Procédé pour fabriquer un édifice susceptible de produire de l'électricité

La présente invention concerne un procédé pour fabriquer un édifice susceptible de produire de l'électricité. La présente invention concerne également une méthode de protection pour toitures ainsi qu'une méthode pour tendre des surfaces photovoltaïques souples en suspension au dessus des véhicules sur les parkings.

L'idée à sa base consiste en l'utilisation d'une membrane, de préférence en fibres enduite de PVC et tendue par-dessus un toit à rénover, protéger, par-dessus un parking, une allée, ... - tout espace libre qui pourrait ainsi trouver une utilité (production d'électricité) et bénéficier d'une protection/ombrage - et ce en une structure "permanente" (et non temporaire comme on le fait pour protéger un chantier). La formulation de la composition de PVC utilisée pour cette bâche est donc de préférence adaptée à une durée de vie prolongée par rapport aux bâches de protection existantes.

A noter que la présente invention peut également servir à construire des centrales solaires.

A cet effet, la présente invention concerne un procédé pour fabriquer un édifice susceptible de produire de l'électricité et consistant à tendre sur une ossature porteuse creuse, une membrane enduite de PVC portant au moins une cellule photovoltaïque souple.

L'idée à base de la présente invention est de permettre la ventilation sous la membrane lorsque celle-ci est mise en œuvre ainsi que sa tension et ainsi, d'éviter tout échauffement et risque de cloquage.

Dans le cadre de l'invention, on entend par «édifice», une structure immobilisée, fixée soit sur/par-dessus un bâtiment existant, soit constituant par elle-même un bâtiment c.à.d. une paroi abritant un espace creux.

Par les termes «ossature porteuse creuse», on entend désigner un squelette (assemblage d'éléments généralement longilignes) qui n'est en contact avec la surface de la membrane que sur une portion restreinte de celle-ci, typiquement : inférieure à 10% de sa surface, voire inférieure à 5%, voire même à 1%. Cette ossature peut être montée sur une structure existante (toiture par exemple) ou être montée à vide et constituer en quelque sorte l'ossature d'une tente dont la toile est alors constituée par la membrane. Selon l'invention, la membrane est tendue sur l'ossature c.à.d. qu'elle est mise sous tension par tout dispositif approprié solidaire ou non de l'ossature. Une manière qui convient bien en pratique consiste à munir la membrane d'ouvertures (œillets) à travers lesquels on fait passer des crochets, élastiques... ou tout autre dispositif qui est alors solidarisé à l'ossature.

De préférence, l'ossature comprend un cadre périphérique qui est soit monté sur - ou faisant partie de - une construction existante, soit consiste en des ridelles soutenues par des piliers verticaux montés à dessein.

Plus précisément, selon un premier aspect, la présente invention concerne un procédé pour recouvrir une toiture d'une construction et consistant à tendre par-dessus cette toiture, une membrane de protection enduite de PVC portant des cellules photovoltaïques souples.

Un moyen pratique pour mettre en œuvre ce procédé consiste à tendre la membrane sur des câbles porteurs tendus à l'aide de tirants et solidaires d'une lisse fixée à la toiture, en bas et/ou en haut de rampants selon le type.

De préférence, une bavette de protection est solidarisée à la membrane dans les parties inférieures et latérales de celle-ci et sur la périphérie de la toiture de manière à masquer et protéger la lisse et les extrémités des tirants.

Selon l'invention, on appose sur au moins une partie de la membrane, des cellules photovoltaïques souples.

Ces cellules photovoltaïques peuvent être apposées sur la membrane par enduction d'une peinture contenant un semi-conducteur organique.

Alternativement, il s'agit de cellules photovoltaïques souples disponibles commercialement, généralement à base de silicium amorphe. De préférence, celles-ci comprennent un bord libre (ne comprenant pas d'élément

photovoltaïque) et sont soudées sur la membrane à l'aide de ce bord libre.

Généralement, la membrane enduite de PVC comprend des fibres de polyester et en particulier, un tissu de polyester.

De manière tout particulièrement préférée, ces membranes sont constituées d'au moins un élément photovoltaïque souple déposé sur un support en PVC (de préférence une membrane en fibres (par exemple en polyester) enduite de PVC) et recouvert d'un film protecteur en EVA (copolymère d'éthylène et d'acétate de vinyle), le tout étant soudé, sur la périphérie, de préférence à chaud et sous pression.≈De manière particulièrement préférée, l'élément photovoltaïque est encapsulé (c.à.d. recouvert de part et d'autre) d'EVA et puis, de préférence, soudé par sa périphérie sur la membrane enduite de PVC. De manière tout particulièrement préférée, une couche barrière est fixée sur la face destinée à être exposée au rayonnement et aux intempéries. De manière préférée, cette couche est à base d'un polymère fluoré, en particulier l'ETFE (copolymère éthylène- tétrafluoro éthylène) .

La présente invention concerne également une membrane à base de PVC munie de cellules photovoltaïques souples.

De préférence, cette membrane comprend un support à base de polyester revêtu de PVC sur lequel est apposé au moins un élément photovoltaïque, et une membrane protectrice à base d'EVA fixée sur le support, par-dessus l'élément photovoltaïque, par soudure de sa périphérie. De manière particulièrement préférée, l'élément photovoltaïque est encapsulé (c.à.d. recouvert de part et d'autre) d'EVA et puis, soudé par sa périphérie sur la membrane enduite de PVC et ensuite, de préférence, recouvert d'un polymère fluoré, en particulier l'ETFE (copolymère éthylène-tétrafluoro éthylène).

Selon un second aspect, l'invention consiste à utiliser une membrane (de préférence en PVC enduite telle que décrite ci-dessus) recouverte de cellules photovoltaïques pour couvrir des surfaces de parkings ou ombrières.

Ces membranes sont tendues pour garantir leurs résistances aux intempéries et assurer leur ventilation si elles sont montées sur la toiture d'un parking existant et éviter le risque de cloquage et d'autres dommages.

Elles peuvent aussi constituer avec leur ossature porteuse, l'infrastructure complète du parking. De préférence, elles sont alors tendues sur des tubes porteurs et des fixations pouvant être adaptés à l'environnement.

La surface orientée vers le sol peut être imprimée afin de constituer d'importantes surfaces publicitaires.

Ce principe présente les avantages suivants :

- utilisation possible d'espaces qui ne sont pas dédiés aux cultures;

- utilisation d'espaces qui n'ont pas de répercutions sur l'esthétique de

l'environnement ;

- protection des véhicules en stationnement sous les membranes, contre:

• la surchauffe (rayons du soleil) d'où une réduction de l'utilisation de la climatisation, généralement forte au démarrage dans les véhicules (avec donc un impact écologique positif);

• les intempéries: la pluie, la grêle et la neige;

- souplesse, légèreté et facilité à mettre en place, facilité à renouveler, facilité à transporter. - A -

L'arrimage des membranes peut être réalisé grâce à des tendeurs, extenseurs ou tous autres systèmes donnant à la surface supérieure, une certaine élasticité.

Enfin, selon une troisième variante avantageuse de l'invention, l'édifice est utilisé comme centrale solaire et est à cet effet équipé de batteries et de connexions électriques permettant l'alimentation d'appareils électriques tels que des véhicules hybrides ou électriques.

Enfin, la présente invention concerne également l'utilisation d'une membrane telle que décrite ci-dessus comme toile de tente, bâche pour piscine, membrane de protection pour toiture, parking et/ou support publicitaire, centrale solaire....

En particulier, cette membrane en PVC photovoltaïque pourrait être aussi utilisée pour:

- Toutes applications relatives aux toiles de protection: toiles de tentes, bâches de piscine...

- Toutes applications relatives à l'utilisation de support souple décoratif vertical ou horizontal (banderoles publicitaires,...)

- Toutes applications relatives à l'utilisation de revêtements pour leurs

propriétés d'étanchéité (toiture,...).

- Toutes autres applications pouvant être réalisées avec des bâches, souple ou semi rigide en matière plastique ou tissus enduits (PVC, polyoléfïnes ), ou non.

- Toutes applications pouvant nécessiter la production, l'utilisation ou le stockage d'énergie électrique localement.

Le texte qui suit et les figures en annexe ont pour but de mieux décrire certaines variantes de l'invention et les avantages associés.

Comme expliqué ci-dessus, le principe de l'invention consiste à utiliser une membrane PVC enduite pour couvrir les toits, parkings... ou constituer des structures autoportantes.

La protection de structures existantes présente les avantages suivants:

- Isolation: pour réduire la consommation de chauffage, il faut isoler. Les plus grosses pertes de chaleur se font par le toit (la chaleur monte). Une sur-toiture fabriqué avec un produit isolant apporte des gains d'énergie et réduit les émissions de CO ² .

- Protection «climatique»: ces capacités isolantes en hiver auront l'effet positif en été de réduire le réchauffement de l'air. Pour de grandes surfaces comme les magasins ou entrepôts de grandes chaînes de distribution, ceci va contribuer à diminuer les factures de consommation électrique et d'entretien des climatiseurs,

- Coût d'entretien: contrairement à des tuiles qui peuvent se détériorer à cause des intempéries (gel, vent, grêle), la nappe de toit ne fait qu'un bloc capable de résister mécaniquement plus de 10 ans.

- Protection de la charpente: la nappe de toit garantie une imperméabilité de la couverture de toit. Ceci est un gage de durée pour les charpentes en bois principalement, mais aussi en métal,

- Protection contre les végétaux: les toitures en béton ou en tuile sont attaquées par les lichens et autres végétaux. La nappe de toit n'offre aucune adhérence à ces plantes.

- Protection contre la neige: des toitures sont parfois victimes du poids de la neige qui s'est accumulé sur la charpente. Les vertus glissantes de cette membrane en plastique (de préférence conjuguées à une pente minimale) garantissent une meilleure évacuation de la neige sur les toits.

- Protection contre les fuites d'eau: les infiltrations d'eau ne sont pas rares sur un toit constitué par l'assemblage de multiples plaques collées les unes aux autres. La nappe de toit étant constituée d'un bloc parfaitement imperméable, est une garantie contre les infiltrations d'eau.

- Support publicitaire: La sérigraphie est parfaitement maitrisée sur les

membranes en polymère et particulièrement en PVC.

Dés lors, cette couverture de toit constitue autant de m ² de surfaces publicitaires potentielles.

- Recyclable: les membranes en polymères constitueront une couverture de toit en matière recyclable. Ceci est l'un des atouts «développement durable» de cette nappe de toit.

- Un toit léger: comparativement aux autres produits utilisés pour couvrir un toit, cette membrane en polymère est beaucoup plus légère, est plus facile à transporter de par son poids et sa souplesse (d'où un coup de transport allégé); elle est donc plus facile et rapide à installer.

La variante avec cellules photovoltaïques «imprimables» présente en outre les avantages suivants:

- Faible coût par rapport au photo voltaïque classique (via des panneaux) : les cellules photovoltaïques rigides classiques ont un coût dix fois supérieur au coût du photo voltaïque par impression, - Facilité d'utilisation: la souplesse du matériel lui assure une plus grande maniabilité. La membrane est ajustable à la surface de toit voulue.

- Plus écologique: en effet, la fabrication des cellules photovoltaïques

classiques génère l'émission du gaz NF3 « tri fluorure d'azote » et, celui-ci est 17000 fois plus nocif pour la couche d'ozone que le CO ²

- Le coût de l'électricité produite : cette nappe photovoltaïque est avant tout une couverture de toit. Par conséquent, l'énergie électrique produite n'a qu'un coût, celui de l'impression.

- Ce type de toiture s'autofinance partiellement : en effet, le bénéfice réalisé par la revente de l'électricité à un prix intéressant vient amortir le coût de l'investissement dans cette toiture.

La membrane selon l'invention se présente sous forme d'un complexe composé de plusieurs couches de produits, et ceci pour des raisons esthétiques (aspect, couleur,...), technique (durée de vie, facilité de nettoyage, mise en forme), ou économique.

Les produits autres que le PVC et le semi-conducteur (silicium amorphe ou encre) conférant les propriétés électriques peuvent êtres d'autres polymères (ex : PVDF, PVDC, polyoléfmes...) ou tous autres types de matériaux pouvant apporter des propriétés utiles au produit. (Ex : tissus enduit de polymères ) Le mode d'impression (ou plus généralement: de dépôt) du produit conférant les propriétés électriques utiles au produit pourra être modifié en fonction des améliorations et innovations techniques qui apparaitront dans le futur. En général les technologies d'application sont du type : jet d'encre, impression classique, sérigraphie...

Pour les cellules photovoltaïques par impression, il faut généralement :

- une première couche antireflet afin que la lumière (les photons) pénètre les cellules photovoltaïques.

- une cathode (le «moins» électrique). Ceci constitue la première partie du réseau électrique. Des sillons remplis d'argent sont souvent utilisés. D'autres moyens sont possibles.

- une ou plusieurs couches actives (organique ou non) où se génère le champ magnétique.

- une anode (le plus électrique) qui récupère l'énergie à la sortie.

La présente invention s'applique aussi bien dans le cadre de la

protection/rénovation d'habitations de particuliers, que dans le cadre de la réhabilitation de toitures industrielles ou agricoles usagées. Lorsque celles-ci arrivent fin de vie, leur remplacement est onéreux et peut bloquer l'activité pendant une longue période.

Le procédé selon l'invention permet de résoudre ce problème.

La présente invention est illustrée de manière non limitative par les figures 1 à 11.

La variante «protection pour toitures» est décrite ci-dessous et dans les figures 1 à 4.

La variante «couverture pour parking» est décrite ci-dessous et dans les figures 5 à 9.

La variante «centrale solaire» est décrite ci-dessous et dans les figures 10 et 11.

La figure 1 illustre une vue globale d'une toiture qui a été protégée par une méthode selon une variante de l'invention; la figure 2 illustre une vue

schématique en coupe de cette toiture ou d'une toiture similaire et les figures 3 et 4 représentent 2 variantes de détails au niveau de la fixation/tension de la membrane. Dans ces figures, des numéros identiques désignent des éléments identiques ou similaires.

Les membranes (1) qui y sont illustrées sont confectionnées par soudure à partir de lés pouvant avoir des largeurs de 1 à 4 m, au dessus de la toiture sur un réseau de câbles gainés (2), les câbles étant posés à une hauteur de 5 à 15 cm au dessus de la toiture existante, de manière à laisser un vide de ventilation (14).

Ces câbles sont tendus entre chêneaux (2 rampants, 19 sur la figure 1) ou entre chêneau et faitage (1 rampant, 15 sur la figure 1) par l'intermédiaire de tirants réglables (3) traversant une lisse (généralement en acier galvanisée) (4) d'épaisseur et de forme variables (pouvant aller de 1,5 à plusieurs mm

d'épaisseur), elle-même conçue, adaptée et fixée aux chêneaux, au faitage ou sur la panne de bas de toiture et de lisse de rives, selon le type de toiture.

Grâce à des boucles et presse étoupes (5), les câbles sont réglés et accrochés aux tirants (3). La tension des câbles est assurée par traction des tirants et par l'intermédiaire d'écrous et de rondelles freins.

La membrane (1) déployée sur l'ensemble de la toiture concernée repose sur les câbles tendus.

La membrane (1) possède sur toute sa périphérie des œillets métalliques (6) dans son épaisseur, écartés selon les besoins. Ces Œillets peuvent recevoir des ridelles ou des tendeurs élastiques (7). Une barre (8) de section variable selon la surface de la membrane est glissée ou fixée sur lisse (4); cette barre assure la fixation des élastiques ou des ridelles et permet la tension de la membrane sur la périphérie du bâtiment, (sur chêneaux, faitage rives ou bas de tympans).

Lorsque la membrane recouvrant la toiture est correctement tendue, des bavettes soudées (9) sur la membrane et de même nature permettent le recouvrement des tendeurs, ces bavettes assurent l'esthétique et le ruissellement des eaux de pluies vers les chêneaux, gouttières. Ces bavettes sont chargées d'une masselotte (10) afin que leur tension soit assurée en bas de rampant ou en rives.

Il y a également des bavettes latérales (17) soudées sur la membrane de toiture et qui retombent sur les rives (à l'identique des bavettes sur le bas de rampants). 18 représente les points d'accrochages permettant la fixation / tendeurs des élastiques ou ridelles des bavettes latérales soudées à la membrane.

Pour assurer la ventilation de l'espace entre toiture usagée existante et la sur-toiture, des chatières (13) sont soudées sur la membrane de toiture. L'espace entre la membrane (1) et le faitage de la toiture usagée est assuré par la présence d'un jonc (12) en mousse de couleur blanche et d'épaisseur adaptée à la lame d'air nécessaire. Il est ventilé à l'aide d'ouvertures latérales (16) et de chatières (13).

La membrane (1) peut être fabriquée sans ou avec capteurs solaires souples positionnés sur cette membrane et maintenus par une feuille polymère EVA transparente soudée par haute fréquence sur la membrane revêtue PVC.

A la figure 5 sont représentés trois piliers (20) sur lesquels viennent se fixer à l'aide de vis (40), deux barres de tension (50) qui servent de support aux membranes photo voltaïques (1) pour ainsi couvrir des emplacements de parking (30).

A la figure 6, la manière dont la membrane (1) porteuse de cellules photovoltaïques (70) vient s'enrouler (90) et se fixer (80) à la barre de tension (50) par soudure (100), est détaillée. L'encrage de la membrane (1) étant sur quatre piliers, la pente (15°) qu'il faudra respecter pour les écoulements de l'eau et de la neige pour se faire du côté qui présente la meilleure exposition au soleil. Quel que soit le sens de l'inclinaison choisie, la tension (110) sera toujours respectée grâce aux barres de tension (50). Dans la figure 7, la méthode de fixation des barres de tension (5) au pilier d'encrage (2) est détaillée. C'est grâce au serrage d'un boulon (60) le long de la vis (40) que pourra être obtenue la tension idéale de la membrane.

La figure 8 montre un cas simple de construction de parking dans lequel on utilise 4 piliers pour le premier emplacement de parking puis 2 nouveaux piliers pour chaque nouvel emplacement. L'écart vertical (111) entre les deux membranes tendues est d'environ 35 cm pour respecter la pente (indiquée par les flèches) et ce compte tenu des dimensions indiquées, qui sont purement indicatives.

Dans la variante de la figure 9, le nombre des piliers est réduit. De telles solutions sont envisageables en fonction des risques d'intempéries et de la qualité des matériaux.

Les figures 10 et 11 représentent respectivement une vue de dessus et une vue de côté d'une centrale solaire selon une variante de l'invention, les flèches y indiquant toujours le sens descendant de la pente, qui est de préférence orientée sud.

Dans cette variante de l'invention, la membrane est en fait constituée d'un ensemble de membranes (1) séparées assemblées à l'aide de crochets (non représentés) passant à travers des œillets (200). A noter qu'il est possible de les assembler par d'autres techniques telles que la soudure par exemple.

L'ensemble des membranes (1) est renforcé par un cadre périphérique (210) en PVC soudé à leur périphérie. Ce cadre (210) est fixé à des ridelles (230) solidaires de poteaux verticaux (220) et à l'aide de cordelettes (240) passant à travers des œillets (200) et de tendeurs élastiques (non représentés).

Les cellules photovoltaïques (250) portées par la membrane (1) comprennent chacune une connexion électrique (260) vers une batterie (280), un compteur (270) mesurant la quantité d'électricité transférée des cellules vers les batteries. Chaque batterie comprend une connexion (290) où peuvent par exemple venir s'alimenter des véhicules hybrides.

Les poteaux verticaux (220) sont arrimés dans le sol via des plots en béton

(300) et ils soutiennent la membrane (1) par des contreventements (310).