Membre de l'Association des Designers Industriels du Québec (ADIQ)
Seulement une faible quantité de bassins sont recouverts d’une toiture quelconque malgré certains avantages non négligeables. Il faut savoir que les contraintes sont nombreuses et que les solutions le sont moins, surtout lorsqu’il s’agit de bassins de grandes dimensions comme c’est la tendance avec la venue des mégas porcheries. On a dépassé la limite pour les constructions en bois et seul l’acier inoxydable est en mesure de résister adéquatement au puissant pouvoir corrosif du lisier. Ainsi, ce n’est qu’avec l’apparition sur le marché de toitures gonflables qu’on a pu parler de solutions à prix abordables.
St-Odilon Québec, 2003
Même si une toiture a l’avantage de confiner les odeurs nauséabondes autrement charriées par les vents, ce sont davantage les coûts engendrés par les précipitations qui motivent les producteurs. Celles-ci atteignent parfois 30% de la capacité du bassin, ce qui augmente d’autant les coûts de transport du lisier vers des champs souvent éloignés. Dans certains cas, ce volume excédentaire peut rendre nécessaire la coûteuse construction d’un bassin supplémentaire. Bref, le besoin de solutions est important. Cependant, les produits proposés n’étaient généralement pas adéquats et ont causé beaucoup de problèmes. Ils ont rarement passé le test du temps. Les concepts de toitures gonflables alors offerts ont été développés par des gens novices en la matière et plutôt habilités à fabriquer des structures statiques. On a alors omis de considérer qu’un gonflable est un système dynamique. Par définition, ce type de structure est soutenu par l’air, non par une armature rigide. Or, un jour ou l’autre, la membrane doit se déplacer, soit en phase de gonflement ou de dégonflement. À ce moment, la membrane flotte sur un coussin d’air et donne emprise au moindre vent. Elle peut alors être soumise à des charges de stress critiques là où elle entre en contact avec des éléments statiques. Deux ou trois fois par année, on doit procéder au brassage, pompage et épandage du lisier. C’est surtout là que ça se complique. Le concept de toiture le plus répandu consiste en une coupole gonflable qui est très efficace lorsque fermement gonflée, c'est-à-dire jusqu'au moment du brassage où il faut ouvrir la porte d'accès. La toile de la toiture s'affaisse alors sur un réseau de sangles disposées en travers du bassin. Comme l'opération peut prendre plusieurs jours, S'il pleut pendant cette période, il peut se former des poches d'eau entre les sangles et le poids peut rapidement excéder leur capacité portante. On gonfle alors en catastrophe pour éviter que ça se produise, exposant ainsi la membrane à des conditions de vent qui endommagent et même détruisent la toiture. À seulement 20 km/heure, il y a un risque. Un autre concept de forme conique comportait un mât central pour éviter l’affaissement, mais c’est en se heurtant contre celui-ci que la voilure ramollie et battant au vent se détruisait. Ce concept a été abandonné et le premier est en voie de l’être.
Le concept
Afin de contrer tous ces problèmes, j’ai développé un nouveau concept de toiture. Également de forme conique mais dont l'originalité tient à son pilier central gonflable et flottant. Gonflé à une pression 4 à 6 fois plus grande que la voilure, il permet de supporter des charges de neige impressionnantes et de résister aux plus grands vents. Son effet piston maintient si bien la voilure en tension, que celle-ci soit gonflée ou non, la différence est à peine perceptible. Ainsi, on peut se permettre d’avoir une ouverture aussi grande que nécessaire pour l’opération de reprise du lisier sans aucun risque, peu importe les conditions de la météo. En fait, le gonflement de la voilure est surtout utile en cas de tempête de neige exceptionnelle.
Évidemment, il est nécessaire de bien positionner et de stabiliser le support flottant. Des essais comparatifs de divers principes sur un prototype à l’échelle ont révélé que c’est par une série de six doubles sangles entrecroisées et tangentes au cylindre qu’on obtenait les meilleurs résultats tout en minimisant le stress aux points de fixation. Six autres haubans tangents à la voilure tiennent un rôle similaire pour la pointe.
Deux prototypes de 20 et 30 mètres ont été réalisés et installés à titre de R & D. Dans les deux cas, l’installation a été pénible du fait que les bassins n’étaient pas vides. Cherchant à prendre sa pleine expansion, il était difficile de positionner le support à la bonne hauteur. Une fois installée cependant, la toiture s'est comporté selon les attentes et même au-delà.
Outre la confection des membranes, trois sous-projets de design étaient inhérents à la réalisation du concept, soit:
• Le pilier gonflable flottant
• Le système d’attache périphérique
• Le double système de soufflerie.
Le pilier gonflable flottant:
C'est la pierre angulaire du concept. Il fallait donc que sa forme ait une force structurale adéquate tout en étant suffisamment économique pour être commercialisable. De plus, son design devait s’accommoder de la variation de niveau. Assez rapidement, la forme conique est apparue intéressante du fait qu’elle se compresse bien, toujours là où la section a le plus petit diamètre. C’est prévisible. Par contre. un cône implique des pièces en fuseau, ce qui se traduit par une perte de matériel. Pour cette raison, la partie au-dessus du niveau du mur et qui comporte la plus grande surface est de forme cylindrique. Seule la partie en dessous du niveau du mur doit être compressible et est légèrement conique. Le dessus épouse la forme de la voilure et le fond est un simple disque.
Quand au diamètre du cylindre, c’est toujours une question de compromis. Plus il est gros, meilleure est la capacité portante de la toiture, mais plus il coûte cher. On peut compenser en mettant une pression plus grande, mais il faut alors un système de soufflerie plus coûteux à l’achat comme à l’usage. Le principal facteur reste cependant la grandeur du bassin à couvrir.
Le pilier central à effet piston est configuré pour emplir tout l'espace entre le fond du bassin vide et la voilure conique. Cependant, comme le gonflable flotte sur le lisier, au fur et à mesure que le niveau monte, le pilier se compresse. Sa base étant une section de cône inversée, par l'effet de la loi du plus grand volume*, c'est toujours la partie la plus basse qui se comprimera, là où le diamètre est le plus petit.
Le système d’attache périphérique:
Le système d’attache périphérique devait remplir un double rôle: retenir solidement la voilure et offrir une étanchéité quasi parfaite. De plus, il fallait un système dont tout le long travail de perçage et de pose d’ancrages puisse être fait de manière indépendante avant l’installation de la toiture. (Voir Développement de Bidule, premier cas)
Le système de soufflerie est à la base de la performance d’une structure gonflable. Dans le cas présent, il y a deux systèmes indépendants et différents par leur puissance respective. Ce qui les distingue, c’est essentiellement le modèle de souffleur et le moteur pour l’activer. Pour le reste, il n’y a pas de différence notable et les deux boîtiers sont semblables et prévus pour convenir aux deux systèmes. Cependant, les deux systèmes doivent alimenter leur "ballon" respectif en traversant la membrane. Chaque système de soufflerie est alors fixé à la base de la voilure, en bordure du mur. La bordure de la voilure est configurée pour épouser la conduite qui chevauche le mur. C’est justement l’endroit où la membrane a la liberté de mouvement minimum rendant sa position dans l’espace prévisible. Comme il n’y a plus de pièce mobile fixée à la membrane, on prévient le risque de fatigue du matériau et de bris des joints.
Le double système de soufflerie.
Le concept développé comprend d’abord le souffleur monté sur une construction de tubulure d’acier et contreplaqué. Le tout est fixé solidement au mur, mais à une distance d’environ 10 cm pour permettre l’écoulement de la neige. Par la suite, viennent se greffer clapet anti-retour, adaptateur et tuyau de conduit. Dans le cas du ballon interne, il y a un long tube annelé qui traverse le tuyau de conduit. Pour servir de réceptacle à la voilure, il y a une capote de polyéthylène rigide. Elle comporte deux protubérances dans l’axe de la voilure pour l’étanchéité.
La cage qui vient fermer la soufflerie est aussi en polyéthylène rigide. Elle s’enfile par le haut. Les deux bandes (en violet) servent à encadrer le contreplaqué vertical. Lorsqu’on installe la cage, celle-ci chevauche la capote de manière à protéger la soufflerie des intempérie.
Il est à noter que la prise d’air se fait en dessous. En étant répartie sur une grande surface, on évite l’aspiration de feuilles ou autres choses qui pourraient obstruer l’entrée d’air.
Le projet AgroDome a donné lieu à la création d’une entreprise du même nom et dont la vocation visait essentiellement à apporter des solutions inédites à la problématique de l’entreposage du lisier de porc et bovin.
Deuxième produit développé, le toit à pilier flottant n'intègre aucun système de traitement. Il empêche cependant les précipitations de diluer le lisier sans oublier qu'il règle aussi le problème des odeurs nauséabondes d'être emportées au gré du vent.
La plus grande particularité du concept consiste à permettre d’aménager une ouverture dans sa voilure sans provoquer son affaissement lors des opérations de brassage et de reprise du lisier. Un pilier gonflable flotte sur le lisier et s'ajuste automatique selon le niveau d'emplissage du bassin.
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