de construction
de bâtiment à partir de tels panneaux préfabriqués, incluant le procédé de
fabrication ci-dessus, et comprenant en outre :
- le placement vertical de chaque panneau et le scellement dans le sol
des extrémités saillantes des éléments de renfort formant montants
verticaux, les logements des éléments de ceinture se trouvant
disposés horizontalement sur la face du panneau tournée vers
l'extérieur du bâtiment à construire,
- rapprochement et mise en contact des tranches biseautées de
panneaux adjacents,
- mise en place de la liaison entre les extrémités sailiantes
correspondantes des éléments de ceinture disposés horizontalement,
au niveau des zones d'angle libres entre les panneaux adjacents, en
créant un ceinturage complet de la constructïon.
De manière avantageuse, dans la zone d'angle libre entre deux
panneaux adjacents est disposée une armature verticale, de préférence
métallique, à laquelle sont solidarisées les extrémités saillantes des
éléments
de renfort horizontaux.
De plus autour de la zone d'angle libre entre deux panneaux adjacents
peut être disposé un coffrage permettant d'y couler du béton.
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Ce procédé de construction est donc très simple et très rapide à mettre
en oeuvre. La construction ainsi réalisée est, outre ses propriétés de
résistance
mécanique et d'isolation thermique, très bon marché.
Les murs ainsi réalisés permettent d'y adapter des toits classiques
(charpentes et couvertures) et peuvent être aisément recouverts d'un enduit de
finition classique.
Des ouvertures, telles que portes et fenêtres, peuvent être disposées en
usine dans ledit panneau. En outre, la plaque en matériau isolant constituant
l'âme peut être également découpée ou usinée afin de ménager des gaines
pour des câbles électriques ou des tuyauteries. Il ne restera plus qu'à
effectuer
sur le site les raccordements de ces câbles ou tuyauteries.
Les extrémités supérieures des éléments de renfort verticaux peuvent
faire saillie du bord supérieur du panneau de manière à constituer des
éléments
d'accroche (par exemple pour des élingues) en vue de la manutention et du
transport dudit panneau en usine et sur le site de construction. Ces
extrémités
saillantes peuvent également permettre le raccordement ou la fixation audit
panneau de divers autres éléments de construction, notamment des éléments
de toiture.
La présente invention concerne également un bâtiment construit par le
procédé ci-dessus caractérisé en ce que les murs extérieurs sont constitués
par
un assemblage de panneaux préfabriqués tel que décrit précédemment.
D'autres particularités et avantages ressortiront de la description ci-après
d'un exemple non limitatif de réalisation de l'invention en référence aux
figures
annexées sur lesquelles :
la figure 1 est une vue de dessus longitudinale d'un panneau conforme à
la présente invention ;
la figure 2 est une vue de dessus partielle d'un assemblage de trois
panneaux adjacents conforme à la présente invention ;
la figure 3 est une vue de face de l'assemblage selon la figure 2.
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Comme représenté sur la figure 1, un panneau conforme à la présente
invention est constitué d'une âme 2, de préférence en polystyrène expansé,
prise en sandwich entre deux couches 3A (couche extérieure) et 3B (couche
intérieure) de béton. L'âme 2 forme une plaque qui peut être constituée elle-
même d'un assemblage de blocs de polystyrène collés entre eux, comme
visibles sur les figures 1 et 3, et référencés 2a, 2b, 2c, 2d... (Les mots
"intérieur" et "extérieur" font, dans l'ensemble du texte, référence au
positionnement des faces du panneau lors de la construction du bâtiment).
Dans la plaque formant l'âme 2 sont ménagés, à proximité de sa face
intérieure, des logements 4 parallèles entre eux constitués de rainures
(verticales lorsque le panneau est dressé sur le sol). Ces logements 4
représentés ici sur la figure 1 comme débouchant à la face intérieure de l'âme
2, reçoivent des renforts métalliques 5 tenus en place dans le logement par
des
cales (non représentées). A ces renforts verticaux 4 est fixé le treillis
intérieur 6
disposé parallèlement à la face intérieure de l'âme 2. Lors de l'application
de
béton auto-lissant sur la face intérieure de l'âme 2, ce béton forme la couche
intérieure de béton 3B et remplit également les rainures formant les logements
4 en noyant le treillis 6 et les renforts verticaux 4.
Sur la face extérieure de l'âme 2, sont découpés des logements 7
(horizontaux lorsque le panneau est dressé sur le sol) destinés à recevoir les
éléments de renfort 8 horizontaux. Un treillis 9 extérieur est disposé
parallèlement à la face extérieure de la plaque formant l'âme 2. Ce treillis
est
relié par de multiples liaisons 10 aux éléments de renfort horizontaux 8, pour
le
maintenir en place en particulier lors du coulage du béton, et l'écarter
(d'une
faible distance) de la face extérieure de l'âme 2
Lorsque le béton de la couche 3A est coulé sur la face extérieure de
l'âme 2, ce béton remplit également les interstices laissés dans les logements
7
autour de l'élément de renfort 8 et enrobe l'élément de renfort 8 et le
treillis
extérieur 9.
L'écartement des treillis intérieur 6 et extérieur 9 des faces respectives
de la plaque en polystyrène peut aussi être réalisé au moyen de nervures ou de
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bossages ménagés à la surface de la dite plaque, de manière à ce que les
treillis soient quasi entièrement enrobés dans le béton.
Les rainures servant de logement aux renforts métalliques 5 et 8 peuvent
présenter diverses formes, par exemple en U, en T, en queue d'aronde, etc...
elles servent aussi de moules pour le béton qui y est coulé.
Pour remplir lesdits logements et former les couches recouvrant chaque
face de l'âme 2, le béton, de préférence auto-lissant, peut être coulé en une
seule fois, ou en plusieurs fois ; dans ce dernier cas, il est possible
d'utiliser des
bétons de natures différentes.
Les éléments de renfort 5 et 8 peuvent être constitués d'une tige ou d'un
profilé unique, ou avantageusement, comme dans l'exemple présenté sur les
figures 1 et 2, d'un assemblage de plusieurs tiges (ici quatre) reliées entre
elles
par des entretoises par exemple de type zigzag, comme de manière classique
sur les chantiers de construction mettant en ouvre du béton armé.
Les tranches verticales du panneau 1 sont partiellement biseautées 11,
ici à 45 . Cette forme en biseau 11 permet au panneau 1, de s'appliquer contre
deux panneaux adjacents 21 ou 22, comme visible sur la figure 2. La zone
d'angle laissée alors libre 12 entre deux panneaux adjacents est un espace
permettant de joindre les éléments de renfort horizontaux de deux panneaux
adjacents et de les lier par exemple par soudure entre eux et/ou à une
armature
13 positionnée verticalement comme représenté sur la figure 2. Une telle
liaison
entre deux panneaux adjacents rigidifie considérablement la structure.
Après assemblage de deux panneaux adjacents selon l'invention, un
coffrage 14 peut être installé autour la zone d'angle 12 de manière à y couler
du
béton à l'intérieur.
Enfin il est possible de revêtïr les couches de béton 3A et 3B, soit en
usine, soit à la fin de la construction, d'un revêtement de finition 15A et
15B.
Comme visible sur la figure 3, des ouvertures 16, 17 peuvent être
ménagées dans l'ensemble du panneau de manière à y apposer en usine ou
sur le site respectivement des fenêtres ou des portes.
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Le panneau ainsi fabriqué peut être facilement ancré dans le sol 15 en
particulier grâce aux extrémités saillantes inférieures 18 des éléments de
renfort 5 formant montants verticaux et raccordés à des éléments de
construction tels que toiture, au moyen des extrémités saillantes supérieures
19
5 de ces mêmes éléments de renfort 5, qui servent également d'accroche lors de
la manutention et du transport dudit panneau. Les éléments de renfort 8
horizontaux formant ceinture de la construction sont disposés, lorsqu'il
existe
des ouvertures prévues pour des fenêtres ou des portes, de part et d'autre de
ces ouvertures dans le sens vertical.
10 Chaque panneau peut, à lui seul, constituer le mur entier d'un bâtiment,
l'assemblage de quatre panneaux selon l'invention permet de réaliser par
exemple les quatre murs extérieurs d'une maison d'habitation, construite ainsi
très rapidement.
Les murs composites réalisés à l'aide des panneaux selon la présente
invention, sont à la fois rigides et légers. L'épaisseur de l'âme en
polystyrène
peut être par exemple de l'ordre de 30 centimètres, l'épaisseur des couches de
béton intérieur et extérieur 3A et 3B peut être comprise par exemple entre 2 à
3
centimètres environ.
Enfin, pour une meilleure assise et une meilleure stabilité du panneau
dans la construction, il peut être prévu des logements longitudinaux ménagés
dans les tranches horizontales supérieure et/ou inférieure du panneau 1 et
destinés à recevoir des poutres, par exemple en béton.
De tels aménagements peuvent en effet s'avérer utiles lorsque les
panneaux vont supporter des couvertures d'un poids important.
