FR2952660A1 - Paroi prefabriquee multi-couches et multi-isolants a haut niveau d'isolation thermique pour la construction de batiments - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une paroi préfabriquée, allégée et non porteuse, permettant de dépasser les plus hauts niveaux réglementaires (label Effinergie) d'isolation thermique et d'entrer dans les critères définis pour les Constructions Passives (U de la paroi < 0,15 W/m2.K). La paroi est constituée de plusieurs matériaux isolants rigides et/ou non rigides, disposés alternativement en plusieurs couches (4 couches isolantes minimum), et comporte de l'extérieur vers l'intérieur une couche de parement rigide extérieure, une couche de matériau rigide isolant, une couche de matériau isolant central, une couche de matériau rigide isolant, une couche de matériau isolant intérieur, une couche de parement rigide intérieure ; une couche d'isolant supplémentaire peut être inséré à la préfabrication entre la couche de matériau rigide extérieure et la couche de matériau rigide isolant pour améliorer le niveau d'isolation thermique. Dans le but d'assurer une haute étanchéité à l'air de la paroi la pose des appuis de fenêtres, des seuils de portes, des menuiseries extérieures, ainsi que les essais d'étanchéité à l'air de la jonction paroi/menuiserie, sont réalisés en usine, avant livraison sur chantier. Le système constructif selon l'invention est particulièrement destiné à la réalisation de murs d'immeubles de logements et, plus généralement, de locaux nécessitant une température ambiante de confort liée à l'activité humaine.
Description
La présente invention concerne un système constructif de murs de bâtiments par éléments de paroi à isolation thermique renforcée et haute étanchéité à l'air, allégée et non porteuse, préfabriquée, destinée à la réalisation de murs de bâtiments à structure porteuse par raidisseurs verticaux et horizontaux en béton armé, caractérisée en ce qu'elle est composée de plusieurs matériaux isolants, rigides et/ou non rigides, disposés alternativement en plusieurs couches. Les différents procédés couramment utilisés en construction offrent chacun leurs avantages et leurs inconvénients : ^ la maçonnerie traditionnelle de blocs de ciment, de briques de terre cuite, de blocs 10 de chanvre, de bois ou autres composants : Les avantages : est d'une technicité courante maîtrisée depuis longtemps par un grand nombre de professionnels, voire de particuliers, procédé adapté aux petites et moyennes constructions de bâtiments, 15 nécessite peu de moyens matériels pour sa mise en oeuvre, la brique de terre cuite dans ses formes les plus élaborées offre de bons résultats concernant l'isolation thermique, ainsi que les blocs de chanvre, bois et autres composants similaires, produits relativement bon marché et couramment distribués dans de nombreux 20 points de vente pour les blocs de ciment et les briques de terre cuite, Les inconvénients : technique particulièrement consommatrice de main-d'oeuvre, pas de réelle qualité d'isolation intrinsèque au bloc d'aggloméré de ciment, la fabrication des briques de terre cuite met en oeuvre des procédés de cuisson 25 particulièrement énergétivores, ces constructions nécessitent une structure porteuse, généralement en béton armé, rajoutée ou incorporée dans les blocs ou briques, en béton et/ou en bois pour les blocs de chanvre, de bois et autres composants similaires, nécessite souvent des bois de coffrage qui seront brûlés en fin de chantier, 30 souvent productrice de gravois et de poussières, produits encore peu répandus chez les distributeurs pour les blocs de chanvre, de bois et autres composants similaires, nécessite l'intervention d'un plaquiste après la réalisation des murs, nécessite la réalisation d'un enduit en extérieur. 35 NOTA : sans être classés dans les inconvénients, les nouveaux produits « naturels » sous forme de blocs sont surtout adaptés au marché des petits constructeurs et/ou des auto-constructeurs et, tout en apportant une amélioration significative des niveaux d'isolation thermique et acoustique ainsi que du renouvellement naturel du matériau utilisé, n'apportent que peu ou pas de gain réel en terme de besoin de main d'oeuvre d'exécution. ^ la technique du béton banché : Les avantages : offre toutes les possibilités dimensionnelles de construction, rapide et de technicité maîtrisée par de nombreux professionnels, appropriée à la structure de grands ouvrages de bâtiment ou de génie civil, ne nécessite pas la réalisation d'un enduit en extérieur.
Les inconvénients : technique particulièrement consommatrice de béton, besoins en moyens de levage et en matériel de coffrage conséquents, inutilement consommatrice de béton pour les constructions de peu de niveaux d'étage, pas de réelle qualité d'isolation intrinsèque au béton, trafic important d'engins, de personnels, et de toupies de béton, souvent productrice de gravois et de poussières, - technique et procédé issus d'une période où le besoin de construire était surtout quantitatif, et où l'énergie était bon marché, nécessite l'intervention d'un plaquiste après la réalisation des murs, ^ la technique de la préfabrication lourde : Les avantages : - offre une large gamme de possibilités dimensionnelles de construction, rapide et de technicité maîtrisée par de nombreux professionnels, réduit les temps d'exécution des chantiers, appropriée à la structure de grands ouvrages de bâtiment ou de génie civil, réduit le trafic des toupies de béton, améliore la qualité des produits par des moyens appropriés, rationalisés et optimisés par la production en usine.
Les inconvénients : technique toujours particulièrement consommatrice de béton (une partie en usine, l'autre sur chantier), besoins en moyens de levage et en transport conséquents, toujours inutilement consommatrice de béton pour les constructions de peu de 35 niveaux d'étage, pas de réelle qualité d'isolation intrinsèque au béton, trafic important d'engins, de personnels, et augmentation du trafic de camions de livraison, souvent productrice de gravois et de poussières, fait appel à des usines de préfabrication pour ne produire et transporter qu'une partie du mur (le béton en général) nécessite très souvent l'intervention d'un plaquiste après la réalisation des murs (peu de procédés offrent l'intégration des panneaux de finition intérieure), ^ La technique des blocs coffrant ou panneaux coffrant isolants : Les avantages : offre une bonne isolation thermique, voire très bonne pour les blocs ou panneaux les plus épais, en traitant l'isolation du bâtiment par l'extérieur, règle le problème des ponts thermiques, - appropriée à la structure de bâtiments de plusieurs niveaux d'étages, supprime les besoins en matériels de coffrage, et réduit considérablement les besoins en bois de coffrage, légèreté de manutention pour le personnel, Les inconvénients : technique aussi consommatrice de béton que le « béton banché », besoins en moyens de pompage de béton souvent requis, - toujours inutilement consommatrice de béton pour les constructions de peu de niveaux d'étage, ne permet pas toujours toutes les libertés dimensionnelles, surtout en longueur pour certains, ne réduit pas vraiment les temps d'exécution sur les chantiers car elle peut rendre difficile la mise en oeuvre des armatures à l'intérieur des blocs, empêche souvent l'utilisation de treillis soudé par ses nombreux écarteurs intermédiaires, et augmente ainsi les temps de main d'oeuvre par la mise en place une à une des barres filantes verticales et horizontales pour remplacer le treillis soudé, fait appel à des technicités particulières à chaque produit pas toujours bien maîtrisées par les utilisateurs, nécessite des précautions particulières lors du coulage du béton (risque d'éclatement des blocs ou des panneaux), - requiert des moyens lourds de livraison pour ne transporter qu'un isolant très léger, reste productrice de gravois de béton et de poussières, fait appel à des usines de préfabrication pour ne produire et transporter qu'une partie du mur (l'isolant en général), ne réduit pas le trafic des toupies de béton, nécessite l'intervention d'un plaquiste après la réalisation des murs, nécessite la réalisation d'un enduit en extérieur. ^ D'autres techniques et procédés définis sous différentes appellations (composite, sandwich, panneau ou élément préfabriqué, blocs à maçonner) faisant généralement appel à la préfabrication, dont des brevets ont été déposés ces dernières années, apportent des améliorations diverses et certaines, mais pour la majorité seulement partiellement. Tous tendent à améliorer les performances d'isolation par des procédés souvent très intéressants par l'épaisseur des isolants intégrés dans le mur, par le traitement des ponts thermiques, et/ou par leurs procédés de fabrication. Leurs avantages : ils offrent en général un bon niveau d'isolation thermique, certains règlent le problème des ponts thermiques, - certains sont appropriés à la structure de bâtiments de plusieurs niveaux d'étages, nombreux sont ceux qui suppriment les besoins en matériels de coffrage, et réduisent considérablement les besoins en bois de coffrage, nombreux sont ceux qui réduisent le trafic des toupies de béton, peu traitent l'incorporation dans leurs procédés de l'isolant et de la plaque de finition intérieure, Leurs inconvénients : certains font appel à la technique du « béton banché » déjà citée, toujours inutilement consommatrice de béton pour les constructions de peu de niveaux d'étage, nombreux sont ceux qui proposent des éléments porteurs (souvent surabondant pour des bâtiments de 1 ou peu de niveaux d'étages), la majorité n'utilisent q'une seule couche d'isolant, voire deux pour certains, la qualité des produits à un niveau supérieur de labellisation n'est pas définie, les moyens de mise en oeuvre sur chantier ne sont pas toujours bien cernés, certains procédés sont standardisés ou modularisés dans leurs dimensions, souvent réduites, et ne permettent pas d'offrir facilement au concepteur du bâtiment la liberté de choix dimensionnel, certains peuvent faire appel à une technicité particulière pas toujours bien maîtrisée par les utilisateurs, restent producteurs de gravois de béton et de poussières, certains font appel à des techniques de préfabrication en usine pour ne produire et transporter qu'une partie du mur (le béton et son isolant incorporé en général), certains ne réduisent pas le trafic des toupies de béton, peu traitent l'incorporation, dans leurs procédés, de l'isolant et de la plaque de finition intérieure, certains nécessitent la réalisation d'un enduit en extérieur.
Pour pallier à tous ces inconvénients, l'invention a pour objet un système constructif de murs de bâtiment offrant des performances d'isolation thermique supérieures aux procédés existants, tout en éliminant ou réduisant la majorité de leurs inconvénients de fabrication et de mise en oeuvre sur les chantiers. Le système constructif par éléments de paroi à isolation thermique renforcée et haute étanchéité à l'air, allégée et non porteuses, préfabriquée, comporte, selon une première caractéristique, plusieurs matériaux isolants rigides et/ou non rigides, disposés alternativement en plusieurs couches (4 couches isolantes minimum), et comporte de l'extérieur vers l'intérieur une couche de parement rigide extérieure, une couche de matériau rigide isolant, une couche de matériau isolant central, une couche de matériau rigide isolant, une couche de matériau isolant intérieur, une couche de parement rigide intérieure.
Cette constitution permet d'atteindre un niveau d'isolation thermique supérieur aux exigences réglementaires actuelles (RT 2005) et atteindre les niveaux d'isolation requis pour les « constructions passives » : U de la paroi < 0,15 W/m2.K ; elle assure également un haut niveau d'étanchéité à l'air de la paroi. Cette constitution des murs permet d'alléger considérablement le poids total du bâtiment en n'utilisant que la quantité de béton nécessaire à la structure porteuse de l'ouvrage : raidisseurs verticaux et horizontaux, et/ou chaînages rampants, induisant ainsi une réduction des fondations particulièrement significative sur les bâtiments à plusieurs niveaux. La technique de la préfabrication permet d'optimiser la qualité des produits par des contrôles permanents durant la production, de gérer dans un site approprié des conditions de travail meilleures que sur les chantiers, pour réduire ensuite la durée d'intervention sur chantiers et les nuisances de tous ordres y afférant : trafic, besoins en matériels et engins, bruits, poussières, gravois ; ces derniers points entrant dans les critères de la démarche HQE.
Selon une deuxième caractéristique, le matériau rigide isolant enrobe le matériau isolant placé en centre de la paroi. Cette disposition permet, d'une part, d'assurer par un matériau aux propriétés différentes la protection complète du matériau central, et d'autre part, d'assurer la rigidité du coeur de la paroi ainsi constituée par ces deux premiers matériaux. Selon la destination du mur et les diverses fonctions de protection qu'il devra assurer, plusieurs types d'isolants pourront être utilisés alternativement pour constituer la paroi ; ils seront sélectionnés pour leur qualité intrinsèque afin de constituer une paroi répondant aux critères fixés par le client. Cette disposition de conception de fabrication permet une large plage de choix de matériaux, afin de répondre aux plus grands nombres des demandes du marché. Le matériau rigide isolant sera choisi parmi des bétons allégés tels que : un béton de chanvre, un béton de fibre de bois, un béton d'autre fibre d'origine végétale, un béton de billes d'argile, un béton d'autre matériau d'origine minérale, un béton de fibre synthétique, un béton fibré ultra performant. L'isolant placé derrière la plaque de parement intérieur sera, d'une manière générale, un produit isolant classique tel que : polystyrène, laine de verre ou de laine de roche.
D'une manière générale, la plaque de parement rigide intérieure et/ou extérieure sera constituée par une plaque de plâtre cartonnée, par une plaque de fibre-ciment, par un mortier de ciment ou par un béton. Afin de satisfaire à la fois aux désirs des clients sur la nature des matériaux isolants, aux exigences réglementaires en matière de résistance mécanique et de résistance au feu, ainsi qu'au critère de prix de revient, le matériau isolant central sera choisi parmi les isolants tels que : la laine de roche, la laine de verre, le polystyrène expansé ou extrudé, la mousse de polyuréthanne, le liège, la fibre de bois, la fibre de lin, le coton, une autre fibre d'origine végétale, la laine de mouton, la plume, ou un autre matériau d'origine animale.
Selon la nature des isolants retenus, un pare vapeur, s'il est nécessaire, sera incorporé entre deux couches constituant la paroi. Afin de faciliter la mise en œuvre sur les chantiers, les parois sont préfabriquées avec un évidement sur chaque about vertical destiné à former, avec le panneau accolé, un réceptacle pour placer le renfort vertical de la structure porteuse. Ce dispositif permet, d'une part, une pose aisée de la cage d'armature et de son ligaturage avec les aciers en attente du plancher avant la mise en place du panneau suivant, et d'autre part le coulage du béton dans ce réceptacle, sans coffrage complémentaire. De même, la partie haute de la paroi peut être préfabriquée avec un évidement horizontal afin de recevoir un renfort de la structure porteuse en béton armé.
Selon les définitions dimensionnelles de la structure porteuse calculées par les Bureaux d'études techniques, ces évidements peuvent recevoir un complément d'isolation rapportée sur chantier.
Afin de satisfaire à des exigences encore supérieures de performance thermique, une couche d'isolant supplémentaire peut être inséré à la préfabrication entre la couche de matériau rigide extérieure et la couche de matériau rigide isolant ; cette disposition pouvant permettre d'atteindre un U de la paroi < 0,10 W/m2.K ; cet isolant sera, mais pas exclusivement, un produit isolant classique tel que : polystyrène, laine de verre ou de laine de roche, fibre de bois compressée. Toujours afin de faciliter la mise en oeuvre sur les chantiers, la partie haute formée par les couches extérieures de la paroi pourra être étendue pour former une retenue de rive lors du coulage d'un plancher, sans coffrage complémentaire.
Afin de satisfaire aux réglementations concernant la structure des bâtiments, des renforts seront intégrés dans les parois autour des baies d'ouverture telles que portes, fenêtres, etc. ; ces renforts seront en béton armé ou en profilés métalliques, et ils recevront un complément d'isolation. Dans le but d'assurer une haute étanchéité à l'air de la paroi complète, avec ses 15 éléments de menuiseries, différents points sont traités en usine, à la sortie de la chaîne de préfabrication : - la pose des appuis de fenêtres et les seuils de portes, la pose des modénatures, s'il en est, la pose des menuiseries extérieures, 20 les essais d'étanchéité à l'air de la jonction paroi / menuiserie. Ces derniers points, essentiels pour l'obtention d'une Iabellisation Effinergie et « construction passive », sont également destinés à faciliter la mise en oeuvre de ces éléments et de leurs essais dans des conditions de travail plus faciles que sur les chantiers. En effet, toutes ces poses qui sont faites de plain pied en usine, ne 25 nécessiteront pas de besoins d'échafaudage sur le chantier, et réduiront à la fois les risques de chute du personnel pour les bâtiments à étages et les temps de réalisation globale du chantier par la mise en oeuvre sur chantier en une seule opération d'un mur fini à l'exception du revêtement de façade extérieure, entrant ainsi dans les critères de la démarche HQE. 30 Les incorporations des gaines de circuits électriques pourront également être traitées à la préfabrication. D'une manière générale, l'invention a pour but de produire des murs aux qualités isolantes supérieures à celles disponibles sur le marché actuel dans une démarche HQE, en intégrant également les qualités d'étanchéité à l'air requises pour la 35 labellisation Effinergie et les « constructions passives », et d'anticiper les prochaines évolutions de la réglementation thermique, L'invention n'est pas, dans sa conception de fabrication et de diffusion, destinée à produire des éléments particulièrement standardisés, ni modularisés ; ils pourront cependant l'être, sur demande des clients, pour répondre à des besoins spécifiques, exemple : plusieurs immeubles identiques de logements identiques, ou hôtels avec des modules de chambres identiques. Les figures annexées illustrent l'invention : - la figure 1 représente, en coupe verticale, les différentes couches constitutives de la paroi. - les figures 2a et 2b représentent la liaison verticale entre 2 panneaux et la 10 position du renfort vertical en béton armé placé dans le réceptacle formé par les évidements de chaque about de panneau. - la figure 3 représente l'évidement horizontal situé en partie haute du panneau et la position du renfort horizontal en béton armé. - la figure 4 représente le positionnement de l'éventuelle couche d'isolant 15 supplémentaire. - la figure 5 représente l'extension possible des couches extérieures du panneau, servant de retenue de rive. - les figures 6a et 6b représentent des incorporations de renforts en béton armé autour de baies, ainsi que leurs compléments d'isolation. 20 En référence à ces figures, la paroi comporte de l'extérieur vers l'intérieur (Fig. 1) une couche de parement rigide extérieure (1), une couche de matériau rigide isolant (2), une couche de matériau isolant central (3), une couche de matériau rigide isolant (4), une couche de matériau isolant intérieur (5), une couche de parement rigide intérieure (6). 25 Le matériau rigide isolant, représenté par les couches (2) et (4), enrobe le matériau isolant (3) placé en centre de la paroi. Selon une variante non illustrée, un pare vapeur peut être incorporé entre deux couches constituant la paroi. Un évidement (7) sur chaque about vertical de panneau forme avec le panneau 30 accolé, le réceptacle du renfort vertical de la structure porteuse en béton armé (Fig. 2a et 2b) ; ce réceptacle reçoit un complément d'isolation (9) destiné à renforcer la protection thermique de la structure en béton armé. En partie haute de la paroi (Fig. 3), un évidement horizontal (8) reçoit le renfort horizontal de la structure porteuse en béton armé ; ce réceptacle reçoit un complément 35 d'isolation (9).
Une couche d'isolant supplémentaire (10) peut être inséré à la préfabrication entre la couche de matériau rigide extérieure et la couche de matériau rigide isolant (Fig. 4). Une extension de la partie haute formée par les couches extérieures de la paroi 5 peut former une retenue de rive lors du coulage d'un plancher (Fig. 5). Des renforts en béton armé ou métalliques sont intégrés dans les parois autour des baies d'ouverture (Fig. 6a, exemple de linteau ; Fig. 6b, exemple de seuil), et leur isolation est renforcée par une couche d'isolant complémentaire (11) ; la position du bâti de menuiserie et de la tapée sont repérées en pointillés (12).
10 A titre d'exemple non limitatif, la paroi aura une épaisseur minimum d'environ 40 cm dans ses versions constituées par 4 couches isolantes. Le système constructif selon l'invention est particulièrement destiné à la réalisation de murs d'immeubles de logements et, plus généralement, de locaux nécessitant une température de confort liée à l'activité humaine. 15
Claims (15)
- REVENDICATIONS1. Paroi à isolation thermique renforcée et haute étanchéité à l'air, allégée et non porteuse, préfabriquée, destinée à la réalisation de murs de bâtiments à structure porteuse par raidisseurs verticaux et horizontaux en béton armé, caractérisée en ce qu'elle est composée de plusieurs matériaux isolants, rigides et/ou non rigides, disposés alternativement en plusieurs couches, et comporte de l'extérieur vers l'intérieur : une couche de parement rigide extérieure (1), une couche de matériau rigide isolant (2), une couche de matériau isolant central (3), une couche de matériau rigide isolant (4), une couche de matériau isolant intérieur (5), une couche de parement rigide intérieure (6).
- 2. Paroi selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le matériau rigide isolant (2) et (4) enrobe sur toutes ses faces l'isolant central (3),
- 3. Paroi selon les revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que le matériau rigide isolant (2) et (4) est un béton de chanvre, un béton de fibre de bois, un béton d'autre fibre d'origine végétale, un béton de billes d'argile, un béton d'autre matériau d'origine minérale, un béton de fibre synthétique, un béton fibré ultra performant,
- 4. Paroi selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait qu'au moins l'une des deux couches de parement rigide intérieure (6) et extérieure (1) est une plaque de plâtre cartonnée, une plaque de fibre-ciment, en mortier de ciment, en béton,
- 5. Paroi selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la couche de matériau isolant central (3) est en laine de roche, en laine de verre, en polystyrène expansé ou extrudé, en mousse de polyuréthanne, en liège, en fibre de bois, en fibre de lin, en coton, en autre fibre d'origine végétale, en laine de mouton, en plumes, en autre matériau d'origine animale,
- 6. Paroi selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par l'adjonction d'un pare vapeur entre deux couches constitutives de la dite paroi, telles que décrites à la revendication 1, 11
- 7. Paroi selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par un évidement sur chaque about vertical de la paroi destiné à former, avec le panneau accolé, un réceptacle (7) pour placer le renfort vertical de la structure porteuse en béton armé,
- 8. Paroi selon l'une quelconqué des revendications précédentes, caractérisée par un évidement horizontal en partie haute (8) pour les parois destinées à recevoir à cet endroit un renfort horizontal de la structure porteuse en béton armé,
- 9. Paroi selon les revendications 7 et 8, caractérisée en ce qu'elle comprend un complément d'isolation (9) rapportée dans ces évidements,
- 10. Paroi selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par l'adjonction d'une couche supplémentaire d'isolant (10) entre la couche de parement rigide extérieure (1) et la couche de matériau rigide isolant (2), telles que décrites à la revendication 1,
- 11. Paroi selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par une extension des couches de parement rigide extérieure (1), de l'éventuel isolant supplémentaire (10) et du matériau rigide isolant (2),
- 12. Paroi selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par l'incorporation de renforts en béton armé ou en profilé métallique autour des baies d'ouverture,
- 13. Système constructif utilisant des parois selon l'une quelconque des revendications précédentes, et incluant dans lesdites parois la pose des menuiseries et les essais d'étanchéité à l'air à la liaison paroi / menuiserie réalisés avant la livraison sur chantier,
- 14. Système constructif selon la revendication 13 incluant dans lesdites parois la pose des gaines et des boîtiers des circuits électriques,
- 15. Murs de bâtiment réalisés au moyen d'un système constructif selon les revendications 13 ou 14.
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