charpente.

charpente. 1 PRÉSENTATION charpente, ouvrage composé de pièces de bois ou de métal assemblées entre elles pour constituer l'ossature d'une construction (maison, navire, pont) ou de certains de ses éléments. Entrent également dans le domaine de la charpente les dispositifs accessoires et provisoires, comme les étayages, les échafaudages et les coffrages, ainsi que les éléments fixes porteurs. À l'origine, la charpente est l'oeuvre du charpentier ; la charpenterie -- l'art et le métier de la découpe, du travail et de l'assemblage des poutres de bois dans les structures du bâtiment -- est le plus vieux métier du travail du bois. C'est également l'ensemble de la charpente d'un édifice ou la manière dont elle a été exécutée. 2 HISTORIQUE Les premiers habitats de l'Homme étaient munis de charpentes en bois à empilements, que l'on retrouve dans les structures les plus élaborées d'Extrême-Orient. Depuis l'âge du fer, la tradition militaire des enceintes en palissade de bois (comme les camps viking ou romain) permit le développement du pan de bois. Le toit devint progressivement l'élément principal de la composition architecturale d'un bâtiment, ainsi qu'un objet de décoration. La charpente fut alors peinte et parfois sculptée. Pour obtenir de vastes espaces intérieurs, de nouvelles techniques architecturales de plus en plus complexes furent mises au point. Les études archéologiques menées sur des vestiges en pierre, comme les grands temples de l'Antiquité, ont montré que leurs assemblages étaient généralement réalisés en bois. Ainsi, l'ordre dorique s'inspire des grands temples en bois construits au VIIe et VIe siècle avant notre ère. Au Japon et en Chine, des techniques d'un grand raffinement furent développées pour la construction de charpentes légères (avec parfois l'utilisation du bambou) devant résister aux catastrophes sismiques et climatologiques. La grande innovation de l'architecture occidentale est la ferme triangulée, qui apparut dès l'époque romaine. On utilisait des bandes de métal pour renforcer l'assemblage des poutres en bois. L'évolution de la charpente est étroitement liée aux ressources disponibles pour sa construction, et donc à la situation géographique. Par exemple, en Europe centrale, les pans de bois furent supplantés par le remplissage avec du torchis (mélange de paille et de terre) ou par des parois maçonnées. C'est en Europe du Nord que les systèmes de charpentes en bois furent le plus développés, ces dernières étant encore utilisées actuellement. Dans ces régions, où abondent les résineux, on construit toujours des bâtiments à pièces de bois entrecroisées, dont un exemple caractéristique sont les chalets. Au XIXe siècle, l'emploi simultané du bois et du métal et le développement de nouvelles techniques comme le collage ouvrirent de nouvelles perspectives de débouchés au bois. Cependant, l'industrialisation, l'essor de la sidérurgie et des chemins de fer (avec la construction de halls de gares) eurent pour conséquence le remplacement du bois par le métal, le premier ne permettant pas la couverture de grands espaces. Les formes de la charpente métallique évoluèrent lentement en s'éloignant de celles des charpentes en bois. Les nombreuses destructions de la Seconde Guerre mondiale engendrèrent des besoins importants en logements et en bâtiments industriels. Il était alors nécessaire de construire vite et à meilleur prix. Cela conduisit à l'utilisation de matériaux nouveaux et à la préfabrication en atelier ou en usine. Aujourd'hui, la recherche de l'esthétique pousse souvent à associer des matériaux différents, tels que le bois et le béton, dans les charpentes. Depuis que l'acier et le béton sont couramment utilisés dans la construction du bâtiment, le rôle du charpentier dans le bâtiment a été cantonné au domaine des maisons individuelles et des coffrages utilisés pour couler le béton. Les charpentiers actuels construisent les coffrages en bois dans lesquels le béton est versé pour les bâtiments de grande taille, les autoroutes et les centrales hydroélectriques. Les charpentiers érigent des échafaudages pour les ouvriers d'autres corps de métier. Ils posent les cloisons, les portes, les fenêtres, le plancher, les toitures et presque tous les autres composants en bois d'un édifice, et réalisent les principaux travaux de construction dans les maisons. Les nouveaux systèmes de fermeture et d'encadrement mis au point ces dernières années ont multiplié les utilisations du bois dans la construction. L'utilisation de systèmes de construction par éléments -- parties préassemblées, ou modules -- est en croissance. Dans la construction modulaire, des sections entières d'une structure sont construites dans une fabrique et assemblées ultérieurement sur le lieu de construction. 3 CHARPENTE EN BOIS L'utilisation de la charpente en bois associée à des traditions et à des méthodes complexes d'assemblage remonte à des temps très anciens. À partir du XIIIe siècle, les charpentiers constituèrent l'un des principaux corps de métier du compagnonnage. La charpente traditionnelle est assemblée par tenon et mortaise ou à mi-bois. Ces méthodes ont évolué de nos jours avec l'utilisation de la colle (colle à base de résines synthétiques qui résiste très bien aux agents atmosphériques), des clous ou des boulons, tiges filetées qui reçoivent un écrou. Des méthodes de calcul plus rigoureuses, avec l'utilisation des outils informatiques, autorisent des formes allégées, avec moins de bois, et qui se rapprochent de la charpente métallique. On peut citer les fermes triangulées, les poutres composées en treillis, celles à âme pleine, les portiques, les arcs lamellés-collés, les voûtes en treillis. La charpente destinée à supporter une toiture est appelée comble ; ses éléments principaux portent le nom de fermes. Les fermes reportent sur les murs ou les poteaux la masse de la couverture et de la charpente elle-même. Aujourd'hui, les fermes en bois ne sont plus utilisées que dans les combles des petites habitations. La construction d'une charpente en bois nécessite en premier lieu la préparation des bois, opération qui consiste à les débiter et les équarrir, à pratiquer les traits d'assemblage, tenons et mortaises, les perçages. On utilise pour cela du bois de charpente, c'est-à-dire un bois d'essence et de qualité propre à la réalisation d'ouvrage de charpente (le chêne est un bon exemple). Puis on dispose et on assemble les différents éléments (la monte) avant de mettre la charpente au levage, c'est-àdire de la dresser dans sa position définitive. Cette opération nécessite souvent l'utilisation d'une chèvre et d'un treuil ou d'une grue. L'assemblage des éléments (poutres et planches) est réalisé au moyen de systèmes, tels que les chevilles, les clous, les crampons, ou de manière moins traditionnelle avec de la colle ou des boulons. L'ensemble peut aussi être renforcé à l'aide de feuillards. Le support du comble charpenté est également un élément de la charpente en bois ; il est construit avant le comble lui-même. Il a des formes variées : empilement horizontal de poutres (parfois entrecroisées, comme dans les chalets) ou juxtaposition verticale, simples poteaux entre lesquels sont insérés des parois légères, des pans maçonnés ou du torchis. Les poteaux isolés portent le comble. Ils peuvent être enfoncés dans le sol ou fixés sur les fondations du bâtiment. Pour obtenir des constructions stables et diminuer les coûts de revient, les charpentiers ont développé des charpentes en bois dont la structure s'apparente à la structure triangulée de la charpente métallique. La charpente en bois lamellé-collé, inventée en Suisse au début du siècle, a permis à la charpente en bois traditionnelle de reprendre une place importante dans la construction des bâtiments. Le bois est utilisé sous la forme de lames de sapin (le bois devant être sec) de 70 à 220 mm de largeur ; on utilise des colles spéciales pour l'assemblage effectué en usine. La technique du bois lamellé-collé permet de réaliser des éléments de charpente dont les caractéristiques sont identiques à celles du bois qui les compose, mais dont la longueur, la forme et la section peuvent être beaucoup plus importantes. 4 CHARPENTE MÉTALLIQUE En raison des avancées technologiques, le bois a été progressivement supplanté par le métal dans la réalisation des charpentes. Parfois, seul le métal peut apporter une solution technique, par exemple dans le cas des plates-formes en mer ou des ponts de très grandes longueurs. Les charpentes métalliques servent aujourd'hui à la construction de nombreux ouvrages, tant dans le bâtiment de type habitation ou industriel que dans la construction navale. Contrairement à la charpente en bois, elles sont composées d'éléments légers et très résistants, appelés poutres lorsqu'ils sont horizontaux et poteaux lorsqu'ils sont verticaux. Comme pour la charpente en bois, on prépare les différents éléments (fonte des pièces, coupe, pliage et perçage en usine), puis on les assemble sur le lieu de la construction, avant d'effectuer le levage et la liaison au reste de l'ossature. Pour l'assemblage et la fixation des différentes pièces, on utilisait en général des boulons et des rivets -- sortes de clous courts et larges dont la pointe est écrasée, une fois enfoncée, formant ainsi une seconde tête. L'avènement des techniques de soudure à l'arc électrique à partir de 1930 a conduit à l'abandon de ces procédés d'assemblage. La soudure permet en effet de rétablir la continuité des pièces par fusion du métal, avec une plus grande rapidité de construction et une sensible économie de poids sur l'ensemble de la structure. Dans la construction de bâtiments, les éléments de la charpente sont généralement placés de manière à constituer un quadrillage en plan (horizontal) et en élévation (vertical). Le quadrillage vertical est appelé pan de fer, le quadrillage horizontal constitue l'ossature du plancher. Lorsque la charpente sert à supporter la toiture d'un bâtiment, on la qualifie de comble métallique. Le comble est essentiellement composé de poutres principales, appelées fermes, qui permettent de répartir le poids de la toiture sur les murs ou les poteaux. Le comble est également composé de poutres plus légères, éléments secondaires qui servent à reporter le poids de la toiture sur les fermes. Parmi ces éléments, on trouve les pannes et les chevrons. Les premières sont orientées perpendiculairement aux fermes et prennent appui sur celles-ci ; les seconds sont placés parallèlement aux fermes et prennent appui sur les pannes. Lorsque les éléments de la couverture sont de petite taille (tuiles par exemple), on ajoute aux éléments secondaires de petits profilés, appelés lattis, qui sont fixés sur les chevrons et permettent de maintenir les éléments de la couverture. Les charpentes des combles doivent être très légères ; leurs formes varient selon la portée des fermes, mais surtout suivant l'architecture du bâtiment. En effet, d'une région à l'autre, les formes des combles des habitations peuvent être très différentes. La forme la plus courante dans les bâtiments industriels ou les habitations préfabriquées est la ferme en treillis, dont un cas particulier est la ferme-shed, à la silhouette en dents de scie. Notons également que l'emploi du tube, de section circulaire, carrée ou rectangulaire, a permis la construction de structures légères et peu onéreuses, telles que la ferme plane en arc, et l'utilisation de l'acier sous forme de câble a permis le développement de structures tendues et haubanées. 5 CHARPENTE D'OUVRAGE D'ART Le terme ouvrages d'art désigne les travaux de charpente que nécessite la construction d'un pont ou d'une voie de chemin de fer. Les éléments essentiels d'un ouvrage d'art sont appelés poutres principales. Ces poutres peuvent avoir des formes très différentes selon la taille et la nature de l'ouvrage. En général, ce sont soit des poutres droites, soit des poutres courbes appelées arcs. Suivant la largeur de l'ouvrage d'art, il comporte soit deux poutres principales disposées de part et d'autre de l'ouvrage, soit des poutres principales multiples, réparties sous le tablier. Le tablier est quant à lui constitué d'un quadrillage (ou trame) de poutres distribuées dans un plan horizontal. Les poutres perpendiculaires aux poutres principales sont appelées entretoises et les poutres parallèles, longerons. Le tablier supporte la voie de communication, qui se compose en général d'une dalle en béton armé. Lorsque les ouvrages d'art sont de longueurs importantes, ils sont composés soit d'une seule travée, soit de travées multiples. Dans le cas de travées multiples, les poutres principales reposent sur des appuis intermédiaires qui sont appelés piles. 6 CHARPENTE DES ENGINS DE LEVAGE Les engins de levage les plus répandus sont les grues et les ponts roulants. Les premiers sont utilisés, par exemple, dans des halls d'ateliers ou dans les ports. D'une manière générale, les ponts roulants sont constitués d'un ensemble de poutres horizontales qui peuvent se déplacer sur des chemins de roulement. Une cabine de pilotage est souvent disposée sur la poutre principale du pont roulant, permettant ainsi de desservir la totalité de la zone située sur toute la longueur du pont roulant. Le poids soulevé par de tels ponts dépend de la taille et de la structure de l'engin. Il existe des ponts roulants pouvant soulever plus de 500 t. Les grues peuvent se présenter sous des formes très différentes. On peut distinguer les grues fixes des grues mobiles. Dans tous les cas, elles possèdent un bras en charpente métallique qui peut pivoter dans le sens vertical et dans le sens horizontal. Cette manoeuvre est effectuée à l'aide de câbles actionnés par des moteurs. Certaines grues possèdent des contrepoids placés à l'extrémité du bras à l'opposé du câble de levage et qui évitent à la grue de basculer lorsqu'elle soulève une charge importante. 7 CHARPENTE EN BÉTON ARMÉ Les charpentes en béton armé ne sont utilisées que dans des cas spécifiques qui font appel à ses caractéristiques originales. Leur développement est similaire à celui de la charpente métallique ; leur forme est généralement une simple copie des structures utilisées dans les charpentes métalliques ou en bois. Voir aussi Architecture (art) ; Bâtiment, industrie du ; Bois, travail du ; Construction. Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation. Tous droits réservés.