Charpente

Une charpente est un assemblage de pièces de bois et/ou de métal, permettant de soutenir ou couvrir des constructions et faisant partie de la toiture.

On sert à désigner fréquemment par charpente l'ossature de poteaux et poutres qui reprend le poids de la couverture mais aussi les charges verticales (c'est-à-dire les forces verticales s'exerçant sur la charpente) telles que les surcharges climatiques (neige). C'est le charpentier qui est chargé de la mise en place d'une charpente.

Principes

La charpente dite respectant les traditions est constituée de fermes, de pannes et de chevrons. Une ferme est composée par l'assemblage de plusieurs pièces de bois massif. Les arbalétriers, l'entrait et le poinçon forment le réseau principal alors que les contre-fiches, les jambes de force, les diagonales et les potelets forment le réseau secondaire d'une ferme. Les assemblages des parties constitutives de la ferme se font par embrèvement, par boulon ou par clouage.

La charpenterie sert à désigner l'art du charpentier et le chantier de charpente.

Les bois de charpente

Les essences de bois utilisées pour la fabrication des charpentes respectant les traditions sont nombreuses, de plus elles fluctuent énormément d'une région à une autre et même d'une époque à l'autre : elles dépendent en partie des possibilités momentanées d'exploitation et d'approvisionnement. Dans ces conditions, il est complexe de donner une liste exhaustive des essences de bois utilisés, celle qui suit reste par conséquent ouverte. Ainsi, les essences de bois essentiellement utilisées en charpenterie sont le sapin, le chêne, le châtaignier, l'épicéa, le Douglas, le pin, le peuplier tremble, le mélèze et l'orme.

• Chêne : bois de cœur et aubier différents ; bois de cœur lourds, de couleur brun jaunâtre avec une odeur caractéristique de tanin ; aubier plus clair, peu résistant aux attaques des insectes et champignons ; rayons médullaires particulièrement marqués et particulièrement visibles sur les coupes en bout où ils se distinguent fréquemment mieux que les accroissements

• Châtaignier : identique en énormément de points au chêne, il est caractérisé par l'absence de rayons médullaires et de maillures visibles ; analogue au chêne au point de vue mécanique et d'excellente conservation ; coloration plus rouge que celle du chêne

• Sapin blanc du Nord : résineux dont le bois de cœur et l'aubier ne sont pas différents ; bois blanc mat se colorant particulièrement un peu en rougeâtre vers le cœur ; aucun canal résinifère n'est visible sur une coupe transversale ; bois le plus souvent tendre et assez homogène

• Pin sylvestre : bois de cœur et d'aubier particulièrement différents ; bois de cœur d'une couleur rougeâtre marquée ; odeur prononcée de résine ; nombreux canaux résinifères ; ses nœuds sont généralement assez petits et leur couleur ainsi qu'à peine plus foncée que le bois normal

• Pin maritime : bois de cœur et d'aubier particulièrement différents ; bois de cœur de couleur plus foncée et plus brune que celle du pin sylvestre ; bois d'espèce plus grasse ; aux odeurs plus prononcées ainsi qu'aux canaux résinifères particulièrement nombreux et visibles à l'œil nu (situés essentiellement en bordure du bois de printemps)  ; les nœuds sont généralement moyens ou assez gros et nettement plus foncés que le bois normal ; le bois d'été est délimité d'une manière franche comparé au bois de printemps.

• Douglas : essence résineuse résistant aux insectes et au champignons, même en milieu agressif (montagne, bord de mer, ... ). L'aubier et le bois parfait ne sont pas différents. La coloration allant de rosâtre à brun en fait un bois facile à reconnaître. Il est plus dur et plus dense que les autres essences de résineux. Les principales régions de production sont le Massif Central, les Alpes et le Jura. Sur pied, il est reconnaissable à ses aiguilles bleutées ainsi qu'aux poches de résines apparentes au niveau de l'écorce.

Les arbres au feuillage caduc doivent être abattus en hiver pour être hors-sève. Les résineux peuvent être coupés toute l'année. Quand les branches de l'arbre sont coupées, on obtient une grume nette, de la taille de l'arbre. Cette opération se nomme le façonnage. La grume est ensuite coupée dans sa longueur en différentes parties nommées billes.

Les billes sont ensuite débitées dans une scierie. Selon le diamètre de la bille et de la qualité de son bois, le bois sera utilisé soit pour la charpenterie, soit pour la menuiserie, soit pour l'ébénisterie. La bille de pied est la partie de la grume allant du pied de l'arbre jusqu'aux premières branches.

Constitution d'une charpente

Charpente de toiture

La charpente de toiture est constituée de différentes pièces en bois ou en acier :

• La ferme forme l'élément essentiel d'un comble d'une toiture. C'est elle qui transmet le poids général de la couverture aux porteurs verticaux (murs, poteaux…). Elle peut reposer sur des poteaux, sur les murs porteurs, quelquefois sur la panne sablière.

• Les pannes sont les éléments de liaison entre les fermes. Il existe 3 types de pannes : la sablière, posée sur les murs ; les pannes ventrières situées en milieu de pan de toit et la panne faîtière, en haut de toit nommé le faîtage. C'est par elles que transitent les charges des chevrons vers les fermes. L'Entraxe de panne depend du type de conception de l'ouvrage, des charges de toiture et de la section de bois (mais aussi l'essence de ce dernier).

• Un chevron répartit le poids de la toiture sur les pannes. Il est disposé dans le sens de la pente avec un entraxe (distance d'axe en axe) de 50 à 60 cm maximum, suivant le type de couverture. Les sections classiques sont de 11 x 8 cm, 9 x 6 cm et 5 x 4, 5 cm (hauteur x largeur).

• Les liteaux sont posés sur les chevrons pour recevoir l'ou les matériaux de couverture (Exemple : couverture en ardoises non clouées sur volige mais accrochée par des crochets métalliques ou tuiles)

Les combles sont protégés des déformations dues à diverses contraintes, permanentes ou occasionnelles, par diverses pièces de «contreventement». Ainsi, la ferme peut être plus ou moins compliquée par pièces nommées dans les charpentes en bois des «aiguilles» (par exemple des «poinçons»), «contrefiches», «jambes de forces», «blochets», etc. Dans le sens longitudinal, les fermes sont contreventées par diverses pièces qui les relient entre elles obliquement ou qui les relient aux pannes, ou relient toujours les pannes entre elles. La précision des assemblages joue un rôle déterminant dans la charpente.

Ceci est le cas en France de la charpente en bois contemporaine à tendance respectant les traditions. Historiquement, les charpentes de bois étaient constituées dans certaines régions de «chevrons formant ferme», c'est à dire de petites fermes constituées à chaque paire de chevrons, ne demandant pas des pièces de section trop importante. Dans ce cas, les paires de ces «chevrons-arbalétriers» peuvent être plus espacées. Cette disposition, qui a quasiment cessé en France à la fin du Moyen Âge, a continué jusqu'au XXe siècle en Europe Centrale, et aboutit à la charpente contemporaine de «fermettes», constituée sur le même principe mais avec des pièces de plus faible épaisseur et des assemblages industriels.

Une charpente est la majorité du temps conçue suivant les méthodes de l'entreprise soit par méthode respectant les traditions (epure) soit par CAO. Le dessin de la charpente le plus souvent réalisé au 1/10^e, ou en taille réelle, est nommé épure. Il sert à retrouver les assemblages nécessaires mais aussi les cotes et les angles des pièces à réaliser.

Autres types de charpente

Il faut citer la charpente à pans de bois qui est une structure ponctuelle verticale, la charpente des planchers, mais aussi les murs massifs constitués soit de pièces d'empilage, soit (dans quelques pays nordiques) de pièces verticales superposées. En Europe centrale, il existe des planchers massifs de bois, faits de pièces horizontales superposées.

Les manières de construire changent fréquemment d'un pays à l'autre, quelquefois d'une région à l'autre. De nombreuses cultures ont joué des formes et des couleurs permises par l'agencement des bois de charpente, murs et planchers.

En France, la terminologie peut différer d'une région à l'autre, ce qui compromet la validité de certaines entrées de dictionnaire, lesquels gardent toujours une valeur de référence.

Les Compagnons du Tour de France ont consacré plusieurs volumes de leur Encyclopédie des Métiers à la charpenterie, ce qui forme une source exceptionnelle, mais elle témoigne de la difficulté de désigner un terme "français" de charpente, quand il en existe tant (comparer le vocabulaire et les articles de cet ouvrage). Plus ancien, le Dictionnaire pratique de menuiserie, ébénisterie, charpente de J. Justin Storck, édité par feuillets jusqu'au début du vingtième siècle et actuellement réédité, donne aussi des indications précieuses sur les méthodes respectant les traditions et apporte un point de vue sur le vocabulaire.

Hors des ouvrages du bâtiment conçus pour être les plus durables, il faut citer ceux qui interviennent de manière provisoire, même s'ils persistent. La charpente de chantier comprend les cintres et coffrages, étaiements et échafaudages.

Pour sortir totalement du bâtiment, des ponts, barrages et autres ouvrages d'art peuvent être fabriqués en bois. La charpenterie de marine, enfin, forme une discipline différente.

La charpente est , par définition, une ossature porteuse ponctuelle, par opposition à la structure linéaire que forme un mur continu. Elle peut être en bois ou métallique, mais également en béton armé. Dans ce dernier cas, cela ne correspond pas à la définition d'une charpente, il est plus courant de parler d'une chape (chapeau) en béton armé».

La charpente métallique concurrence la charpente en bois dans presque l'ensemble des domaines. Les différences de comportement, surtout la résistance au feu (le bois resistant mieux que l'acier) et le poids entre les deux matériaux décident généralement du choix, mais aussi les prix.

Charpente à fermettes industrielles

Les fermettes peuvent être reconnues comme des chevrons renforcés par triangulation. Elles sont fabriquées le plus souvent avec des pièces de bois en 36 mm d'épaisseur (1'1/2) et assemblées avec connecteurs métalliques. Ce type de charpente consiste à transmettre les charges de toiture aux murs porteurs par l'intermédiaire de fermes disposées l'ensemble des 60 ou 90 cm à peu près. L'élancement : rapport entre la hauteur et l'épaisseur de la ferme étant particulièrement grand, cela impose de stabiliser les fermes par un sous-système de barres perpendiculaire nommé contreventement et anti-flambage.

La pose d'une charpente industrialisée requiert particulièrement peu de temps. Les avantages de ce type de charpente sont le faible coût et un très bon rapport résistance/légèreté. Ces structures sont aussi utilisées en dehors de la toiture pour, par exemple les coffrages de béton, les échafaudages mais aussi des ouvrages provisoires de support de projets industriels. Les profils et formes sont presque illimités, ce qui permet d'obtenir des toits particulièrement variés.

Pour la construction d'habitation, les portées sont comprises entre 8 et 15 m. Des portées de 25 m peuvent-être atteintes pour les bâtiments agricoles ou industriels en utilisant des sections de bois plus importantes, cela implique des techniques d'assemblage spécifiques.

Charpentes en lamellé-collé

Cette technique consiste à reconstituer des équarrissages à partir de lamelle de bois de faible section, collées entre elles.

Le domaine d'application comprend les :

• bâtiments à usage public,
• bâtiments de grande portée,
• milieux agressifs (chimique, teinturier, stockage céréalier, piscines…),
• ponts

Du fait d'une vitesse de combustion assez lente et constante (∼2 cm/½h), les structures en bois lamellé-collé ont une grande résistance au feu. Enfin, il est à savoir que les arcs de ces charpentes sont élaborés par collage à contrefil et contre-cœur de pièces de bois, de manière à répartir le travail du lamellé-collé sur toute la pièce.

L'étude des forces sur une charpente

On peut définir plusieurs déformations pouvant apparaître sur une pièce d'une charpente : l'allongement/raccourcissement, le flambage, la flexion.

L'allongement/raccourcissement est dû au travail de la pièce en traction/compression. C'est-à-dire quand l'effort s'exerce dans l'axe de la pièce.

Lors de la compression d'une pièce longue (exemple : poteau, arbalétrier), la pièce peut fléchir. Apparaissent alors des efforts perpendiculaires à l'axe de la pièce qui augmentent le phénomène : c'est le flambage ou flambement.

La flexion est la naissance d'une courbure (flèche) sur une pièce, due à un effort perpendiculaire à l'axe de la pièce. Exemple : le poids de la pièce sur des éléments horizontaux tels un solivage, une panne ou un chevron.

La torsion est la déformation d'une poutre due à un moment dont la direction est confondue avec l'axe de la pièce.

Bibliographie

• Eugène Viollet-le-Duc, Dictionnaire raisonné de l'architecture française du XIe au XVIe siècle - Tome 3, Charpente
• Jean Bernard, Encyclopédie des métiers : la charpente, Librairie du compagnonnage, 1980 
• Jean Denfer, Architecture et constructions civiles - Charpentes en bois et menuiserie [lire en ligne] 
• Frédéric Épaud, De la charpente romane à la charpente gothique en Normandie, CRAHM, 2007 (ISBN 978-2-902685-39-4)
• «Bois et charpente en bois – Le matériau et son utilisation» F. X BROCHARD – Collection de l'Institut Technique du Bâtiment et des Travaux Publics – Editions Eyrolles Paris - 1960
• René Demotz, "charpentier d'aujourd'hui" - Editions H. Vial - 1969/2001

Voir aussi

Termes utilisés en charpente

About Aisselier Âme Arbalétrier Arêtier Blochet Charpente à Cruck Chevêtre Chevron ou faux-comble Comble Comble à surcroît Comble brisé dit à la Mansart Contrefiche Contreventement Coyer Coyau Dé Échantignole

Lindier Moise Noue Panne Panne faîtière Panne sablière Pignon Poinçon Portée Poteau Poutre Sablière Solive Solive boiteuse Solive d'enchevêtrure Sous faîte Trémie Volige

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