Notions de base de charpente pour L'Air du Bois

Introduction

Ce pas à pas détaillera tout ce qui est nécessaire de connaitre pour parachever un ouvrage réfléchi facilement et dans les règles de l'art.

Notions et bases abordées :

Physiques mécaniques et géométrie de charpente.
Physionomie générale et termes de charpente.
Type de charpentes.
Les différents assemblages de charpente.
Les différentes pièces de charpentes
Bois de charpente.
Prendre les mesures d une charpente.
Art du trait de charpenterie .
Etudes par dessins de charpente.
Etablissement avec signes conventionnels de charpente.
Tracés d épures de charpente .
Les outils spécifiques de charpente.
Tracés des bois depuis l épure.
Taille d une charpente.
Pose d une charpente.

Art du trait de base en charpente (fermes, arêtiers, noues, etc.)
Des exercices d apprentissages.
+Diverses rubriques ou commentaires qui pourraient être utiles ou initiés par des "boiseux" du site!

Petit historique de la charpente:

Depuis la préhistoire, l'homme dès qu'il quitte les abris naturels, se bâtit pratiquement chaque fois un "toit" sur la tète!
En tipi ou muni de bois en fourche, d'une faîtière sur laquelle il appuie des perches visant à soutenir une étanchéité aux éléments pour s'en protéger (peaux, feuillages, etc.): le principe de charpente était né!

Les premiers habitats "en dur" étaient souvent munis de simples bois utilisés en pannes scellées d'un mur à l'autre, puis les surfaces s'agrandirent et le besoin de soutènements comme des poteaux entrèrent dans la conception.
Petit à petit, on s'émancipe de diverses façons plus ou moins aventureuses des poteaux pour des fermes autoportantes.
Une constante reste presque naturellement depuis la nuit des temps, c'est la triangulation ou ferme triangulée, gage d'équilibre naturel des forces et de pentes pour l'écoulements des eaux, tout en protégeant les habitants.

Au cours des siècles, les techniques se perfectionnent et se modernisent:(sciage, machinisme, lamellé collé, etc.), ainsi que l architecture, donnant un éventail sans limite de styles, formes traditionnelles ou contemporaines de charpentes.
Le métier de charpentier représente la genèse des métiers du bois, et développera l'art du trait jusqu'à son paroxysme: L'art du trait de charpente est reconnu patrimoine culturel par l''Unesco en 2009.

Il faut une quinzaine d années pour devenir un Maître charpentier (que je ne suis pas) en travaillant sans cesse et reculant chaque fois un peu plus les difficultés, ce qui laisse peu de place à certaines improvisations que j'ai découvert ça et là sur la toile.

Les notions de physiques élémentaires en charpente

Celles ci sont principalement les poussées en pression verticales et latérales .
Elles sont enfantines à assimiler, mais doivent être réfléchies en permanence dans le métier de charpentier; en effet, elles seront chaque fois présentes, et donc à contrebalancer partout dans un ouvrage .

Les illustrations ci-dessous situent bien à quoi nous avons à faire!
Une pression verticale (poids de la couverture, neige, etc.)sur des bois jointés au sommet et reposant sur des murs , exerce une poussée oblique le long des pièces, communiquant à leur tour une poussée latérale sur le haut de ces murs vers l'extérieur, par conséquent occasionnant leurs basculements simultanément, ainsi que l'écroulement du sommet vers le sol.

Pour palier à ce désordre, il convient de rediriger les forces obliques et latérales verticalement vers le sol par ajout de moyens physiques!

1/ Construire un pignon sur lequel repose tout le poids de la couverture "diluant" ainsi les poussées dans le volume de celui-ci !
Cette solution serait la plus efficace, si elle n'occultait pas une grande partie de la surface utile au sol. (Fig 1)

2/ Fixer un poteau ou une colonne sous le sommet permet efficacement de diriger la poussée verticale directement au sol!
Cette solution, qui fut très souvent utilisée, libère une grande partie de l'espace libre utile au sol, mais crée quand même un encombrement qui peut être gênant dans certaines fonctions du bâtit. (Fig 2)

3/ Fixer une pièce ou un lien reliant les deux bases des bois, ce qui annule les poussées obliques par étirement horizontal en opposition,transmettant ainsi la poussée d'origine verticalement sur les murs .
Ici nous venons de créer une triangulation, d'une efficacité remarquable autoportante, tout en libérant totalement le vide utile au sol. (Fig 3)

Notions mécaniques de charpente

Malgré la création d'une triangulation qui a déjà expliqué son efficacité, les paramètres de forces contenus dans une charpente agissent sur les matériaux dont elle est constituée, et peuvent créer ici aussi des désordres conséquents et néfastes sur le bâtit et les usages!

Notre triangulation va en effet subir des déformations internes qu'il faut contrebalancer par un réseau secondaire pour sa pérennité!

Conséquence mécanique de triangulation simple :

La poussée verticale de pression au sommet, bien que redirigée en verticale des murs, crée un fléchissement vers le sol des bois en transformant la poussée oblique linéaire annulée par le tirant en pression perpendiculaire, occasionnant par la même un affaissement du sommet .
Si l'action n'est pas contrebalancée , il y a risques de déformations majeures de l'ensemble, affaiblissement des assemblage, voire rupture des pièces. (fig 1-2)

Conséquence mécanique de triangulation avec soutènement central :

En ajoutant un pilier central sur la triangulation simple, placée sous sommet et reposant sur l élément horizontal, nous diminuons nettement le fléchissement des bois obliques!
Même s'il y a diminution des efforts, la compression du pilier redirige la pression verticalement au centre de l'élément horizontal, le faisant fléchir à son tour.
Si l'action n est pas contrebalancée, il peut se produire des déformations préjudiciables à la toiture, ainsi qu'aux éléments intérieurs; par contre le risque de rupture est endigué. (fig 3-4)

Conséquence mécanique de triangulation avec soutènement central et jambes de forces :

A notre triangulation avec poteau central, nous ajoutons des "Contrefiches et jambes de forces" pour contrebalancer les derniers fléchissements!

Les novices en charpente font pratiquement tous la même erreur, à savoir fixer ces jambes perpendiculairement aux bois obliques et reposant sur le bois de liaison horizontal!
En effet, on pourrais dire qu'il se produit une triangulation secondaire, mais avec ce principe, toutes les forces vont converger vers un même point central, occasionnant une logique d'affaissement général de l ensemble, sans toutefois s'écrouler.
Cette construction dans le temps peut conduire à des déformations de la couverture et des éléments intérieurs.(fig 1-2)

L'aboutissement d'une construction pratiquement indéformable, c'est ce que l'on nomme une "ferme", constituée d'un appareillage de bois d assemblages formant une géométrie pérenne dans le temps!
Ici, les jambes de force sont placées judicieusement de manière à reporter toutes les forces en traction opposées sur l'élément horizontal .
Pour cela, il faut que le poteau central maintenant appelé "poinçon" soit enserré par assemblages aux bois obliques appelés "arbalétriers"; ce principe en effet empêche le poinçon de s'affaisser par compression des coupes des arbalétriers sur celui-ci .
Les jambes supérieures désormais appelées "contrefiches", retiennent le fléchissement des arbalétriers en s'appuyant sur le poinçon, créant ainsi un "étirement" bénéfique de celui-ci. (fig 2 bis)

Si la portée des arbalétriers est plus grande, on applique des "jambes de forces" de leur vrai nom "jambettes" suivant les régions, fixées sous ceux-ci et reposant sur le bois horizontal appelé maintenant "entrait ou tirant", dans une position oblique vers l'extérieur, donnant encore ici une logique d'étirement en opposition.

Cette géométrie ainsi conçue, donne à la triangulation principale 6 triangulations secondaires, annulant toutes les forces mécaniques contenues dans une ferme, ne laissant que la force principale verticale de pression partir au sol depuis les aplombs des murs.(fig 3-4)

En réaction du risque de confusions soulevées par Kentaro, tous les schémas ci-dessous ne sont ici que pour visualiser les principes, leurs physionomies sont non contractuelles!

Notion géométrique ancestrale de charpente

Compte tenu des effets mécaniques et physiques à contrebalancer dans une ferme de charpente, assez rapidement les charpentiers antiques inventeront la ferme triangulée (En l'occurrence la ferme latine par les romains)!
Le principe de base est très simple : il suffit de diviser en 4 parties égales au niveau de l'entrait, et de diviser en 2 parties la hauteur au poinçon.

Cette construction géométrique seule ne suffit pas à rendre "indéformable" une ferme de charpente, il faut lui apporter des positions de bois appropriées, et des assemblages performants!

Le schéma ci-dessous indique les forces en présence dans une triangulation géométrique d'une ferme latine.

Toute la logique physique, mécanique et géométrique de ce chapitre doit être absolument apprise et comprise dans le métier de charpentier,elle sera appliquée de fait tout au long de sa carrière, gage d'un travail bien fait et pérenne dans le temps.

Une charpente est, par définition, un assemblage ou appareillage de plusieurs pièces de bois, dévolues à supporter une toiture, des éléments d'architecture (ex. planchers), des coffrages et moules divers porteurs (maçonnerie et taille de pierre), construction navale ,entre autres.
Nous parlerons essentiellement de bâtits sur sol!
Ici l'ensemble d un ouvrage de charpente destiné à couvrir toute la surface d'un bâtiment se nomme généralement comble!

Il est coutume de visualiser les points généraux majeurs en charpente ainsi que de les nommer avant d'entrer en matière plus technique , et ce pour que les explications futures nous apparaissent plus facilement à l'esprit en trois dimensions!
Pour les personnes déjà expérimentées en menuiserie ou ébénisterie, qui aimeraient découvrir ou appliquer le métier de charpentier, il faut absolument se détacher des automatismes applicables à vos professions respectives , car je le répète ici, même s'il semble y avoir des similitudes, la démarche et la logique de construire une charpente est vraiment singulière.
Un œil exercé saura immédiatement si une charpente a été faite par un professionnel ou non, et pourra même vous dire aisément : "charpente de maçon", "charpente de couvreur" ,"charpente de menuisier ou d'ébéniste" etc!

Charpente traditionnelle simple

Le modèle de charpente traditionnelle dans le plus simple appareil, réside dans la pose d'éléments primaires (pannes et chevrons) sur maçonnerie , d'un mur à l'autre sur un pan (garage ,dépendance, atelier ...).
Ce travail est souvent exécuté directement sur le chantier par les couvreurs ou les maçons!
Pour les apprentis charpentiers et les novices, c'est un exercice intéressant, car il permet de découvrir en visualisant les logiques de sa profession in situ (prise de cotes, taille, pose, finitions, levage/manutention, sécurité, etc.), d'en faire l étude au 1/50 sur un panneau et de produire les premiers calculs (longueurs, surface, portée, débit de bois, etc.). (fig 1)

Sur deux pans, nous sommes sur ce que l'on nomme de la "pannes sur pignons" , c'est-à-dire que les bois portent sur des pignons maçonnés de formes triangulaires: ici les calculs, la taille etc .. se complexifient mais les bois restent principalement monoxyles!(fig 2)

Sur deux pans, mais avec un pignon intérieur intermédiaire maçonné pour agrandir le bâtiment, nécessite déjà de l'expérience; en effet les bois doivent être combinés en plusieurs pièces pour obtenir la longueur nécessaire de couverture.
Toutefois, ce travail peut être exécuté directement sur le chantier car il ne comporte pas de façonnages compliqués qui seraient à faire dans le confort d'un atelier ou l'on a accès facilement aux outillages. (fig 3)

Le bon charpentier préférera toujours, si cela est possible, préparer tous ses bois en atelier (taille, teinte de protection,etc.), et n'avoir que du calage et du clouage à faire sur le chantier!

Sur une charpente viennent s'appuyer différents éléments secondaires:

Ces éléments de second- oeuvre de charpente sont destinés à la finition d'un ouvrage, et servir de supports aux travaux de couvertures futurs.

Les finitions des sorties de chevrons et de pannes (frisette/volige, teinte, bandeaux, planche à chenaux, etc.)
Les travaux de lattages et de sous toiture pour mettre le chantier "hors d'eau" sont généralement dévolus aux couvreurs, mais le charpentier parfois fait le travail basique du couvreur.

La mesure d'une sortie de chevron prise de niveau depuis le mur se nomme "le forget".

Physionomie d'une ferme de charpente

Quand il n'y a pas de pignon intérieur, et que le projet de bâtit doit garder toute sa surface au sol libre, on doit construire une ferme de charpente pour supporter la toiture .
Cette ferme doit être aussi solide mécaniquement que le pignon qu'elle remplace!

Elle est constituée de plusieurs pièces de bois assemblées, que l'on retrouvera pratiquement dans tous les autres types de fermes!
Par contre, plus la complexité de la toiture finale sera, plus la charpente de fait se compliquera et se garnira d'éléments spécifiques que nous découvrirons plus tard!

Tout d'abord, visualisons les détails d une ferme traditionnelle, très commune à une majorité de bâtîts!

Une ferme est construite à la base, d'un entrait sur lequel viennent s'assembler un poinçon vertical et deux arbalétriers, et parfois quand la portée l'exige, des jambes de force ou jambettes.
Entre les arbalétriers et le poinçon, s'assemblent des contrefiches.

Au dessus de la ferme viennent s'appuyer les pannes sablières, pannes intermédiaires ou ventrières avec échantignolles, et une panne faîtière sous laquelle on trouve des liens de faîtage reliés au poinçon .

Enfin, sur le tout, viendront s'appuyer les chevrons et les éléments de toiture et finitions.

Sur l' entrait, on peut trouver des éléments destinés supporter un plancher,soutenir un plafond, ou les deux à la fois constitués de solivettes ou de solives raidies par des étrésillons, selon les cas.

Détails généraux autour d'une ferme

Détails au faîtage : On trouve le lien, c'est-à-dire l'assemblage de la ferme perpendiculairement avec les pannes faîtières, qui produit un enchevêtrement de pièces pensées pour une bonne cohésion de l'ensemble. (fig 1)

Toujours au faîtage, on aperçoit la jonction des chevrons des deux pans de toit!
Il existe plusieurs façons d'effectuer cette liaison que nous découvrirons plus tard!
Le détail nous renseigne que parfois, on installe une planche verticale coincée aux coupes d'aplombs des chevrons pour pouvoir fixer les tuiles faîtières, ou une zinguerie par clouage/vissage.(fig 2)

Détails à l'entrait traditionnel: Nous apercevons le détail d'un étrier métallique destiné à soutenir l'entrait par suspension depuis le poinçon.
Ce dernier a un jeu de 2 cm aux arasements, accentuant les effet de triangulation, surtout en cas de précipitation neigeuses conséquente.(fig 3)

Détails à l entrait moisé: Depuis le début du 19ème siècle, les techniques de sciage des bois et de boulonnerie ont apporté une amélioration majeure dans la conception des fermes de charpente et ainsi agrandissant les champs de possibilités de portées, à savoir le moisage ou moisement !
Le principe est simple mais d'une efficacité remarquable: il consiste à enserrer "en sandwich" entre deux pièces de bois (moises) les pièces verticales ou obliques par compression boulonnée.
Il y a le moisage simple (les moises sont entaillées et les pièces centrales restent à vif) ,et le moisage double, ou ici les moises et les pièces centrales, sont simultanément entaillées.(fig 4)

Détail au pied de ferme: Ici nous découvrons un petit aperçu des éléments secondaires que l'on trouve sur un travail de charpente, ce sont les travaux de finitions des débords et d'égouts.
C'est un vaste champs d'actions qui méritera plus tard un chapitre à part entière dans ce pas à pas! (fig 5)

Ci-joint le lien vers le lexique de charpente Wikipedia qui est assez complet!

fr.wikipedia.o...de_la_charpente

Une précision soulevée par Nicoel, les différentes textures de bois apportées aux dessins d'illustrations, ne sont ici que pour différencier facilement les éléments, le sens du fil du bois logique n'est parfois pas respecté dans le bon sens!

Les différentes physionomies de toitures:

La construction de charpentes s'élabore en fonction d'une multitude critères de toitures différentes.
(Styles architecturaux et régionaux, usage du bâtiment, restauration, design, etc.)

Ci-dessous les principales que l on peu rencontrer!

1/ Toiture cintrée en berceau (à simple courbure convexe)
2/ Toiture à 3 pans (une croupe et deux longs pans)
3/ Toiture à 4 pans (deux croupes et deux longs pans)
4/ Toiture cintrée à simple courbure concave
5/ Toiture à demi-croupe normande
6/ Toiture à demi-croupe, croupe champenoise
7/ Toiture à demi-croupe débordante
8/ Toiture à demi-croupe alsacienne
9/ Toiture pavillon (pyramidale à 4 pans)
10/ Toit terrasse
11/ Toiture papillon
12/ Toiture en L (avec une noue et un arêtier)
13/ Toiture à 2 pans ou 2 versants
14/ Toiture en T (avec 2 noues)
15/ Toiture à double courbure (section de tore avec un rayon de cintrage et deux rayons de giration)
16/ Toit monopente, à pupitre ou en appentis
17/ Toiture shed, à redans partiels ou en dents de scie
18/ Toiture à la Mansart avec terrasson, brisis et ligne de bris
19/ Toiture à coyers ou coyaux
20/ Tourelle conique à base circulaire
21/ Tourelle à pans à base hexagonale
22/ Toiture en dôme ou coupole

Incidences du profil de toiture sur la charpente

Comme nous l'avons vu plus haut, il existe différents profils de toitures: en effet ceux-ci vont forcément agir sur la conception de charpente en fonction du plan architectural (fermes, arêtiers , noues, etc.), d'où la complexité du métier de charpentier!

Ci-dessous, des schémas du comportement de profils en fonction de plans d'architecture les plus courants.

La ferme latine

Ce type de ferme de charpente nous arrive tout droit de l antiquité ,inventée par les romains d ou son appellation ,elle fut l aboutissement de simplicité et de solidité ! Par contre elle est destinée à des combles "perdu" non aménageables.
Composée de triangles qui reprennent toutes flexions , l agencement est fait d un entrait sur lequel s assemblent un poinçon et deux arbalétriers !
Ces derniers enserrent le poinçon au faîtage ,lequel reçois à sa base deux contrefiches reprenant la pression des arbalétriers .

Ce type ne permet pas d aller au delà de 8 m en autoportant de façonnage traditionnel !
Toutefois , en moisant l entrait et en y apportant des éléments en réseau secondaire ,lui permettent des portées plus longues .

la ferme à entrait retroussé

Ce type de ferme peut être agencé en comble habitable par le principe de l entrait retroussé !
En effet celui ci est remonté à la hauteur de dégagement désirée depuis le plancher ,il travaille en tirant comme dans la ferme classique latine .
Ses pieds d arbalétriers sont alors posés sur des semelles ou corbeaux .
Raisonnablement , les arbalétriers dépassants sous la ferme ne doivent pas dépasser le tiers total de leur longueur , après il faut passer en doubles entraits ou blochets .

la ferme à doubles entraits

Ce type de ferme est conçue pour laisser les combles habitable , elle comporte un "Faux entrait" au sommet qui travail en pression , et un entrait tirant à sa base !
Elle est très souvent nantie de jambes de force destinées à soulager la flexion des arbalétriers ,cette construction très équilibrée ne nécessite généralement pas de bois de sections importantes .
La portée des fermes à doubles entraits peut aller de 10 à 12 mètres en taille traditionnelle , toutefois ,si l entrait au plancher est porteur , il est préférable d y apporter un appuis central (mur ou poteau) ,ou de transformer cette ferme en type Palladio (voir plus bas) .
L entrait inférieur , est parfois remplacé par des semelles aux pieds des arbalétriers , ceux ci reliés l un a l autre par un fort tirant métallique caché sous le plancher tout dépend évidemment de l agencement de l habitation) !

La ferme à-la palladio

Ce type de ferme est peu utilisé , et pourtant le principe est efficace , tirant son nom d un architecte italien du XVI eme siecle ,elle est conçue pour supporter par suspensions le plancher sur l entrait inférieur .
A la base c est une ferme à entrait retroussé ,sur lequel on assembles deux bois suspendu au faux entrait et fixés à l entrait inférieur pour endiguer son fléchissement naturel !
Les suspentes peuvent aussi recevoir des contrefiches soulageant ainsi les arbalétrier par un travail d étirement .

Des portées de 16 à 18 mètres sont tolérées grâce au moisement , souvent utilisée naguère pour du bâtiment agricole ou industriel .

La ferme sur blochet

Le type sur blochet sont apparentées au type à entrait retroussé.
La grande différence , c est que les pieds des arbalétriers ne provoques pas de poussées sur les murs ,car ils sont nantis de "blochet" reposant sur le plancher (souvent une dalle de béton de nos jours) .

Ce système fonctionne en deux articulations à la façon d’une ferme posée sur des poteau dont la flexion de l’arbalétrier est reprise par les blochets.

Elle est très utilisée en comble habitable et permet d en tirer des éléments décoratifs apparent si les blochets sont taillés proprement !

La portée de ce type de ferme dépasse rarement les 12 mètres .

Deux conceptions différentes sur l illustration ci dessous !

La Ferme à la Mansart (ou Mansard à cause de la "mansarde")

Jules Hardouin-Mansart qui fut le premier architecte du roi Louis XIV , voulut optimiser les surfaces habitables dans les grandes agglomérations ,devant une demande de logements croissante !
De ce fait il inventa une ferme de charpente de combles aménageables en appartements ,avec des fenêtres ou balconnets facilement intégrable à la toiture.

Ce type de ferme ,est en fait une ferme latine nommée le "terrasson" , montée sur un portique aux poteaux biais nommé "Le brisis" .
La difficulté est de maintenir la cohésion de l ensemble sans toutefois dépasser trop en structures assemblées dans l espace aménageable .

Les portées moyennes sont de 8 mètres sans contreventer outre mesures , mais on peu facilement atteindre les 12 mètres par des contreventements réfléchis!

La ferme boiteuse

Ce type de ferme se nomme quand les pans de toitures on des pentes différentes ,ou que les murs avant et arrière du bâtis sont de niveaux différents.
Par conséquent , les pieds de ferme seront décalés sur des supports différents ,ce qui induit d agencer les bois avec réflexions , les poussées étant asymétriques .
La grande pente du toit doit être inférieur à 70° ou supérieur à 35° , et la petite pente pas moins du minimum DTU des matériaux utilisé en couverture sur le bâtiment .

La Ferme en berceau

Tout droit arrivée du moyen age , on retrouve ce type de ferme surtout dans des ouvrages historiques ou monumentaux!
Le principe fut repris souvent en plus petites taille au début du 20 eme siecle avec les construction en néoclassique à la mode à cette époque (ex Style "Cabourg") .

La ferme en berceau est très intéressante à réaliser ,elle fonctionne par reprise des force jusqu' en verticale des murs par des aisseliers s' arque-boutants sur des jambes de forces ,le tout inscrit à la base dans un arc de cercle en voûte (Principe issu de la taille de pierre) .

Par contre elle nécessite beaucoup de bois ,de préférence en chêne ,donnant des pièces en bois de brin déjà cintrées naturellement par la nature .

Les portées moyennes sont de 8 mètres .

Deux conceptions différentes sur l illustration ci dessous !

La Demi ferme

Comme son nom l indique ce type de ferme ne comporte qu une pente et reçoit qu un seul pan de toiture ,on la retrouve très souvent dans tout types de bâtis ,la plupart du temps hangar , atelier , appentis, auvent ,etc..

Elles peuvent être de très grande taille (12 mètres et plus construction composites) avec des résaux secondaires d appuis .

Le principe est un entrait et un arbalétrier , reliés par une grande contrefiche qui fonctionne comme un second arbalétrier sur l entrait , recréant par la même , un travail d extension tirant ,transformant la force de pression en flexion de la toiture ,en pression d aplomb sur les murs .

Les schémas ci dessus ,ne donnent pas de renseignement en termes de longueurs et sections de bois admissibles , il faut toujours garder à l esprit que chaque projet de charpente est singulier et par conséquent s étudie et se calcule !!

La charpente dite traditionnelle est constituée de divers ensembles de pièces assemblées en un réseau solide et stable dans le temps !
Avant d étudier en détail chaque pièce ,il faut apprendre et comprendre le moyen de les joindre entre elles fermement ,autrement dit , visualiser le large éventail d assemblages courants traditionnels utilisés en charpente !

Notions physiques et mécaniques sur les assemblages

En avant propos , nous allons ici découvrir les notions physiques que doivent subir les assemblages dans la construction bois.
Dans le domaine charpentier ,on doit adapter la taille d un assemblage en fonction de sa destination et pratiquement d instinct professionnel on saura appliquer la meilleur solution solide et pérenne, connaissant les principes physiques auquel ils seront confrontés .
Les contraintes sur les assemblages sont majoritairement exercées sur la surface de liaison des deux pièces de bois que ceux ci relient .

1/ La Compression :

La compression est une contrainte mécanique équivalente à l'action d'une force qui exerce une pression à chaque extrémité d'un corps solide !

les effets sur des assemblages sont principalement : l'écrasement ,l'éclatement, la rupture, le glissement et ripage ,le cisaillement.

2/ La traction ou tension :

La traction, ou tension, est une sollicitation qui consiste à tirer sur une poutre droite. Le contraire de la traction est la compression !

les effets sur des assemblages sont principalement : l arrachement, la rupture, le glissement et ripage ,le cisaillement ,

3/ La torsion : la torsion est la sollicitation subie par un corps soumis à l'action d'un couple de forces opposées agissant dans des plans parallèles et dont l'élément de réduction est un moment de force agissant dans l'axe de la poutre.

les effets sur des assemblages sont principalement: l éclatement ,glissement ,arrachement, écartement.

4/ Les poussées latérales horizontales et verticales :

la poussée dans le cas qui nous intéresse , se traduit par une pression latérale horizontale ou verticale sur les assemblages , d avant en arrière , de droite à gauche ,ou de bas en haut .

les effets sur des assemblages sont principalement: L'éclatement, le basculement, l écartement, le glissement, le cisaillement, l arrachement, la rupture .

Les schémas ci dessous , nous permettrons de visualiser plus facilement plus tard les divers assemblages de charpente ,et leurs physionomie réfléchies ,visant à contrebalancer les effets physiques mécaniques auquel ils sont confrontés.

Assemblage tenon/mortaise

C est l assemblage ancestral par excellence , il est chaque fois présent dans le cadre de la charpenterie traditionnelle ! (fig 1)
Il n est pas à comparer au tenon/mortaise de menuiserie/ébénisterie même s il adopte les mêmes caractéristiques , il sert surtout de liaison, mais il est flottant, et peut être soumis à des contraintes mécaniques sur ses appuis (abouts-arasements) .

Je met ici le lien vers le beau travail d'explication de Maillien Michael !

Le tenon en charpente:

Il fait une épaisseur de 29 mm d épaisseur (tracé à 30 mm (= jauge de charpentier) , mais usiné avec du jeu) et une longueur de 5 mm de moins que sa mortaise ,majoritairement placé en axe du champs de la pièce de bois, il peut contenir un épaulement central en cas de grande longueur d arasement .
ses arasements sont soit parallèles à la pièce de bois , soit nantis d embrèvements pour des raison de renforcement au ripage .
En charpente , le tenon est tracé au piquage avec un désabout de propreté ,qui permet d avoir une arête perpendiculaire de niveau ,même si ce tenon se situe sur du bois gauche faisant varier le parallélisme de ses arasements , tout en évitant d avoir des pointes de bois fragiles .(fig 2)
Il peut comporter un petit épaulement à l arrière , permettant de masquer la mortaise dans des ouvrages vus !(fig 3)
Le trous de cheville se percera après le démontage de l essai à blanc de l assemblage ,et devra être biaisé pour le "chevillage à tire" .

La mortaise en charpente:

Elle fait 30 mm (= jauge de charpentier) d épaisseur pour une profondeur de 100 mm est tracée en axe avec la pièce , dans sa largeur ,les bords sont souvent verticaux (mortaiseuse) , mais on peut aussi biaiser selon la pente de la pièce à assembler (fig 3-4).
La mortaise de charpente , comporte très souvent un embrèvement (à couvert ou découvert selon les cas) qui renforce les contraintes dont il peut être est soumis ! (fig 5)
Dans de très grosses pièces de charpente , l assemblage tenon/mortaise peut être double !
Le trou de cheville est percé avant le montage à blanc ,pour pouvoir ensuite repérer le trou sur le tenon une fois monté à blanc .

La cheville de charpente :

Elle est réalisée dans du bois dur (chêne, robinier) .
Il faut les débiter dans du bois fendu ,ce qui permet d avoir un fil parfaitement droit !
On réalise des carrelets de 18 x 18 mm ,puis on fait un quart de rond toupillé , ou l on fait au rabot des chanfreins afin de la rendre de section octogonale .
Les chevilles doivent être solides pour résister au principe du tire !
A la pose , on trempe les chevilles dans de l huile , puis on les enfonce au marteau sans s arrêter avant d être complètement plantées sinon elles risquent d éclater !

Tenons/mortaises particuliers

Le tenon/mortaise débouchant à clef :

C est un tenon/mortaise surtout destiné à bloquer l assemblage quand il est soumis à une traction , il est plus long à mettre en oeuvre .
Dans le cas ou il serait apparent il est très décoratif !

Le tenon/mortaise "mordane" ou "bec de canard" :

C est un assemblage tenon/mortaise destiné principalement au pièces de plancher (solivage, chevêtre, linçoir) , il permet de renforcer le tenon par ajout de bois par tracé à l arasement supérieur dans sa conception .
Il peut être chevillé dans une mortaise borgne , ou débouchant nantis d une clé .

Le tenons/mortaises "à chaperon" et à "paume" :

C est un assemblage tenon/mortaise qui à la particularité d avoir un (ou les) arasement qui épouse le profil du flache présent sur l arête de la pièce mortaisée ,le tracé se matérialise au piquage , il permet de rectifier l' appuis de l arasement .

A ne pas confondre avec la "paume" :, qui elle est réalisée volontairement pour renforcer un assemblage de solivage.

Le faux tenon :

Le faux tenon est aussi appelé «pigeon». Il permet de relier deux pièces coupées d’onglet ou droites parallèles.
Il peut être débouchant ou borgne, chevillé ou à clefs .

Le tenon dit « "oulice" :

Souvent employé dans les maisons à colombage (Alsace, Normandie, ...) dans le cadre de bois verticaux coupés par un pièce oblique appelée décharge !
les pièces de bois portant un tenon à « oulice» (l’about du tenon est coupé d’équerre par rapport à la face de la pièce et non à l’arasement).
la pièce portant un assemblage à oulice se nomme tournisse il peut y avoir embrèvement !
Cet assemblage est le plus souvent chevillé à "tire" .

Assemblages par embrèvements

Les embrèvements consistent à pratiquer une (ou des) entailles d abouts dans la pièce de bois réceptrice ,pour accueillir l autre pièce taillée en profil inverse ,dans le but de contrebalancer et renforcer les fortes contraintes de cisaillement dues au glissement ,et ripage par compressions (souvent vu entre l'arbalétrier et l'entrait).(fig 1)
La surface qui se trouve devant l about se nomme le talon , il faut que celui ci soit assez long pour contenir la poussée du ripage !

L about est généralement taillé a la bissectrice de l angle des deux pièces sollicitées , par contre souvent les charpentiers le scie d équerre pour gagner du temps .
Personnellement je faisait l about par bissectrice pour les arbalétrier , les autres d équerres .

Ils peuvent etre "a vifs" , boulonnés (vissés ou cloués dans les petit travaux à faibles contrainte (ferme de lucarne)) , bridés métalliquement (fig 5) , ou la plupart du temps associés de tenons/mortaises (voir plus haut) .
L about décalé il est employé généralement quand le talon est insuffisant (fig2).

Quand l about supposé à très peu de talon ou inexistant , on pratique un embrèvement "en gorge" ,qui permet d avoir la même force mécanique d appuis (fig 3).

On utilise les embrèvements doubles en gorge et en about lorsque les assemblages sont très sollicités (fig 4).

L embrèvement couvert, est entaillé à l empreinte du repos (travaux apparents) ,et l embrèvement découvert , est façonné à la scie d une face à l autre par gain de temps (dans les combles perdu ou greniers) .
On les trouvent souvent dans les poinçons .(fig 1-2)

En gorge à pleine section, on l'utilise généralement pour une pente de toit inférieure à 45% en tête d’arbalétrier (ce qui donne un effet queue d aronde) .

En about on utilise généralement pour une pente de toit supérieure à 45° en tête d’arbalétrier. (fig 3)

Les assemblages par entures

C est l assemblage ou la liaison de deux pièces de bois linéairement .

Les entures de compressions :

Elles servent à joindre deux pièces en verticale d aplomb , on les retrouves le plus souvent en restauration par rapport à des poteaux .
L enture la plus banale , est simplement usinée de deux coupes d équerre reposant l une sur l autre ,et tenues par des moises boulonnées ou clouées .
Dans des travaux de monuments historiques ou apparents en habitations , on pratique par quartiers mi-bois , ou enture de compression oblique à mi-bois ,plus compliqués mais plus esthétiques (fig 1) !

Les entures de continuités :

Elles servent généralement à joindre des pièces de bois horizontales passantes (pannes) , ces assemblages doivent être placés en repos (murs , sol , poinçon, etc ..) car ils consistent surtout à produire plus de surface aux liaisons de pièces , sauf dans le cas de l enture à trait de Jupiter qui peut être dans certains cas placée au dessus du vide (fig 2).

L enture de continuité à mi-bois :

On la trouve souvent dans les liaison de sablières en repos sur les murs et de fausses sorties de pannes .

L enture de continuité à sifflet et à sifflet désabouté :

Elles sont généralement utilisées pour les pièces passantes (sablières sur poteaux, les pannes, les faîtages et les chevrons).

L enture à trait de Jupiter :

Emblématique assemblage de charpentier , son nom viens de sa forme en éclair de foudre , il est rarement utilisé mais toujours très esthétique en plus de reprendre les efforts de tension !
On l utilise en restauration de monuments historiques généralement .

Les assemblages à queues d arondes ,par enfourchements et à mi bois

Les assemblages par queues d arondes :

Ils sont destinés a des liaisons travaillant en tension ou en traction , ils peuvent être entures ou en perpendiculaire .(fig 1)

Les assemblages par enfourchements :

Ils sont destinés dans certains cas à des assemblages verticaux , linéaires , ou horizontaux (fig 1) .

Les assemblages à mi-bois :

On les retrouves souvent dans le colombage et le solivage (fig 2)

le moisement ou moisage

Le principe est bien connu en charpente , il consiste à jumeler deux pièces appelées "moises" enserrant une troisième ,le tout étant boulonné .
Cet appareillage est très résistant , et pratiquement toujours utilisé pour les grands entraits ,entraits retroussé , et les blochet .
Le principe révolutionna le domaine de la charpente depuis la fin du 18 eme siècle par l arrivée des sciages mécaniques et de la boulonnerie .
Attention des entailles mal considérées peuvent diminuer la résistance de la pièce ! il faudra veiller à l étude de bien agencer la structure .
La profondeur des entailles de boisage est généralement de 15 mm (lame de mètre pliant comme jauge) .

Le moisement lisse :

Le principe réside en ce que les pièces de bois sont simplement enserrées par un boulon les traversant , celui ci recevant toute la force de cisaillement .
Il doit être utilisé que dans le cadre de liaisons sans contraintes majeures (fortement déconseillé dans le treillage mécanique d une ferme) .(fig 1)

Le moisement à une entaille :

Le principe étant que les pièces passantes entre les moises ,sont plaquées dans une entaille recevant leurs profil à vif ,puis le tout traversé par des boulons de serrage , le résultat quand il est pratiqué de façon réfléchie sur les bonnes pièces est d une remarquable résistance aux compressions tout en sollicitant minimement le boulon au cisaillement .(fig 2)

Le moisement à double entailles :

C est le même principe que ci dessus , sauf que les bois passants sont eux même entaillés , leurs attribuant ainsi des arasements qui accentuent un peu plus le contrebalancement des contraintes . (fig 3)

Le double moisement :

Quand cela est nécessaire et possible , le principe fait que toute la surface de coupe d un arbalétrier peu reposer sur un mur , tout en conservant une entaille en désabout , et la possibilité d un double boulonnage . (fig 4)

Les poteaux moisés :

Comme le nom l indique , il s agit de poteaux constitués d un assemblage linéaire moisé , ils sont très solides est résistants ,
Le principe est d enserrer des entretoises de fil vertical ,et de boulonner le tout , ils sont très décoratifs en intérieur dans le style industriel à la mode en ces temps .
En extérieur , ils ne doivent servir que pour des bâtis de préférence démontables ou provisoires (ex .stand, moules support pour tailleur de pierre) , car ils sont sensibles aux intempéries (fig 5).

Les divers renforts d assemblages de charpente et les liaison métalliques

Eléments divers :

Il s agit de tout éléments bois ou métalliques visant à renforcer les assemblages ou faisant obstacles aux assemblages de pièces parallèles en friction , certains sont dévolus à la restauration ou à la modification de charpentes .
Pour en citer quelques uns , comme les étriers ,les boulons (de charpentes) ,les flasques (moises ou fers plat), les crampons (clefs en bois traversantes), les brides , équerre entaillées etc .... (fig 1).

Les assemblages par connecteurs métalliques :

Tout droit venu D Amérique il y a quelques décennies , les agents de liaisons préfabriqués métalliques ont fait leurs preuves, mais ne sont pas très aimés des charpentiers en général ,car ils ont un peu fait de l ombre à leur profession .
On appelle dans le métier ,de la "charpente de meccano" , c est très pratique mais peu esthétique !

Ils sont solides et résistant si ils sont bien considérés à leurs usages , et à condition que les supports auxquels ils sont fixés soient porteurs bien évidemment !! (fig 2-3)

ci dessous le lien des liaisons les plus utilisées

simpson.fr/products

Ici des liens intéressant d ingénierie et calculs sur les assemblages de charpentes .ip51.icomos.or...assemblages.pdf
codifab.fr/sit...ls_dec_2015.pdf

La charpente dite traditionnelle 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 tandis que les contrefiches, les jambes de force, diagonales et potelets forment le réseau secondaire d’une ferme.
Puis viennent les pièces passantes ,sablières sur poteaux, les pannes, les faîtages, et enfin le chevronnage .

Nous allons présenter chacune d elles et leurs diverses conceptions , pour de la charpente traditionnelle de base !
Certaines pièces nouvelles seront abordées dans le cadre de l arêtier (ex pièces d enrayure) ou de travaux particuliers .

Une règle d'or à respecter toujours, c'est de placer logiquement tout ce qui est poteaux ou poinçons verticalement dans le sens de pousse de l'arbre d'ou il proviens !

Ci dessous , une très belle charpente de auvent sur poteau parfaitement conçue et réalisée ,qui nous permet de visualiser presque toutes les pièces que nous allons détailler .

Notions physiques et mécaniques dans les pièces de charpente

Nous avons présenté plus haut les forces en présences dans les assemblages , ici elles sont les mêmes mais appliquées au pièces de bois en elles même !
Il faut évidemment les assimiler pour pouvoir se poser les bonnes questions dans une réalisation !

Le contrebalancement des effets seront détaillés dans un prochain chapitre lié à l étude et calculs sur une charpente .

La compression :

En charpente , deux critères Généraux nous intéresse :

la compression axiale (linéaire) sur une pièce (ex poteaux, jambes de force, ...) et perpendiculaire ou transversale sur une pièce en appuis (ex une solive, pannes, chevrons, ...)!
La compression axiale , va avoir tendance à éclater (fentes) ou plier (flambement) jusqu à la rupture une pièce sous la charge en fonction du fil du bois ,par exemple un poteau sous dimensionné (fig 1).

La compression perpendiculaire ou transversale , vas elle faire fléchir, rompre ou basculer une pièce , par exemple une solive ou un chevron sous dimensionné ou mal positionné (fig 3) .

La traction ou tension :

C est le contraire de la compression ! En charpente , deux critères Généraux nous intéresse :

La traction axiale linéaire , dans l absolu risque de rompre la pièce !
Une pièce saine ,ne rompra jamais en charpente , les capacités mécaniques en traction du bois sont énormes , par contre une pièce qui contiendrait des défauts du bois majeurs (gros nœuds, fil tranché, pourrissement, etc ..) ou des assemblages trop invasifs ,peuvent crées des faiblesses en amorce de rupture , par exemple sur un entrait (fig 2) .

La traction perpendiculaire ou transversale ,qui commet les mêmes effets que pour la compression perpendiculaire ou transversale (fig 3) .

La flexion et le fluage :

La flexion en charpente dont les causes sont expliquées ci dessus , amène à une déformation sensible sur des pièces comme les solives ,pannes, chevrons , etc ... , qui tend à les cintrer mécaniquement dans le même sens que les charges qui leurs sont appliquées (fig 4) .

la corde, représente l arête de la pièce droite initiale .
La flèche, représente la plus grande distance qui s éloigne de la corde initiale .
L arc, représente la courbure provoquée par le fléchissement .

Le fluage en charpente, est l action des charges sur une pièce pendant une durée prolongée, accentuant la déformation par flexion .

Un bois sec chargé se déformera moins qu un bois chargé humide !
Par exemple un solivage posé sec ou l on entrepose des matériaux lourds pendant un an , auras tendance a reprendre sa place !
Par contre si le solivage était en bois "vert", au bout d un mois avec la même charge de matériaux entreposés , il gardera une grande partie de la déformation de flexion auquel il aura été soumis!

Enfin dans la flexion d un porte à faux ou console , la déformation se fait sur l appuis du support en étirant les fibres au dessus de la pièce et comprimant les fibres au dessous .
Les effets sont la flexion en bascule jusqu à la rupture .

La torsion :

Il est rare en charpente de retrouver cette contrainte mécanique à évaluer sur les bois de conception d un ouvrage (ex un arbre de moulin à vent ou de roue hydraulique ) .
Par contre , il y a souvent torsion et gauchement naturel des pièces , qu il faudra agencer en considération du défaut (risques de déformations sur la structure , ou d affaiblissement d assemblages, de repos) (fig 5) .

Le glissement (cisaillement) :

En charpente ,ce qui nous intéresse, c est le glissement de deux pièces de bois l une par rapport à l autre quand une seules de leurs faces respectives sont alignées !

L effet donné par compression ou traction se nomme le cisaillement (lames de ciseaux) linéaire et perpendiculaire aux fibres , c est le cas par exemple dans le moisage lisse ,ou le travail au cisaillement peut être important et dommageable . (fig 6)

Nous allons maintenant détailler chaque pièces présentes dans une charpente depuis le sol jusqu au faîtage !

Nous étudierons : Sa définition, sa situation et sa fonction, ses contraintes , ses conceptions et assemblages ,dans le but de bien les connaitre , ce qui nous permettra plus tard de comprendre quels calculs et études nous devrons appliquer sur chacune !

Les poteaux, piliers, colonnes, potelets

Les poteaux et assimilés sont très peu abordés dans tout ce qu j ai put chercher sur le web , il s avère que c est une partie très complexe et que peux osent s y aventurer !
Je vais donc essayer de développer le sujet pour que les lecteurs puissent se poser les bonnes questions dans leurs projets .

En charpente , un poteau est une pièce de bois en position verticale de forte section carrée sur laquelle se concentre tout ou parties des forces de descente de charges depuis son sommet jusqu au sol .

Un poteau de section rectangulaire allongée ou assemblé se nomme un pilier .
un poteau de section circulaire se nomme une colonne .
un poteau de section carrée ou approchant s appelle aussi poutre .
un poteau court de section carrée, rectangulaire ,circulaire, se nomme potelet ou chandelle .

La force auquel il est majoritairement confronté est la compression .

Ci dessous quelques exemples .

Situations et fonctions générales des poteaux de charpente

Les poteaux de auvents :

Ce sont les plus connus, ils sont présents dans tous les travaux de charpentes donnant sur l extérieur "au vent" (halles, lavoirs, auvents, car-ports préau, appentis, etc ...) !
Ces poteaux doivent affronter les intempéries , c est pour cela que l on cherche toujours à les isoler du contact avec le sol , et il est préférables de les façonner en chêne .
Ils sont toujours assemblés avec les fermes dont ils reprennent les charges, et avec les sablières passantes, le tout généralement contreventés .

Les poteaux centraux :

On les trouvent généralement au centre des fermes de grandes portées, servant même parfois de poinçon !
Leurs fonctions sont surtout de soulager l entrait de ferme quand il doit supporter un solivage important (granges, bâtiments industriel ou collectif, etc ...) . On peu le dissimuler facilement dans du cloisonnement intérieur .

Les poteaux de soutènements :

Comme le nom l indiquent ils servent à soutenir généralement des entraits ou des pièces horizontales recevant une charge .

Les demi-poteaux :

Comme le nom l indique, se sont des poteaux de section rectangulaire , les petits cotés de valeur d un demi de la face .
Ils sont placés contre un mur ,pour soulager celui ci de la pression du pied de ferme ou soulager les bois du pied de ferme ! (souvent utilisé en restauration ) .

Les poteaux de colombages :

Ils sont placés comme porteurs dans l assemblage des éléments de murs à colombages (Alsace, Normandie, etc ...) , ils restent apparent en extérieurs, le poteau placé à l angle d un bâtis se nomme "poteau cornier" .

Les poteaux biais (Mansart) :

Ils sont présent dans les charpentes de types Mansart, ou ils ont un double emploi !
Ils supportent la charpente du terrasson en portique , et ils accueillent les pannes et chevrons du brisis .
La pente d un poteau biais Mansart accuse une pente entre 60° et 80° ,donné par l arc de cercle divisé du tracé initial d un comble mansardé entre le terrasson et le brisis .

Les poteaux jambages :

Ils sont destinés aux assemblages de façade des lucarnes et autres baies placées dans la toiture !

Les potelets :

Ce sont des très petits poteaux , destinés à supporter des pièces de bois horizontales comme la double sablière de coyaux, ou en demi potelet pour servir de liaison dans les blochets !

Les contraintes des poteaux de charpente

La résistance mécanique :

En premier lieu, un poteau de charpente doit être récepteur d une grande quantité de pression due au poids de la portion de toiture qui lui est destiné.
C est ce que l on appelle sa part de" descente de charge" que nous approfondirons concrètement plus tard !

Pour le situer un poteau dans un ouvrage ,sa résistance doit être égale ou de préférence supérieur en fonction de sa section, de sa longueur, de l'essence ,défauts du bois, auxquels s ajoutent des notions de physiques comme des coefficient d articulation (comment est il fixé) , de flambement (un poteau sous dimensionné ,ploie sous la charge +/- par rapport à sa longueur ).

La compression se calcule normalement en décanewton qui est l unité de force .
On a la chance d avoir le kilogramme force (kgf) à peu prés équivalent au décanewton
( 1 daN = 1,02 kgf ) ce qui simplifie un peu notre travail ,étant habitué à compter en kg et tonnes .

Dimensionnement des poteaux :

Hors calculs de bureaux d études pour des ouvrages du génie civil et les calculs très précis et assez compliqués, la partie qui nous intéresse ici ce sont les capacités attribuées aux poteaux et colonnes dans des ouvrages lambdas en charpenterie traditionnelle !

Deux catégorie de poteaux nous seront utiles , les poteaux et assimilés courts "trapus" (potelets) et les poteaux assimilés "longs"!

1/ les poteaux et colonnes courts (trapus ou potelets) , sont de sections carrées ou parallélépipédiques ,voir en colonnes de sections circulaires ou polygonales qui ont pour longueur un maximum de 5 x la longueur la plus grande de leurs sections, ou 1/4 de leurs circonférences ou facettes .
Leurs résistances mécaniques à la compression en charpente sont très grande ,car elles ne comportent pratiquement pas de "flambement" .

Exemples : Un poteau trapus de section 20 cm x 20 cm = longueur maximum =1 mètre . Un poteau de section 20 cm x 15 cm = longueur maximum 1 mètre . Une colonne de diamètre 20 cm = longueur maximum (20 cm x 3.14 /4) x 5 = 75 cm . Une colonne octogonale depuis un une section carrée = (total des largeurs de facettes/4) x 5

2/ Les poteaux longs et assimilés (colonne ou pilier) sont arbitrairement ce qui dépasse un potelet, avec des sensibilités au flambement ,qui vont générer des baisses capacités de compression .
On considère en général que le flambement doit être pris en compte à partir du moment ou la longueur d un poteau et assimilés dépassent de 10 fois la plus grande longueur de la section !

Exemples : Un poteau long de section 20 cm x 20 cm = longueur maximum sans flambement significatif =2 mètres
. Un poteau de section 20 cm x 15 cm = longueur maximum sans flambement significatif 2 mètres . Une colonne de diamètre 20 cm = longueur maximum sans flambement significatif (20 cm x 3.14 /4) x 10 = 1,57 mètres . Une colonne octogonale depuis un une section carrée = (total des largeurs de facettes/4) x 10

Ci dessous deux liens vers les eurocodes en vigueur ,pour les méthodes et formules de calculs techniques des poteaux et flambements !

geniecvl.com/c...omprimees-cb71/
geniecvl.com/i...materiau-suite/

Parfois il faut calculer un poteau ,ne serai ce que pour valider sa solidité dans un ouvrage de charpente .
Toutefois il est très rare d avoir à le faire de façon très techniques avec les formules adéquat dans un projet lambda car le bois a des capacités extrêmes, et que les cas ou il dépasserait plus de 35% de la charge admissible son rares !
De plus les cas que j'ai découvert au cours de ma vie professionnelle ,étaient surtout des erreurs de jugements ou de personnes Étrangères au métier de charpentier .

Exemple : Soit une charpente de auvent en chêne sur 4 poteaux de 4 mètres parfaitement répartit de 20 x 20 cm contreventés et articulés (fixé au pied et à la tète).
La vue en plan de la toiture est 9 mètres coté fermes et 8 mètres coté pannes (maxi en massif débords compris) en deux pans, accuse un poids total de descente de charge de +/-15 tonnes !
(fermes + pannes/chevrons + tuiles , lattes , sous-toiture ,et voliges de charges permanentes) + (charges temporaires ( climatiques, neige) et d exploitation (poids d une personne de 80 kg) )) au mètre carré x surface des deux pans additionnés .

15 tonnes / 4 poteaux = 3,75 t = on arrondit à 4 tonnes supportées par chacun des poteaux pour sécurité supplémentaire .

la charge admissible du chêne catégorie moyenne est de 136 bars
1 bars = 1 kg/f au cm2 , donc le chêne accepte avant rupture en bois de bout 136 kg de pression au cm 2 .

Nos poteaux on une section de 20 cm x 20 cm = 400 cm 2
Donc charge admissible maximum 400 cm2 x 136 = 54400 kg = 54,4 tonnes théoriques .

En atelier hors bureau d étude , il existe une astuce pour voir si nos poteaux sont compatibles sans flambements .(Ceci n est qu une estimation très générale sur poteaux de section carrée) .
On calcule un élancement arbitraire géométrique !
Pour cela, on estime qu'il n y a pas de risque de flambement à prendre en compte, à partir du moment ou le ratio longueur du poteau et sa section ne dépasse pas 35 .

1/ Dans notre exemple 400 cm (longueur de poteau) / 20 cm = 20

20 étant inférieur à 35 , il n'y a aucuns de risque de flambement

2/ Avec un poteau de 15 cm x 15 cm d une hauteur de 8 mètres = 800 cm / 15 cm = 53,33

53,33 étant supérieur à 35 , il y aura du flambement à contrebalancer , ou augmenter les sections .

Pour notre auvent , un poteau de 20 cm x 20 cm d une auteur de 4 mètres est très largement suffisant !

Sauf que des coefficients de réduction viennent diminuer cette capacité (articulation, élancement ,flambement ,assemblages , densité des bois , défauts etc ...) et la liste est longue .
Il ne faut pas que la charge réelle d un poteau soit en moyenne supérieur à plus de 35% de la capacité maximum calculée de la pièce de bois dont il est constitué .

Pour des travaux lambda on peut évaluer logiquement le travail d'un poteau sans avoir à passer par un bureau d 'étude !

Notre poteau évalué plus haut reçoit un poids de travail de 4 tonnes , et sachant que la valeur théorique de notre poteau 20 cm x 20 cm chêne en charge maximum admissible théorique est de 54.4 tonnes , le ratio de travail utilisé dans ce poteau n est que de (4T x 100%) / 54,4T = 7,35% , ce qui est dérisoire .

2/ Imaginons un cas illogique :
un poteau chêne de 10 cm x 10 cm x 5 m qui ne supporterais que 136 x 100 cm2 = 13,6 tonnes théoriques admissibles.

500 cm / 10 cm = 50 , cela dépasse les 35 donc flambement élevé avéré !! la section ne conviens pas .

(4T x 100%) /13,6T = 29,41 % de sollicitation .

ici on prendrais d énormes risques, le poteau ploierais sous la charge et finirait par céder !

3/ Évaluons la section de poteau minimum sans flambement :

(400 cm2 x 35 %) / 100 % = 140 soit une section de 14 cm x 14 cm minimum pour 4 mètres sans flambement

Charge admissible théorique 196 x (14 cm x 14 cm ) = 31,3 t

(4T x 100%) / 31,3 T = 12,7 % de sollicitation , ce qui est acceptable , par contre les appuis des assemblages , charge au vent , et autres paramètres seront eux aussi à évaluer .
Dans ce dernier cas un charpentier ne prendra pas de risques , et passera directement à des poteaux de 20 cm x 20 cm .

Enfin , dans le cadre d une étude d un projet , le plan papier ou le dessin 3d logiciel, nous démontrera visuellement si un poteau est logique ou pas dans son ensemble !
Un poteau doit être au final équilibré , voir sur évaluer si des charges futurs pourraient lui être apportées (ex solivage chargé d un atelier en plus de la couverture)
Un poteau sous évalué , sera visuellement dans le dessin pas adapté et les estimations plus haut le confirmeront !.

Si des charpentiers pros ici étaient en possessions de abaques de poteaux tout calculés récentes ou de fichier excel de calcul , j aimerais si c est possible avoir les exemples ci dessus en réel calculés pour visualiser les différences entre réel et approximations d atelier !

A chaque ouvrages de charpente son poteau !

Le but de ce pas à pas je le rappelle ici est de se poser les bonnes questions ,et d intégrer des bases de charpentes utiles dans les projets particuliers .
Le dimensionnement des poteaux est une question récurrente sur les forums , ci dessous nous allons explorer celui ci sur quelques exemples courants .
Les charpentiers adaptent les sections de poteaux à leurs ouvrages en fonction des bois standards 8 x 8 cm jusquu à 30 x 30 cm , ou ils doivent faire un débit sur liste si des configurations spéciales le demandent .

Les poteaux de 8 x 8 cm à 10 x 10 cm :

Ces sections de poteaux légers sont surtout pour des menus ouvrages du types pergolas , auvents , bûchers ,poulaillers , petite remises ou cabanes de jardin , tonnelles ,etc ..

Il faut qu il soient un minimum contreventés ,et ne doivent pas accueillir des matériaux de couvertures lourds .

Il faut veiller à bien les fixer au sol (isolé du sol) pour que des bourrasques de vents ne viennent pas abattre les constructions .

une longueur de poteau de 2.50 m doit être un maximum .

Les poteaux de 12 x 12 cm à 15 x 15 cm :

Ici nous arrivons à des poteaux d ouvrages accueillant une couverture fixe ,solide , légère .
Si il y a des tuiles , ce ne peut etre que pour des ouvrages de peu de surface .

Auvents accolés , terrasses couvertes, cars port ,abris de piscines , chalets de jardin , cabanes d enfants etc ..

Des longueurs de poteaux de 3 mètres sont possibles , et plus si accolés et fixés aux murs !
Ils doivent bien sur être contrevventés traditionnellement et articulés (assemblés) en téte et au pied (isolé du sol)

Les poteaux de 15 x 15 cm à 20 x 20 cm :

Ce sont les plus utilisés en charpentes , ils permettent de réaliser des travaux conséquents ! Ils sont destinés aux projets contenant une couverture traditionnelle sur une grande surface de toiture , (voir à supporter des aménagements de charpentes intérieurs (mezzanines , reprises d escaliers, etc ...)).

Auvents, préaux ,habitats à ossatures bois ,ateliers , petits hangars , garage , etc ...

Ils doivent obligatoirement être fixés solidement au sol ,(isoler du sol si placés en extérieurs) ,et être solidement articulés (assemblés) en tète , et comporter un contreventement en fonction .

Les poteaux de 20 x 20 cm et plus :

Ici on arrive dans le monumental , l industriel , ou le design architectural !

On doit par conséquent ici généralement faire des études et calculs techniques , au moins pour vérifier les structures .

Les configurations de poteaux ,piliers et autres que standards

Les piliers assemblés :

Dans des ouvrages qui sortent du traditionnel ,pour des raisons design architecturaux ou génie civil,les éléments porteurs sont parfois assemblés de plusieurs pièces de bois ou "moulés" en lamellé collés .
Ces éléments sont alors à étudier et à calculer en particulier (Photos 1-2-3).

Les colonnes carrées ,circulaires ,sculptée :

Ce sont à la base des poteaux , que l on façonnent sur des critères antiques pour des monuments ou de la décoration particulière.
Pour le calcul ,on part d un poteau carré ,auquel il conviens d ajouter parfois le bois en plus pour le façonnage .(Photos 4-5-6) .

Notions d articulations des poteaux

Il existe une quantité de moyens de lier les poteaux en tète et au sol , ci dessous les plus communs qui peuvent être déclinés suivant les besoins et les ouvrages (Schémas ci dessous 1-2)

Enfin un élément porteur ne doit jamais être en contact direct avec le sol ,surtout en extérieur , les deux exemples ci dessous (3-4) le prouvent .

En charpente intérieur , au sol le poteau doit être minimum fixé sur une semelle en bois dur (ex poteau de mezzanine) ou fixés avec un dé en pierre ou béton (il faut que eux même , acceptent la même charges que les poteaux vont leurs communiquer ) pour des éléments très porteurs .

A suivre , les entraits

L'entrait (ou tirant)

En terme de charpente c' est un élément d une ferme.
L entrait est une pièce de bois horizontale qui sert à réunir les arbalétriers et qui est posée à ses extrémités sur les murs extérieurs ou poteaux .
L'entrait sert à empêcher l'écartement des arbalétriers, il travaille à la traction et représente la pièce principale qui régit l équilibre des poussées obliques de la toiture les transformants en appuis verticaux ,évitant ainsi le basculement des murs vers l extérieur .

Il est appelé aussi très souvent un tirant , définissant par son seul nom sa fonction .

Situations et fonctions générales des entraits de charpente

L'entrait traditionnel :

C est le plus connus ,il se présente en une seule pièce de bois ,qui peut être forte suivant la portée , il est assemblé par tenons/mortaises associées à des embrèvements .
Il peut être autoporteur d un solivage jusque à 8 mètres à condition de le munir d un étrier à la liaison flottante au poinçon et associé à de plus fortes sections .
A plus de 8 mètres de portée , il est souhaitable qu il y ait un mur ou un poteau central de soutènement en cas de solivage porteur .

L'entrait moisé :

Très utilisé de nos jours , il permet de jumeler l entrait en deux pièces appelées moises , celles ci sont entaillées pour recevoir le poinçon, les arbalétriers et réseaux secondaires ,puis boulonnés .
Il est autoporteur jusqu à +/- 8 mètres en fonction de la destination du solivage , au delà il est préférable qu il y ait un soutien central .
Ici le poinçon n est pas flottant il est boulonné et sert de suspente . Si il est situé dans une ferme à double entrait de grande portée , on peut lui ajouter des suspentes pour le soutenir en cas de solivage depuis le faux entrait (Ferme à la Palladio) .

L’entrait retroussé ou relevé :

Il constitue pas la base du triangle de la ferme, mais il est placé un plus haut sur les arbalétriers !
C est surtout le cas quand il faut ménager un passage sous combles . Dans ce cas il peut etre assemblé par tenons/mortaises traditionnels ou le plus souvent moisé de nos jours .
Il travaille en tirant ,sauf que les pieds d arbalétriers sont un peu plus bas sur blochets ,corbeaux ou sur des semelles .

Le faux entrait :

Il est présent sur les fermes à doubles entraits ou sur blochets , il est assemblé moisé en haut de ferme comme l entrait retroussé ,reprenant les arbalétriers ainsi que le poinçon , sauf qu il travaille en compression .
Dans certains cas ,il permet de supprimer le poinçon (ex fermes à très faible pentes) .

Le tirant métallique :

Il se présente sous forme de câbles, de tiges métallique de fort diamètre ou de fers plats , repris en direct aux pieds d arbalétriers ou associé à des étriers .
Sa fonction est de s émanciper d un entrait traditionnel et être donc moins invasif ou caché dans l architecture tout en assurant le travail en traction entre les arbalétriers.
Quant il est apparent , il peut être associe à une "aiguille" suspendue depuis le poinçon pour retenir son fléchissement .

Le demi entrait :

Présent surtout dans les auvents adossé à un mur et les demi fermes d arêtiers ou fermes de croupe , il travaille aussi en tirant grâce à l agencement réfléchi des contrefiches et jambes de forces .
On peut le tailler en une pièce traditionnelle ou le moiser .

Les petits entraits :

On les situent principalement dans le cas de petite fermes de croupe "a l Alsacienne" ou dans les lucarnes .
Ils sont rarement en force de travail tirant ,mais on leurs apportes des petits arbalétriers depuis le poinçon pour les soulager .

Les contraintes et dimensionnement des entraits de charpente

La résistance mécanique :

L entrait est souvent de grande dimension dans une charpente, de plus il reprend tout le poids de la descente de charge de la toiture pour transformer la compression oblique générée en compression verticale sur les murs ou poteaux ,ce qui en fait un élément à ne surtout pas négliger dans le choix qualitatif du bois ,de sa section , des assemblages aux pieds d arbalétriers et poinçon .
Comme nous l avons déjà cité plus haut ,un entrait travaille à la traction , donc sa résistance mécanique en ce sens doit être supérieure aux poids des forces auquel il est contraint !
De plus il doit supporter le fléchissement de son propre poids en plus d éventuels solivages qui lui sont apposés .

Hors bureau d étude , les charpentiers connaissent d instinct la forte résistance en traction du bois "saint" d un entrait (minimum égale en section aux arbalétriers), ils sont généralement plus attachés à ce que cet entrait va supporter dans le temps.

Je m explique : Un entrait dans l architecture suivant l endroit ou il se trouvera placé , doit souvent en plus de son travail initial être porteur un solivage de plafond ,un solivage de plancher , ou les deux réunis !
Donc les bonnes questions que les charpentiers se posent sont surtout sa résistance en flexion en le considérant comme une grosse solive !

Nota : nous étudierons le calcul approfondis des solivages dans l étude de charpentes.

La force de traction se calcule normalement en décanewton qui est l unité de force .
On a la chance d avoir le kilogramme force (kgf) à peu prés équivalent au décanewton
( 1 daN = 1,02 kgf ) ce qui simplifie un peu notre travail ,étant habitué à compter en kg et tonnes .

les résineux en moyenne résiste en traction à +/- 180 kg par cm2
le chêne en moyenne résiste en traction à +/- 200 kg par cm2

En théorie , un entrait de section 22cm x 10 cm résiste à (22 x 10) x 180 = 39,6 tonnes maximum de traction pour du résineux et (22 x 10) x 200 = 44 tonnes maximum de traction pour du chêne .
Sachant que pour une ferme chargée lambda il arrive par les deux arbalétriers environ +/- 15 tonnes de traction ,la marge est grande .
Raisonnablement , les charpentiers augmentent leurs sections ou moisent dès qu'il y a dépassement de plus 50% de l admissible !

Dimensionnement des entraits :

1/ Pour une ferme latine traditionnelle en comble perdu (Fig 1) , on considère que l entrait (muni d un étrier au poinçon ) jusqu à 8 mètres maximum de portée doit être égal ou supérieur (si besoin) en section aux arbalétriers ! (ex . des arbalétriers de 22 cm x 10 cm ,l entrait 22cm x 10 cm) , car il n accueillera qu un solivage léger pour soutenir le plafond dessous et un plancher léger de service dessus (ramonage ,couvreur, ...)
L entrait soulagé par l étrier fixé au poinçon donne en fait l équivalent de deux solives de portée de 4 mètres .
Enfin, si cet entrait doit être chargé (remise, atelier,etc...) on augmente sa section ou on moise ,et on lui ajoute des jambes de force ou poteaux dessous !
Pour un entrait retroussé moisé ,on applique les mêmes règles .

2/ Pour une ferme à deux entraits en combles aménageables (Fig 2) , il y a un "faux entrait" qui triangule la partie haute ,et un entrait en partie basse qui travaille en traction .
Ce dernier est souvent de grande longueur (jusqu à 12 mètres), pour cette raison traditionnellement en une pièce , on augmente sa section du double des entraits (en cm2) ,et il doit être soutenu par un poteau ou un mur (parfois décalé en fonction des besoins) pourvu que la longueur entre deux points d appuis n excède pas 5 mètres .
Si toutefois on désire un libre accès libre sous la ferme , il faut lui ajouter des suspentes bois ou métalliques reprisent en dessous du faux entrait .
De nos jours , l entrait est moisé ce qui double automatiquement sa résistance ,mais on doit néanmoins respecter les point d appuis à 5 mètres maximum et augmenter les sections et le réseau secondaire (poteaux , jambes de forces ,murs ) en fonction de charges supplémentaires non domestiques .
Les suspentes Palladio (peux connues) sont très peut utilisées malgré leurs grandes qualités de raidissement et la facilités d assemblages aux moises (queues d arondes).

3/ Pour une demi ferme (fig 3) l entrait traditionnel en combles perdus (libre ou solivettes plus plafond) doit être équivalent en section à son arbalétrier ,et ne pas dépasser une portée de 5 mètres .
Si toutefois on doit le charger , il faut augmenter la section ou le moiser (voire installer un réseau secondaire poteaux ou jambes de forces) .
Jusqu à 12 mètres de portée , il doit être moisé , les sections augmentées (non porteur) , et enfin si il doit être chargé , la règle des 5 mètres entre appuis s applique par poteaux , murs , jambes ,etc ...

4/ Les tirants métalliques (fig 4) ,sont utilisés souvent en cas de modification de ferme de charpente ,principalement pour éliminer un entrait entier ou partiellement quand celui ci gène à l agencement habitable .
Ils sont en tiges métalliques , câbles , fers plats , solidement ancrés aux extrémités (plaques , sabots , etrier ,etc ...) .
Le boulonnage se fait aux extrémités , ou central suivant les besoins .
Le dimensionnement se calcul alors en rapport avec l exercice de traction aux pieds des arbalétriers .
Suivant ou on les place , ils peuvent être cachés dans le plancher , ou apparents pour des effet design .
Evidemment on ne les charges pas et parfois on leurs ajoutes des aiguilles depuis le poinçon pour éviter la flexion !!!
Pour des tes grandes fermes (portée 12 mètres), on utilise des diamètres de tiges allant jusqu à de 40 mm de diamètre , deux câbles jumelés de 20 mm de diamètre , ou deux fers plats boulonnés de 80 x 10 mm qui peuvent aussi servir à renforcer un entrait "fatigué" .

Si l entrait recoupé était en portée libre , il faut ajouter un poteau , un blochet ou un murs sous les parties restantes en plus du tirant métallique !

5/ Les petits entraits (fig 5) , pour croupes ou lucarnes sont réalisés avec des bois similaires aux pannes ,ils sont solides du fait de leurs courtes longueur ,mais on leur ajoutes généralement de petits arbalétriers cloués pour soutenir l équerrage et rejeter un peu la compression d aplomb vers les porteurs .

L illustration (fig 6) donne un petit résumé en image de dimensionnements lambda valable en un ou deux pans pour vos projets (plus que 12 mètres on passe en lamellé collés généralement) !

Les schémas ci dessous sont sans réseaux secondaires pour la lisibilité !

A chaque ouvrages de charpente son entrait !

1/ Les tout petits entraits ou en sections très fines peuvent être placé dans des cabanes ,remises de jardin ,etc ...!
On peut les assembler par vissage avec un petit embrèvement si on charge un peu le toit (couverture hors tuiles) .
Le principe d agencement des pièces reste le même que pour des gros ouvrage .
chevrons ou solivettes peuvent être utilisées sans jamais dépasser 2.50 mètres environ .
On peut s amuser en moisant et faire de jolis effet (cabane de "princesse") . (fig 1)

2/ Les entraits en porte à faux , doivent être étudiés avant de les placer dans un ouvrages , mais ils donnent de beaux résultats dans des ouvrages apparents .
On peut avoir à mettre un entrait en porte à faux dans une habitations ,dans ce cas , il faut faire coïncider la jambe de force avec le mur .(fig 2)

3/ Les entraits en lamellés collés , apportent de la solidité pour de très grandes longueurs , ils sont aussi utilisés (sur évalués) pour de la déco design (fig 3) .

4/ Les entraits en rondins bruts , sont utilisés souvent ou le résineux est rois (alpages , Vosges ,etc ...), ils demandent plus de temps à tailler car il faut tabletter les arasements d assemblages .
Leurs calculs de sections sont basés sur les surfaces circulaires évidemment !(fig 4)

5/ Les entraits en bois anciens de réemplois ,doivent être choisis judicieusement ,et scrutés pour détecter les défauts du bois cachés .
Un bois qui a cintré par flexion longue (fluage) , ne doit jamais être retourné ! (fig 5)

6/ Les entraits de tourelles , sont "noyés dans l enrayure , un seul est traversant , les autres viennent s assembler au poinçon et aux "goussets" .(fig 6)

A suivre , les arbalétriers

L’arbalétrier

Un arbalétrier est la pièce maîtresse de bois entrant dans la composition de la ferme de toiture ou de comble. Les arbalétriers donnent l'inclinaison, la pente du toit et supportent la couverture comme les pannes sur lesquelles sont appliqués les chevrons.
L'arbalétrier s'assemble à sa partie supérieure dans le poinçon, à sa partie inférieure dans l'entrait.

Son nom vient de sa forme en arbalète.

L’arbalétrier représente la pièce de charpente ancestrale par excellence, du fait de sa position oblique destinée à recevoir une couverture à l image des perches d un tipi amérindien .
Les anciens ont très vite compris l utilité d assembler les pieds d arbalétrier dans un tirant et un poinçon au sommet pour assurer une triangulation solide .
Apres, semble t il plusieurs expérimentations techniques aux cours des siècles en passant d une logique de "chevrons arbalétriers" (fig 1) peu espacés pour arriver de nos jours à des pièces qui assurent la solidité et pérennité d une charpente en en faisant des éléments sans contraintes grâce aux fonctions réfléchies du réseau secondaire avec un minimum de matière (fig 2) .

Assimilées aux arbalétriers , il y a les noues et les arêtiers qui sont assimilés à des arbalétriers recevant les pannes en creux , parfois montés en demi ferme ou en ferme .(fig 3)

Dam
Bonjour, sur la figure 3, au fond c'est un arêtier que l'on aperçoit et non un arbalétrier, de fonction réciproque a la noue (angle saillant <=> rentrant)

Erreur de ma part sur la photo 3 ,il faut lire arêtier et non arbalétrier , excuser la confusion !

Situations et fonctions générales des arbalétriers de charpente

L arbalétrier commun :

Il est présent dans la plupart des charpentes lambda (latines) , il est assemblé au poinçon et à l entrait, il reçoit les pannes sur échantignoles sur son champ du dessus ou en liernes contre ses faces .

L arbalétrier avec entrait retroussé :

Il est similaire au précédent ,sauf que son pied est placé plus bas que l entrait sur un blochet ou une semelle.

L arbalétrier avec double entrait :

Il a la particularité de trianguler et de supporter le sommet d une grande ferme grâce au faux entrait , son pied étant lui assemblé dans l entrait ou un blochet .

Le sous arbalétrier ou double arbalétrier :

C est un arbalétrier assemblé contre l arbalétrier principal , ayant la fonction de soulager ce dernier et il évite ainsi l encombrement d un aisselier et d une jambe de force !
Il part du pied jusqu au faux entrait .

L arbalétrier de auvent (un pan) :

Il est seul sur poteaux avec jambes de force ou assemblé dans un demi entrait .

L arbalétrier autoporteur :

Généralement c est une simple pièce de bois oblique destinée à soulager des pannes longues , ou porteur constitué de bois composite (ex lamellé collé)
Parfait pour laisser un espace complètement libre , mais il doit être calculé avec soin !

"L arbalétrier" d arêtier :

Il est similaire aux autres , sauf qu il faut le tracer par art du trait pour déterminer ses mesures et son usinage.
On le trouve dans les croupes ou dans les kiosques et tourelles .
Il peut être classique avec des échantignoles et pannes reposant sur lui ,ou être taillé plus large avec un délardement ,les chevrons venant en coupes biaises clouées contre lui .
On nomme généralement seulement arêtier !!

Les chevrons-arbalétriers :

Méthode ancestrale qui consiste à réaliser plusieurs fermes peu espacées appelées autrefois ""les charpentes à « chevrons-portant-fermes »"" , leurs arbalétriers servant de chevronnage et de coyaux s il y a lieu .
Le principe fut largement repris pour la conception des fermettes dont leurs arbalétriers font aussi chevronnage .
On les perçoit aussi très souvent dans les clochers ou les tourelles .

Les arbalétriers de décharges :

On les retrouves dans les colombages ,ou les très petites fermes (croupe alsacienne ou lucarnes) , ils servent surtout à soulager et contreventer les poinçons ou potelets .

Les noues :

La noue de charpente est souvent assemblée sur un entrait et un poinçon pour former une demi ferme de noue où elle est analogue à un arêtier .

Les contraintes et dimensionnement des arbalétriers de charpente

Cette section va être assez courte , car les arbalétriers contemporains sont déchargés de la majorité des contraintes ,encore faut il qu ils soient assemblés judicieusement !

Partant du principe que les fermes de charpentes sont abouties , les arbalétriers se dimensionnent en fonction des pannes , cela permet d avoir le maximum de sections identiques dans la commande des bois .

Les arbalétriers de fermes d arêtiers et de noues , se dimensionnent au dessin d étude par art du trait en fonction de délardements ou sur-largeur pour rattraper l épaisseur des chevrons .

Quand un arbalétrier est trop "fin" en terme de section , on peut palier au sous dimensionnement en lui ajoutant un double arbalétrier pris au pied de ferme jusqu au faux entrait .

Les chevrons arbalétriers , en fonction de la tourelle ou du brisis d un comble à la Mansart , il faut faire un rapport logique en fonction de leurs longueurs ,leur sections et leurs inclinaisons .
Ex : des chevrons arbalétriers d une tourelle entre deux points d appuis espacés de 2 mètres , nous prendrons des chevrons de 8/12 cm pour une pente supérieur à 60 ° ou 6/15 a moins de 60° .
Le point de charge se calculera en portée de chevrons ou de solivage pour les ouvrages à faible pente .

Ci dessous , des schémas illustrant les positions maintenues sans contraintes majeures des arbalétriers .

A chaque ouvrage de charpente son/ses arbalétriers !

1/ Les arbalétriers de fermes anciennes :

Elles sont souvent tirés directement d un arbre in situ , c est pour cela que fréquemment on les aperçois très souvent "tordus" !
Les anciens tirait partit des bois cintrés naturellement (charpente en courbes) , ou plaçaient volontairement les bois les plus déformés en arbalétriers, car ils avaient compris que cette pièce n a "peu de contrainte" et demande que peu de points d appuis (échantignoles/pannes)!
Ils plaçaient leurs bois sur l épure en fonction des appuis utiles , puis piquaient le reste du tracé ou le bois emmène les assemblages .

Il faut tout de même respecter quelques règles en cas d ouvrages avec du bois ancien de réemplois , il ne faut jamais retourner un bois flué (fluage), et essayer au mieux de mettre en miroir deux bois "tordus" assez similaires dans une ferme , car en effet ,les arbalétrier doivent être au même niveau sur le poinçon en tète pour faire leur travail de pression correctement sans déséquilibre (fig 1) .

Il arrive parfois , que l on aperçoive un arbalétrier ou les anciens on tirés partit d un embranchement pour faire l échantignole dans la masse (fig 2) !

Quand les bois d arbalétriers sont assez larges (en plus de la largeur de panne requise au dimensionnement ) , on peut entailler les pannes au lieu de placer des échantignoles (fig 3) .

2/ Les Arbalétriers anciens autoporteurs :

Ce type "charpente à la Philibert Delorme (Architecte (1510-1570)" , on à mes yeux une saveur particulière , un sentiment de jeu de construction d enfance .

Cet Architecte , a crée en son temps un système appelé charpente à petits bois , conçues à base de pièces courtes cintrées et jumelées ensembles avec joints alternés , puis reliées en liernes et clavettes .
Ces arbalétriers supportent ensuite les voliges où sont accrochées ou clouées les ardoises ou bardeaux .
On peut aussi l intégrer dans une ferme classique .
Il est remis au gout du jours à notre époque a cause du design particulier qui le caractérise et en fait de beaux ouvrages contemporains très appréciés !
Mécaniquement à l heure actuelle , il est possible facilement de concevoir en série les pièces en dérivés du bois (contreplaqué marine) depuis la création d une niche pour le chien jusqu à son habitat .

Je pressent que cela va donner des idées aux boiseux qui ne connaissent pas !

google.fr/sear...344&bih=734

3/ Les arbalétriers autoporteurs contemporains :

Ils sont généralement souvent issus de la technique du lamellé collé , on peut acheter des poutres toutes faites de plusieurs sections , ou faire faire par une entreprise spécialisée son projet .

Il serait aventureux de créer soit même sa charpente (pièces cintrées) , les techniques étant très avancées pour les gros ouvrages !

Les arbalétriers de ce genre , travaillent par leur seule force mécanique , c est pour cela qu il faut calculer leurs dimensionnements correctement. (fig 5-6)

4/ Les doubles arbalétriers :

Ils sont une alternative intéressante pour palier au manque de rigidité d une pièces faible en dimensionnement , elle peu servir aussi à éviter des pièces de renfort trop invasives dans les combles (jambes de forces) .
Enfin le principe peu servir a renforcer des arbalétriers "fatigués" !
ils doivent être contre l arbalétrier principal, ou minimum en parallèle de celui ci et contre-calé avec (fig 7)
!
Le principe en double arbalétrier est repris ponctuellement dans des grandes fermes industrielles pour supporter des grandes surfaces de toitures (ex : Supermarchés , hangars agricole , etc ...)

5/ Les arbalétriers d arêtiers ( et noues) :

Ils peuvent être taillés de plusieurs manières !

Les arbalétriers que l on voient souvent , ont une grande largeur pour pouvoir prendre les pannes sur ses faces ,plus une sur-largeur pour rattraper les chevrons !
Cela demande de grosses sections de bois à la base , mais on peut aussi contrebalancer cet inconvénient en assemblant en double arbalétriers (fig 8).
Nous pouvons aussi faire des arbalétriers d arêtiers égaux aux fermes droites , en y appliquant des échantignoles taillées en fonction du logement de rencontre des pannes .
Ce système sert aussi dans le cas des noues ou de pannes cintrées !(fig 9)

6/ ""les charpentes à « chevrons-portant-fermes »"" :

Ils sont principalement utilisés de nos jours dans les tourelles ou les clochers , ici les arbalétriers se trouvent rapprochés servant de lattis directement sur leurs champs .(fig 10)
Ce principe a été repris de façon contemporaine dans les charpente industrielle types fermettes . (fig 11)

Le poinçon

Pièce verticale d'une ferme, qui reçoit les deux arbalétriers et s'assemble au milieu de l'entrait. (Larousse)

Le poinçon de charpente tire son origine des poteaux ancestraux que l on a couper afin de libérer la surface d habitat .
Le poinçon est généralement de forte section carrée auquel viennent s assembler les autres éléments de la charpente (ferme , faîtage ,arêtiers , etc ...).
Il doit être assez solide pour travailler en tirant ,ou en compression suivant les cas , de plus accueillir divers assemblages en son sein (mortaises , entailles , boulonnages ,etc ...).

Cette pièce est présente dans une grande majorité des fermes de charpente ,faisant la liaison de l ensemble des éléments de structure principale !
Parfois le poinçon n est pas nécessaire dans certains cas comme des fermes avec très peu de pentes ,ou il serait par conséquent très réduit .

Il y a aussi des types de fermes régionales ,anciennes ou exotiques (ex les fermes crush ou cruck) ,ou les poinçons ne sont pas présent , mais on adoptés une taille particulière tout aussi solide .

Dimensionnement des poinçons :

Les poinçons , sont souvent de sections carrées en 15 x 15, 20 x 20, 25 x 25 centimètres , mais ils peuvent être de section rectangulaires dans le cas de fermes ne dépassant pas 8 mètres de portée , ou on les débite au minimum dans les même sections que les entraits et arbalétriers .
Ou encore dans le cas des demi fermes pour les accoler aux murs (fig 2).

A chaque ouvrage de charpente son poinçon !

1/ Les poinçons poteaux :

Ils servent de poinçons classiques , mais descendent jusque sol ,on les trouvent dans les très grands ouvrages généralement pour soutenir parfois plusieurs étages depuis les combles (fig 1) .
Parfois de nos jours , on en place certains pour éviter des scellements ou des assemblages trop coûteux en temps , c est moins chronophage mais moins pratique ou esthétique dans l agencement des surfaces !
Pour ce dernier cas , les bons charpentiers les évitent ,ils sont gages de méthodes pas très professionnelles !

2/ Les poinçons communs anciens :

Ceux ci ne sont plus à présenter, ils sont assemblés par tenons et mortaises dans l entrait monoxyle . Parfois chevillés (fortement déconseillé quand il travaille en tirant ) , ou avec le tenon dépassant nanti d une clef ,ou enfin avec étrier métallique (fg 2).

3/ Les poinçons suspendus :

On en aperçoit surtout dans les tourelles ou toitures en arêtiers peux pentues , ou il peut être débarrassé de l entrait car il travaille en tirant ,mais en plus il est tenus latéralement par les directions opposées des arbalétriers et contrefiches sur ses 4 cotés !
Dans des monument historiques ,il en existe de magnifiquement ouvragés et sculptés (fig 3) .

4/ Les poinçons en enrayure :

Ils sont similaires aux précédents sauf qu il sont nantis d entraits enrayés à leurs bases .(fig 4)

5/ Les demi poinçons :

On les percois dans les demi fermes ou les consoles , ils sont rectangulaires de sections et accolés au parois .(fig 5)

6/ Les autres poinçons :

Ce sont tous les bois verticaux destinés à recevoir une logique d entrait et d arbalétriers , comme les fermettes et les très petites fermes (lucarnes, croupes Alsacienne , etc ...)(fig 6)

a suivre contrefiches et jambes de force

Contrefiches ,liens, aisseliers jambes, goussets

Maintenant que nous connaissons la composition du triangle de base de charpente (Entrait arbalétrier poinçon) ,nous allons découvrir le réseau secondaire, servant à renforcer, soulager, contreventer, ou soutenir un ouvrage de charpente.
En effet, le triangle d une ferme ne suffit pas toujours à assurer la stabilité et pérennité de l ensemble.

Les charpentiers ont au cours des siècles, ajouter des pièces réfléchies aux endroits stratégiques en toutes logiques!

Dans le langage d un atelier à l autre, ou régionalement, les dénominations de ces pièces peuvent être interprétées différemment, tout en sachant que les charpentiers savent toujours à quoi ils ont à faire !!
Le nom de base est la contrefiche, mais on mélange souvent bras, jambe, lien, aisselier, gousset, ect.
Le point commun est que ces pièces placées en obliques relient chaque fois deux pièces d un réseau primaire et/ou passant ensembles.

La définition du Larousse de la contrefiche n est pas plus précise :

Dans une ferme de charpente, lien entre l'arbalétrier et le poinçon, au droit d'une panne.
Lien de contreventement.
Barre diagonale dans un panneau de poutre en treillis.
Étai oblique.
Synonyme de jambe de force.

Nous allons plus bas essayer de caractériser un peu plus précisément les différences entres ces pièces !

ci dessous quelques exemples d illustrations de présentations .

Situations et fonctions générales des Contrefiches, liens, aisseliers, jambes, goussets de charpente

1/La contrefiche ou fiche :

La contrefiche est à la base est une pièce de charpente placée obliquement, pour soulager ou renforcer d’autres pièces, soumises à des compressions, flexion, tensions, etc, qui pourraient être déformées ou rompues .
Actuellement, la contrefiche (ou fiche) nommée reste surtout la pièce placée dans l'assemblage d une ferme reliant obliquement le poinçon à l arbalétrier, assurant à la fois la rigidité de ce dernier face au poids de la toiture et la mise en tension du poinçon qui assurera un travail d équilibre des forces de la ferme en étant placée en miroir avec une autre contrefiche.
Elle peut être seule dans le cas d une demi ferme, et assemblée à l'entrait pour produire un travail de tirant sur l'entrait depuis l arbalétrier.

2/ L aisselier :.

L'aisselier nomme une pièce de charpente oblique autour de 45° ou isocèle, droite ou courbe, qui relie généralement dans une ferme le faux entrait et l arbalétrier, servant à les soutenir, les consolider ou les soulager.
Il sert aussi à rigidifier la liaison D'angle, et à empêcher l’écartement de deux pièces assemblées .
Placé de bout contre un second aisselier lui même placé en jambe de force sur un corbeau, ils forment tut deux un berceau, ce qui préserve l'espace sous les combles tout en apportant une grande solidité à la ferme .
L'aisselier peut être placé sous un arbalétrier jusqu'au poteau ou un corbeau dans le cas par exemple d'une demi fermes sans entrait.

3/ Bras de force et/ou jambe de force :
Bras ou jambe représente la même pièce, sauf que certains charpentiers nomment la jambe de force tous bois placé au pied d une ferme destiné à recevoir l appuis total complet d une pièce sur une semelle vers le sol (dans un blochet par exemple, et un bras de force la pièce qui recevra tout l appuis d une pièce sur une autre pièce placée hors sol (exemple dans un poteau ou un corbeau (ex. console)).

4/ la jambette :

C est une petite jambe (appelée aussi potelet parfois) de force placée dans une ferme entre l arbalétrier et l' entrait destinée à recevoir en soulagement qu une "petite portion" de force à l'emplacement d'une panne au pied de ferme .

5/ le gousset :

Le gousset est une pièce générique posée horizontalement destinée à contreventer une charpente à l'intersections d entraits multiples (tourelle (enrayure) , ferme d arêtier, etc ...) .
Ce sont des bois de même sections que les entraits qui peuvent aussi avoir une double fonction en recevant en plus un entrait d'arêtier appelé "coyer".
Un gousset peut être placé aussi dans l'angle entre un entrait et une panne sablière sur poteau pour libérer la place qu un lien pourrais gêner (ex . porte de garage dans auvent)

Tous ces éléments ont une utilité mécanique véritable et peuvent produire des effet décoratif (cintrés , sculptés , tournés , multipliés , sur-dimensionnés etc ...) ) dans une charpente apparente , en aucun cas ils ne doivent être diminués ou détournés de leurs fonctions première.
Nous pouvons aisément mettre des liens postiches dans le cadre de décoration intérieure ,mais ne jamais en supprimer pour les même raisons !

Les contraintes et dimensionnements des éléments secondaires

Tous les éléments énumérés ci dessus , sont installés pour reprendre et redistribuer diverses forces, et pour cela ils se taillent chacun d une façon réfléchie pour apporter le maximum d efficacité tout en restant simple à installer en situation !
Leurs assemblages doivent être facilement démontables et re-montables sur le chantier, solides et pérennes !
Nous allons détailler les principes de bases pour les imaginer dans la réalité .

Contraintes et dimensionnement des fiches ou contrefiches :

Les contrefiches travaillent en pression depuis les arbalétriers sur le poinçon ,c est ce qui fait l équilibre parfait des forces dans une ferme .

Les règles a respecter sont :

1/ Les contrefiches doivent être assemblées toujours de façon à produire un travail de compression depuis les arbalétriers sur le poinçon ,demi-poinçon, ou sur l entrait pour que ces derniers "annulent" les forces en produisant un travail de traction ! (fig 1).

2/ Les assemblages de contrefiches doivent être en embrèvements des que l arasement est en dessous d un angle de 60° .(fig 2)

3/ Les assemblages de contrefiches, doivent être par tenons et mortaises et chevillés à tire traditionnellement , mais peuvent être liés par tires-fonds ou boulonnés pourvus que leurs appuis soient taillé en embrèvements !(fig 3-4-5-6)

4/ La section d une contrefiche doit être de la même épaisseur que son arbalétrier , et ne doit pas être inférieure en largeur à la moitié de celui ci !
Exemple : un arbalétrier de 22 x 10 cm = 11 x 10 cm minimum de section pour la contrefiche .

Contraintes et dimensionnements des aisseliers :

les aisseliers sont placés dans l alignement de la ferme , ils travaillent tantôt en compressions (ex dans un berceau) , tantôt à l arrachement (ex seul entre un faux entrait et l arbalétrier) , ou encore comme lien de contreventement (ex entre un arbalétrier sans entrait et un poteau) (fig 1) !

Les règles à respecter sont :

1/ Les aisseliers ,sont assemblés majoritairement par tenons et mortaises chevillés , il faut toujours ajouter des embrèvements , sauf en cas d aisseliers travaillant à l arrachement (ex entre un faux entrait et un arbalétrier traditionnel ) ou la liaison classique suffit à faire le travail .

2/ Un aisselier doivt toujours être placé à 45° ou de façon isocèle avec les deux pièces qu il relie, lui représentant la base du triangle .

3/ En cas de chantournement ou de dédoublement , sa section doit toujours être au minimum de la moitié de la sections des bois reliés .
Exemple : pour un arbalétrier et entrait de 22 x 10 cm de section , l aisselier doit être de minimum 11 x 10 cm quand il est droit , et on doit pouvoir tracer cette largeur dans la courbe d un aisselier cintré depuis les arasements . (fig 2)

Pour les bois en cintre naturel , leur largeur ne doit pas être en dessous de la moitié de la section de l arbalétrier et de l entrait .

Contraintes et dimensionnements des jambe ou bras de force :

Les jambes ou bras de force , travaillent exclusivement en compression, considérant que ceux ci reprennent majoritairement toute une part de descente de charge ,qu ils déchargent à leurs tours sur/dans les murs ou au sol !!

Les règles à respecter sont :

1/ Elles/Ils sont stratégiquement placés et toujours à plus de 45° pour avoir le maximum d efficacité, avec un minimum d encombrement .
Quand ils sont courbes , il est préférable de les débiter dans des pièces d origines au fil cintré naturel .
On peu leur placer une jambette pour retenir leurs flexions éventuelles .

2/ Leurs sections doivent être +/- égale au bois qu ils soutiennent, y compris dans le cas de jambes courbes , ou leur largeur de fil non tranché doit être aussi +/- égale .

3/ Les jambe de forces doivent être obligatoirement faite d assemblages ou de liaison associées à de l embrèvement (fortes charges) !
Quant il s'agit de jambes de forces "postiches" pour de la décoration , elles doivent être au moins solidement fixées dans le cas ou elles pourraient servir d accroches pour des suspensions domestiques !
Dans le doute toujours verifier leur utilité de base .

4/ Elles/ils doivent être toujours débitées dans du bois de qualité sans défauts ou vices majeurs !

5/ Ces éléments doivent toujours porter sur une semelle ou un corbeau ,car sur sol ou dans un mur ,ils peuvent être dégradés par l humidité , il vaut mieux avoir à changer la semelle ou le corbeau que changer la jambe !
Une semelle ou un corbeau ont aussi pour but d'agrandir la surface d appuis !

Contraintes et dimensionnements des lien de contreventement :

Les liens de contreventements ont pour fonction de tenir la cohésion des angles aux intersections de pièces d une charpente, il est rare qu un lien ait à supporter du poids mais il peut y aider dans certains cas ou il faut les dimensionner.
Les liens travaillent principalement à l arrachement , et en compression sur les assemblages .

Les règles à respecter sont :

1/ Les liens se posent de préférence dans une logique de 45° ou isocèle à la réunion de deux éléments pour maintenir leur équerrage !(fig 1)

2/ Les liens peuvent être fixés en simple coupe vissée pour de petits ouvrages non porteurs (pergola , cabane ou appentis à toiture légère ,etc ).

3/ Dans les ouvrages de charpente traditionnels , les assemblages doivent être à tenon/mortaise chevillés à tire , voire renforcés par embrèvements ou encore entaillés à l ancienne avec une logique de queue d aronde !

4/ Les conditions de dimensionnement des bois droits ou cintrés est similaire aux aisseliers .

5/ Les liens de contreventement ne sont jamais postiches , ils doivent être remplacés par un gousset ou tout autres moyens de contreventer si on doit les supprimer .

Les liens de contreventements sont souvent apparents , il faut les tailler avec soins pour avoir une belle esthétique finale d un ensemble , des liens mal taillés, mal placés ,mal assemblés expriment toujours un sentiment d insécurité par le visuel !

Contraintes et dimensionnements des goussets :

Hors metier de charpentiers à part entière , cette pièce est assez mal connue des gens !! Par contre , bien conçues, elles contreventent parfaitement un ouvrage, sans gêner outres mesures le passage au droit des pièces réunies .

Ils travaillent à l arrachement aux niveaux des assemblages , mais doivent aussi travailler au cisaillement par pression quand ils soutiennent une ferme d arêtier !

On trouve un/des goussets principalement dans les charpentes qui comportent des arêtiers , en effet ils servent de liens, et en plus souvent de liaison pour les "coyers" (entrait dans une demi ferme d arêtier) afin de préserver l intégrité du poinçon !
Quand il y en a plusieurs réunis autour d un poinçon , ils assemblent l enrayure (arêtiers multiples, tourelle).

Ils se placent aussi aux angles de auvents pour remplacer le lien dans le cas d un passage de porte ou de baie vitrée par exemples .

Les règles à respecter sont :

1/ Le gousset doit être de même section de préférence à l entrait quand il reçoit un coyer ,on peut aussi les faire double en jumelant deux pièces !

2/ Les goussets sont assemblés traditionnellement par tenons et mortaise chevillés à tire ou avec une clef .
Ils peuvent être vissés quand ils ne font que contreventer un ouvrage de seconde zone !
On peut aussi les assembler par entailles en queues d aronde pour faire obstacle à l arrachement si les sections de bois le permettent .

3/ Les assemblages doivent être pensés suivant la destination d un gousset et facilement assemblables sur le chantier !

4/ Des que possible , on peut renforcer les assemblages par boulonnage .

Contraintes et dimensionnements des jambettes ou potelet :

Ici les contraintes sont seulement de reprendre une "toute petite" quantité de compression, destinées surtout à rigidifier ou soulager un ensemble !

Les règles à respecter sont :

1/ les jambettes n ont pas nécessité d être avec embrèvements , par contre si elles sont taillées dans le cadre de rénovation avec impossibilité d assemblage traditionnel , il est préférable de les embrever avant de les visser ou boulonner !

2/ Il faut les dimensionner en fonction de leur utilité .

3/ Si une grande compression leurs arrivent ( au pied d une ferme par exemple) il est préférable de leurs adjoindre une jambe sous l appuis de celle ci (ex avec blochet) !

Autres systemes de contreventements et de renforcement

Bracon ou écharpe :

Pièce de bois oblique qui relie le poteau ou l arbalétrier à une panne pour en diminuer la portée et apporter du contreventement de l'ouvrage.
Il peut aussi être placé entre les pannes pour contreventer et servir d anti déversement de celles ci (fig 1).

Chaînage :

Pièce de bois longue fixée sur une série d éléments alignés (ex fermettes, panneau ossatures , coyaux etc ...) afin de les réunir linéairement (fig 2).

Colombage :

Les constructions à colombage sont bien connues , leurs pans de murs étant un treillage réfléchis de toutes les pièces de force et de contreventements réunies dans un seul plan ,puis comblées (fig 3).

Croix de St.André :

Croix de bois reliant deux éléments verticaux ou horizontaux destinés à contreventer (ex double faîtage) (fig 4)

Contreventement plein ou "voile travaillant" :

volige ou panneaux servant à assurer la stabilité d'un ouvrage par fixation de surface (ne doit en aucun cas constituer le contreventement principal !!) .(fig 5)

Diaphragme ou plancher travaillant :

C est le concept que le solivage soit contreventé car il sert lui même de contreventement horizontal dans son ensemble ( étage de maison a ossature bois ou tenues de murs maçonnés ) .(fig 6)

a suivre ..........

Pannes, chevrons, volige et solivage

Nous avons découvert plus haut la physionomie des fermes de charpentes, nous allons aborder le reste de l ossature Générale d une charpente !
Pour que celle ci soit complète , il faut relier les murs et/ou les fermes avec ce que l on nomment des éléments "passants", à savoir des pannes qui ont pour fonction de recevoir les éléments de couvertures finaux , donc le poids de ceux ci !

En charpente traditionnelle , en appuis sur la ferme ou/et les murs , généralement nous posons les pannes , puis les chevrons , ensuite il y aura parfois voligeage ,sous toiture, lattage, puis tuiles; enfin le charpentier peut avoir à installer des solivages pour plancher, plafonds, ou les deux à la fois .

Ci dessous un visuel de rappel lambda de la position des pièces in situ .

Situations et fonctions générales des Pannes, chevrons, voliges et solivages

1/Les pannes :

Ce sont des pièces droites parfois en parties courbes (charpente circulaire) de sections assez importantes destinées à recevoir la surface entière d une couverture !
Les pannes se placent en divisions sur ou contre un arbalétrier d un pan de toiture avant de recevoir des chevrons (fig 1) .
Elles sont nommées depuis l arase du mur ou la base d un pan comme Panne "sablière" , pannes intermédiaires ou "ventrières" , et panne "faîtière" .
Elles sont placées d aplomb ou en devers maintenues par des pièces de bois fixées sur les arbalétriers appelées "chantignoles ou échantignolles ou encore échantignoles" (fig 2) .
Elle peuvent être aussi en "lierne" ,c est à dire contre l arbalétrier .
Dans tous les cas les pannes sont souvent le point faible de la charpente traditionnelle et doivent être dimensionnées avec soin.
Traditionnellement, elles reçoivent toujours des chevrons perpendiculairement fixés sur leurs champs supérieurs en devers et/ou en délardement quand elles sont d aplomb, notamment pour les sablières et faîtières et parfois intermédiaires .
Les pannes sont parfois posées seules sans chevrons, recevant elles même directement la couverture sur leurs champs (ex: bacs acier ou Panneaux sandwich isolants).

2/ Les chevrons :

Ils sont chaque fois présents dans une charpente traditionnelle! Ils servent de support aux éléments de couverture et sont posés perpendiculairement aux pannes dans le sens de la pente .
ils sont placés parallèlement les uns des autres avec un écartement réguliers entre 40 et 60 cm en fonction du type de couverture .
Ils se clouent ou se vissent sur les pannes depuis la sablière jusqu au faîtage .
placés en dehors des murs rampant Ils se nomment "chevrons de rives", leurs dépassement du mur à l'arase se nomme le "forgets" .

3/ Les empannons et noulets :

Ce sont tous les chevrons avec coupes biaises à rechercher pour s’appuyer sur une noue ou un arêtier (fig 3)

4/ Le voligeage :

Ce sont tout les éléments jointifs en bois ou dérivés qui surfacent la toiture après le chevronnage , par esthétique en sous oeuvre, ou destiné à soutenir et fixer des élément couvrant (tuile canal, ardoise, tavaillons, taules ,etc.) (fig 4)

5/ Les solivages :

Ce sont Les pièces droites et horizontales généralement sur deux appuis aux murs ou/et aux fermes .Elles ont pour fonctions de supporter un plancher, soutenir un plafond ou les deux à la fois (fig 5).
Pour éviter le déversement il faut les entretoiser avec des "étresillons"(fig 6) .
Elles s’appuient sur de la maçonnerie de préférence pour les planchers, sur les fermes mais dans ce dernier cas plutôt pour supporter un plafond.

Les contraintes et dimensionnements des éléments passants, chevronnages, voligeages, et solivages

C est ici, surtout sur les pannes et les chevrons ,ainsi que sur le solivage que les questionnements aux dimensionnements se posent souvent sur les forums pour les autoentrepreneurs non professionnels de constructions en bois !
En effet ce sont généralement ces éléments qui avec le temps fléchissent est provoquent les déformations inesthétiques, voir dangereuses sur les toitures ou les planchers s'ils sont incorrectement calculés .

Ce chapitre, essayera de clarifier les diverses situations !

Avant de détailler chaque composants contraints, il faut apprendre à calculer le poids de couverture au mètre carré !
En effet la masse d'une toiture est composée d éléments physiques permanents (Bois passants , chevrons , lattage et/ou voligeage et revêtement étanche (tuiles , ardoises, taules ,etc.) parfois de plafonds et isolations en combles (ex laine de verre et placoplatre) , ainsi que d éléments ponctuels à prendre en comptes :
Effets climatiques (vents, neige) et passage de services (poids d un homme) , .

Nous reviendrons plus en détails sur des calculs précis quand nous aborderons un chapitre de l étude de charpente projet!

Le poids d une couverture

Il est important de faire ici cette parenthèses pour la compréhension de la suite de ce pas à pas !

Pour calculer le poids total d une couverture , nous prenons d habitude toute la surface couverte + le poids des fermes ,pour savoir par exemple le poids total de charge arrivant sur des poteaux !
Ici nous ne calculerons que la "surface portée libre" (à l intérieur des murs) puisque nous voulons pouvoir dimensionner les pannes et chevrons, sachant que les débords seraient neutres .

Nota : Les pressions je le rappelle ici se calculent normalement en DAN/m2 (déca Newton) , mais nous avons la chance que le DAN/m2 soit pratiquement égal au kg/m2 se qui nous facilite la tache !

Exemple : Soit une habitation de 15 x 9 mètres charpente sapin en deux pans (88,8 % pente) de couverture tuilées avec combles aménagés sur deux fermes (isolation + plafond suspendu placoplatre) en zone moyenne de neige et vents (fig 1) .

1/ Poids des bois passants et chevronnages :

Les pannes et les chevrons sont les premiers éléments en charges permanentes à considérer en terme de poids de couvertures , en effet s ils soutiennent des éléments posés sur eux , mais ils doivent se supporter eux même, car intégrés à la toiture !

Pour évaluer le poids au m2 des bois passants et chevrons , nous allons calculer le cubage total de ces bois sur la surface couverte portée hors appuis et débords !

Apres traçage de plan de pignon , nous trouvons 7 longueurs de pannes portées sur deux pans portés hors murs et 5,8198 m de chevrons portés hors murs sur un pan . (fig 2)

Apres plan de pannes, nous trouvons 7 longueurs de pannes portées sur 14,4 m hors murs et après calcul théorique d axe en axe de 50 cm, 29 longueurs de chevrons (fig 3) !

Surface totale de toiture portée hors murs 14,4 m x (2 x 5.8198 m) = 167,2 m2

Sachant que ici les pannes seraient logiquement en 12/24 cm et les chevrons en 6/8 cm de sections .

Nous pouvons déjà calculer le cubage total du bois portés hors murs pour cette toiture.

Soit : (7 pannes x 14.4 m = 100,8 m ) x (0,22 x 0.12 cm de section) = 2,9 m3

(29 chevrons x (2 x 5,8198 m rampants portés hors murs) x (0.08 x 0.06) = 1,62 m3

Masse volumique des résineux environ 500 kg/m3

2.9 + 1.62 = = 4.52 m3 x 500kg/m3 = 2260 kg

Poids des bois portés au m2 hors murs :

2260 kg : surface de toiture portée hors murs 167,6 m2 = 13,48 kg/m2

Nota : en général ,en charpente lambda on considère une moyenne de 15 kg/m2 (résineux) et 30kg/m2 (chêne) de bois porteurs (pannes chevrons 15 % humidité), après le calcul d exemple ci dessus, on en est proche avec même une réserve !
Pour le calcul de portée de chevrons , on divise par deux on prend +/- 8 kg/m2 ce qui équivaut à peu près à enlever le poids des pannes .

2/ poids de la couverture étanche :

Sur les bois passants , on place ensuite les revêtements Permanents "étanches" (tuiles , ardoises, taules, tavaillons, etc) ainsi que leur élément propre pour leur pose (volige, sous toiture, lattage, etc.) .
Ici il est en général plus aisé de trouver déjà calculé le poids au mètre carré dans les fiches techniques de chaque matériaux (fig 4)!

Dans l exemple, nous prendrons des tuiles mécaniques standards + lattage + contre lattage + écran goudronné soit +/- 50 kg/m2

3/ Le plafond en combles :

Quand un comble est isolé ,ou/et habité , il y à pose d isolation et de revêtement (ex laine de roche, plaques de plâtre, lambris, etc ...)
Idem aux matériaux étanches ils serons considérés éléments permanents , on trouvera facilement le poids au mètre carré dans des fiches techniques (fig 4)!

Dans l exemple, nous prenons 20 cm de laine de verre + supports métalliques + plaque de plâtre de BA13 soit +/- 14 kg/m2

4/ La charge ponctuelle de neige :

Suivant la localisation régionale d une habitation, elle peut être soumise à des précipitations neigeuse d amplitudes variées !
De plus en montagne par exemple ,cette accumulation de neige deviens presque persistante pendant plusieurs mois, Et l on considère alors généralement cette charge non ponctuelle mais permanente dans les calculs de constructions (fig 5)!

Soit une habitation en zone B a 300 mètres d altitude = +/- 55 kg/m2

5/ La charge ponctuelle par poussée du vent dominant :

La toiture d un bâtiment sera soumise toute son existence aux vents ainsi que quelques épisodes tempétueux suivant les zones climatiques (fig 5)!
La pression de la force du vent sur les toitures ,constituent un effet voile non négligeable qui ajoute un poids ponctuel sur la couverture .
En fonction de tableaux basés sur une moyenne vents reguliers dominants les plus fort , on ajoute cette charge calculé au m2 sur notre toiture !

Soit notre habitation en zone 1 au vent dominants = +/- 65 kg/m2

Le total du poids calculé de notre couverture portée au m2 est de :

Charges permanentes/m2 + charges ponctuelles/m2 = poids au mètre carré à prendre en compte pour le calcul sécur des pannes et des chevrons de notre charpente !

bois 13,48 kg/m2 + éléments étanches 50 kg/m2 + plafond isolé en comble 14 kg/m2 + neige ponctuelle 55 kg/m2 + vents dominants 65 kg/m2 = 197,48 kg/m2 de toiture finie

6/ Les charges ponctuelles de services:

Quelques fois ponctuellement, du passage humain de service doit accéder au toit (ramoneur, couvreurs, pompier, antennistes , et même un cambrioleur parfois !! ), c est pour cela que par sécurité , on considère le poids d un homme au mètre carré, il ne s'agit pas que quelqu un est un accident par faiblesse des porteurs !

Soit le poids d un homme au m2 = +/- 80 kg/m2 , on ne cumule pas cette donnée dans le poids total des charges ponctuelles , on prend juste en considération le service en sachant qu il ne sollicitera qu une toute petite surface !

Ici un lien assez complet qui résume les principales charges de toitures !
arba.fr/ressou...55338cbd8c1.pdf

Nous reviendrons plus tard sur ldes calculs de charges ponctuelles climatiques pour faire une base de données !

Les contraintes et dimensionnements des éléments passants (pannes) :

Dans ce chapitre, nous nous intéresserons aux contraintes des pannes et surtout au dimensionnements de celles ci !

Comme il a été dit plus haut , les pannes sont le principal point faible d une charpente, à savoir qu elles reprennent le poids la surface couverte de toiture et de résistance aux éléments climatiques .

Si leurs dimensionnements sont mal calculés, celles ci vont fléchir voir rompre si elles sont vraiment sous dimensionnées .
Pour cela il faut en premier lieu connaitre le poids supporté par une panne !

1/ calcul de la bande de chargement d une panne :

Une bande de chargement représente la part de charge d un élément particulier!
En charpente elle nous intéresse pour estimer les charges admissibles de fermes, de pannes, de chevrons, de voligeage, de solivage , de poteaux , etc, avant de les placer dans un projet ! (voir schéma ci dessous)

Une panne intermédiaire ne reprend qu'une portion du poids de couverture, c est ce que l on appelle une bande de chargement d une panne que nous allons devoir calculer en fonction des résultats de poids de surface totale précédents .

a/ Sur le plan, nous traçons les fermes, puis nous mesurons la longueur portée de panne hors appuis = 4,673 m de portée .

b/ Sur le plan ou sur l élévation des pentes , nous traçons les axes du vide de part et d autre d une panne intermédiaire, ce qui nous donne la mesure de = 1.442 m

c/ Avec ces deux mesures, nous traçons et calculons la surface d'un rectangle de 4.673 m x 1.442 m = 6.72 m2 , qui sera la surface de la bande de chargement de notre panne .

d/ Le poids de la bande de chargement sur notre panne sera de 6.72 m2 x 197,48 kg/m2 = 1328,1 kg

2/ Dimensionnement de la panne :

Ma pannes estimée en 24 cm x 12 cm, a une équivalence en section avec une panne de 28 cm x 10 cm d une charge admissible de 1792 kg pour 4,5 mètres de portée libre ou de 1469 kg pour 5 mètres de portée libre, dans le tableau (lien ci dessous).

valleeducousin...ons_solives.pdf

Donc le dimensionnement de mes pannes estimées est conforme ,avec une petite sécurité en plus , la charpente ne subira pas de déformation ni désordre .

Si nous avions posé des pannes en 22 cm x 10 cm = 943 kg admissibles pour 4.5 m de portée ou 770 kg admissibles pour 5 m de portée , il est évident que la toiture se déformerait .

Enfin , les charpentiers préfèrent de nos jours installer des pannes composites (lamellé collé , etc.) au dessus de 5 mètres de portée et ne pas dépasser 6 mètres de portée en ajoutant une ferme .

Nota : Les pannes sablières (portées sur poteaux) ainsi que les pannes faîtières de subissent qu une demi charge de cette bande de chargement , mais on les débite aux mêmes sections que les pannes intermédiaires .

Ici un exemple en situation réelle intéressante (lire les commentaires)

Maintenant que nous savons calculer le dimensionnement de pannes , il faut les poser sur les porteurs (Poteaux, pignons, murs et/ou fermes), et ce de façon réfléchie pour atteindre le maximum utile et le minimum de contraintes de chacune .

1/ Les pannes sablières :

Les pannes sablières à l origine se posent sur les arasement des murs sur un lit de sable pour accueillir le bas des chevrons dans leur ensemble, et pouvoir par jeu de glissement ne pas pousser sur les murs (fig 2)!

Une sablière contemporaine , est plus simple à mettre en place du fait de la qualité des matériaux, en effet l arase de mur est souvent calibrée droite ,et les bois sont assez rectilignes (fig 1) !

On débite les sablières traditionnelles d arases dans du chevrons de sections 8/12 cm généralement.

Les règles à respecter sont :

Une panne sablière se trouve sur un poteau ou sur les pieds de fermes dans le cas d'ouvrages batits sans murs (fig 4) (auvents, fermes de hangars agricoles, préau, etc.).

Une sablière ,même contemporaine traditionnelle (panne/chevrons ne doit jamais être scellée ou fixée sur les murs , elle est seulement maintenue par le clouage des chevrons, et le poids de toiture.
Elle peut être par contre clouée sur les entraits, moises ou blochets des fermes .
Pour des chevrons de coyau , il y aura doubles sablières avec les mêmes règles à suivre pour chacune (fig 3) !

Des petits coins (ou une latte) peuvent être cloués derrière les chevrons pour éviter le déversement de la sablière (fig 1) .
Par contre on scelles ou fixes les sablières de fermettes, ces dernières étant normalement triangulées (fig 5) !

Le "délardement" est important car il permet de donner une surface d appuis aux clouage de chevrons, tout en permettant de dresser l'alignement des chevrons, en effet nous traçons le délardement par lignette ou cordex , ce qui permet d avoir une rectitude du sciage de la pente délardée même si les bois sont tordus ou cintrés !
On procédera de la même manière pour les pannes faîtières et intermédiaires posées d'aplomb .

On peu se passer de délardement en entaillant légèrement les chevrons ce que l on nomme "un pas de chevrons" , à condition que les bois soient droits au départ, mais cela prend beaucoup de temps !!

On ne clouent jamais les chevrons directement sur une arête de sablière, il y aurait écrasement et l alignement deviendrait un cauchemar !!!

La sablière se cale de niveau sur l arase de mur (murs parallèles) , puis dès que les chevrons sont cloués et la finition faite (frisette, bandeaux, planche à chenaux, etc.) , on peut sur-caler en dégradant depuis le milieu de la longueur jusqu au rives pour donner de la pente aux futurs chenaux .
Quand les murs du bâtit ne sont pas parallèles , l'arase de mur sera montante ainsi que la sablière .

Les sablières s assemblent entre elles par entures en mi-bois clouées (fig 4) .

2/ Les pannes intermédiaire ou ventrières :

Jadis les pannes intermédiaires étaient appelées ventrières, placées sur le ventre de la charpente, en cela nous avons gardé le fait que nous les posons en fonction du cintre naturel pour qu un toit neuf soit "bombé" ou "ventru" , ce qui permet de contrebalancer la flèche de déformation naturelle dans le temps !

En résumé, une panne intermédiaire doit être parfaitement calculée et taillée et posée avec soins pour que la toiture reste plane .

Les règles à respecter impérativement sont :

Ne jamais sous dimensionner les pannes, ainsi que leurs espacements divisés qui ne doivent jamais être supérieur à 1,80 mètres d axe en axe , sinon on ajoute une panne !

Une panne intermédiaire se pose en fonction du fil du bois et de ses cintrages naturels, toujours le bombé coté lattis.
Sa face creuse se place vers l'extérieur quand la panne est posée en devers!
Sa face bombée en extérieur quand celle ci est posée d aplomb !

Quand une panne intermédiaire est posée d aplomb, on lui taille un délardement d angle à la pente du versant, (on ne clouent jamais les chevrons sur une arête) !

La rencontre de deux pannes intermédiaires doit toujours être enturée (en sifflet neuf) et ce sur l axe du pignon ou de la ferme ou croisée l'une sur l' autre (rénovation) , on ne pose jamais deux pannes "bout à bout" , en cas de déformations de la ferme ou d un pignon, la panne peut en effet se retrouver dans le vide et s écrouler !

En cas de bois de réemplois, on ne retourne jamais un bois flué surtout pour une panne intermédiaire , on cales ou on entailles les chevrons pour le dressage .

Les pannes intermédiaires se trouvant en noue et arêtier, doivent être tracées sur épure pour en rechercher les coupes (en lierne ou sur les bois) ainsi que leurs échantignoles respectives si c est le cas (fig 4)!

Les échantignoles doivent être en bois sains, avec le fil non parallèle à la pente de toiture, mais descendant dans une logique de jambe de force ! (même si elle se fend, elle restera en place et efficace) (voir schémas).

Dans des charpentes de service ou design , on peut utiliser les agents de liaisons métalliques (en lierne) et pannes métalliques (très résistantes) (fig 3-5) .

Nous pouvons adjoindre des "écharpes" pour soulager les pannes intermédiaires de leurs devers, ou d une ferme de croupe posée sur elles par exemple .

Si un "accident de toiture" (fenêtre de toit, cheminée, lucarne, etc.) gène le passage de panne intermédiaire , on décale la pannes sur deux autres échantignoles!
On ajoute une panne si ce décalage fait dépasser la portée de 1.80 m maximum entre deux .

3/ Les pannes faîtières :

Une panne faîtière comme le nom l'indique est posée au "faîtage" d'une charpente , elle constitue la réunion des deux versants de la toiture, tout en "contre-ventant" l'ensemble quand elle est posée sur une ferme et nantie de liens .
On la trouve aussi évidemment sur pignons, et enfin en situation muraillère dans le cas des auvents .(voir schéma ci dessous)

Les règles à respecter sont :

La panne faîtière est toujours posée d aplomb, elle reçoit deux délardements au sommet pour les chevrons des deux versants, ou un délardement dans les toitures à un pan (Fig 1-2) .

Le champs "bombé" se place vers l extérieur, par contre il faut choisir les bois les plus droits de préférence pour une faîtière .

La panne faîtière doit être enturée de la même façon que les autres pannes , mais en plus assemblée quand elle se trouve sur un poinçon par "gargouille" ou par tenon/mortaise (fig 3)!

Les liens lui sont assemblés par tenons/mortaises, ou en embrèvement cloués ou vissés .

La panne faîtière est dimensionnée comme les pannes intermédiaires même si elle porte moins de charge (pratiquement nulle si les chevrons sont assemblés ou en coupes jointives au faîtage .
Par contre dans certain cas elle est porteuse à part entière (toiture très plate avec chevrons décalés) (fig 4) .

Un double faîtage comporte deux faîtière assemblées en aplomb l une de l autre sur les poinçons , et son reliées par croix de Saint André destines à contreventer les fermes (Fig 5).

Les sorties et entures de pannes :

Les pannes ont aussi des contraintes linéaires à prendre en comptes, à savoir que si elles ne sont pas basiquement d un mur à l autre dans un bâtit simple, il faut les relier entres elles et travailler sur leurs bouts apparents .

Les liaisons de pannes se font par "entures" (voir chapitre des assemblages de charpente ) , mais le plus souvent par coupe en "sifflet" dont l axe d assemblage se trouve toujours sur les porteurs .
L angle de coupe est dans une logique de rectangle de 20 cm x 30 cm, jamais à moins !!

Les sorties de pannes peuvent aller de "pas de dépassement" noyé dans le mur jusqu à plusieurs mètres sur consoles ou poteaux (ex. pignon avec terrasse couverte ( fig 4)).

Les fausses sorties, sont des morceaux de pannes destinées à recevoir seulement les débords pour des sablières ou dans le cas de fermettes, ou encore en restauration pour esthétique . (voir schéma si dessous)

Les règles à respecter sont :

Les liaisons de pannes ne doivent jamais être posées "bout à bout" (raison déjà expliquée plus haut) !

Les entures ou les sifflets doivent toujours se clouer, se visser, ou se cheviller sur les supports porteurs (ex fig 1).

Les fausses sorties de pannes doivent être fixées solidement contre le "porte à faux" et au moins traverser le pignon. (fig 2)

Les liaisons de pannes doivent êtres axées avec les porteur et contre une échantignole, en gargouille, tenons mortaise de poinçon, scellée en pignon, ou en lierne solide (exfig 3).

Si une panne doit être décalée des autres (cheminée ,fenêtre de toit ,etc .), on doit la placer par croisement à d autres pannes , soit la placer sur une échantignole à part et laisser dépasser cette panne du porteur d au moins la valeur de sa section (ex une panne de 10/22 cm ,le dépassement du porteur doit être de 10 cm !)

Les fausses sorties composées de plusieurs éléments cloués en empilement sont très sensibles aux éléments et doivent être abrités de préférences !

Les embouts de pannes doivent être protégés des intempéries par bandeau ou zinguerie .

Des qu une sortie de panne excède 1/4 de sa longueur totale, on doit la soutenir en console ou poteau (fig 4**).

Les sorties de pannes peuvent être travaillées, décorées, chantournées, etc.. pourvus que leurs portance et leurs résistances aux intempéries ne soient pas impactées !

Les pannes courbes (tourelles) se taillent historiquement dans des bois choisis déjà cintrés naturellement et recalibré !
Toutefois , on peu les chantourner sur une face et refixer la chute sur le bombé (après recalibrage) à condition que le bois non tranché soit équivalent à l admissible d' une panne droite.
Quand la courbe est importante, on part généralement d un plan polygonal auquel on ajoute des recharges pour le cintrage .
La technique lamellée-collé peut être utilisée !

Les pannes peuvent être utilisées comme seul support sans chevronnage à la toiture (panneau sandwich, panneaux dérivés de surfaçage, etc .), auquel cas on doit calculer et resserrer leurs espacements .

Les contraintes et dimensionnements des chevrons, empannons et noulets

1/ Le chevronnage antique :

Jadis, le chevronnage était souvent lui même le constituant de la charpente, basique construit avec de fortes perches, ou assemblé en "Charpente à chevrons portant ferme" , c est à dire que les chevrons étaient assemblés en fermes rapprochées et alignées ,puis voligées et/ou lattées .(fig 1)
Cette méthode est encore bien visible sur nombres de monuments historiques.
Le procédé demandait beaucoup de bois et de travail, mais était très performant à l'image de ces travaux arrivés jusqu'à nous !
Le principe à été largement repris au 20 eme siècle dans les charpentes en fermettes .

2/ Le chevronnage commun :

Les chevrons communs étaient en perches jusqu'à l arrivée du sciage mécanique performant (fig 2), et depuis toutes une gamme de sections permettent d'avoir le chevronnage nécessaire pour chaque charpente (ex 6/8, 8/8, 8/12, 10/10, etc ...) .

On peut aussi chevronner plus porteur et même de mur à mur à base de solivettes (+ étrésillons) (ex 4/21, 6/15, etc .) si le besoins le précise (fig 3-4) .

3/ Les Noulets :

Ce sont les chevrons avec coupes à rechercher reposant sur ou contre une noue .Ils sont de même sections généralement que les chevrons classiques sur la toiture (fig 5).

4/ Les empannons :

Ce sont les chevrons avec coupes à rechercher reposant sur ou contre un arêtier. Ils sont de même sections généralement que les chevrons classiques sur la toiture (fig 6).

Dimensionnement des chevrons :

Pour dimensionner les chevrons d une charpente, on utilise la même méthode de calcul que pour les pannes avec une bande de chargement !

On doit déterminer cette bande de chargement, puis calculer la charge au mètre carré, faire le ratio pour un chevron et enfin à partir du tableau déterminer la section admissible de chevron .

Exemple :

Nous reprenons notre exemple d illustration vu au chapitre des pannes.

a/ Sur le plan de pannes portées libres , nous divisons les chevrons espacés d une logique de 50 cm d axe en axe = 57,3 cm suffisant pour mon projet .

b/ La bande de chargement sera elle aussi de 57,3 cm puisque les axes face au vide de part et d autre du chevron sont identiques .

c/ La longueur portée libre entre deux point d appuis du chevron est mesurée de 1,442 cm (de la sablière à la panne intermédiaire de l exemple).

d/ La surface de la bande charge sera donc de 0,573 m x 1,442 m = 0,826 m2

e/ bois +/- 8 kg (estimation en enlevant le poids de pannes) + éléments étanches 50 kg/m2 + neige ponctuelle 55 kg/m2 + vents dominants 65 kg/m2 = 178 kg/m2 de couverture

Nota : Normalement le poids de plafond et d isolation ne sont pas pris en compte car on ne doit pas suspendre le plafond aux chevrons traditionnels ! En effet on doit pouvoir normalement agir sur la toiture sans toucher aux sous œuvres (ex changement de chevrons).

f/ Calcul de la bande de chargement 0,826 m2 x 178 kg/m2 = 147 kg .

g/ Sur l abaque , j ai une correspondance de 283 kg admissibles sur un bois de section 6 cm x 7 cm pour 1.50 mètre de portée .

Mes chevrons étant en 6 cm x 8 cm pour une portée de 1,442 mètres , je suis largement dans le module avec en plus une sécurité de +/- 130 kg .

En admettant que les pannes soient espacées du maximum à 1,80 mètres d axe en axe, d après la correspondance c est très acceptable mais on se rapproche de la limite .

valleeducousin...ons_solives.pdf

Dans le cas ou il faudrait rectifier ,nous pouvons ajouter quelques chevrons ou changer de section en restant toujours dans une logique de 50 cm de moyenne d axe en axe , ici commencera le calcul pour une efficacité optimum pour un coût minimum !

Les mises en œuvres des chevrons :

Les chevrons représentent une partie à part entière de technique de taille et de pose d une charpente, leur mise en oeuvre doit être bien réalisée pour garantir la pérennité de l ensemble d une charpente !
En apprentissage , l étude du chevronnage apporte un très vaste champs d actions de l art du trait et de taille de charpente .

Les règles à respecter sont :

Les chevrons doivent être toujours en appuis sur deux points porteurs et doivent être calculés en fonction !

Les chevrons doivent être toujours posés avec leurs cintres naturels "bombés" vers l extérieur !

On doit écarter les gros nœuds ou défauts du bois face au vide, on doit ajouter un chevron contre un chevron défectueux si nous ne pouvons pas le remplacer !

Nous gardons les chevrons propre et biens droit ainsi que les beaux embouts pour les rives et les sorties .

Des grands chevrons porteurs (solivettes) doivent être étrésillonnés à la moitié de leurs portées et solidement maintenus aux extrémités voire même ici aussi étrésillonnés .

Les chevrons traditionnels se clouent ou se vissent sur les pannes, on peut utiliser des équerres métalliques quand ils sont très larges (solivettes) .

Les chevrons doivent être chevêtrés aux accidents de toiture (fenêtre de toit, cheminée, etc.) .

Les liaisons entures de chevrons doivent être avec une coupe de niveau en repos toujours à l axe d une panne (en rive ou apparent) ou croisés aux intermédiaires cachés .Comme pour les pannes, les chevrons ne serons jamais posés bout à bout !

Le "forget" en porte à faux des chevrons ne doit pas dépasser +/- 50 cm de niveau depuis le mur .

Les chevrons traditionnels de doivent pas être porteurs en sous oeuvre de plafond, auquel cas on doit ajouter de "faux chevrons" pour les suspentes de plafonds et d isolation.

Les chevrons arrivant en coupes de niveau sur des arases doivent être de préférence sur des semelles servant de sablière .

Les chevrons doivent toujours être en divisions régulière et posés cloués droit (alignement redressé au clouage) .

Un bon charpentier préparera ses sorties (coupes propres et teinte de protection) de chevrons à l atelier ou sur le chantier au sol .

Les chevrons de noues ou d arêtiers doivent être préparés depuis l épure par herse .

Les espaces entre les chevrons doivent être avec une logique moyenne de 50 cm d axe en axe ( entre 40 cm et 60 cm d axe en axe suivant le type de couverture) , ( ex 40 cm pour de la tuile plate et 60 cm avant pose de voliges porteuses) .
Ces divisions sur le chantier se font "d un bord à l autre" ce qui permet d absorber les différences de calibrage du sciage brut .

Quelques shémas ci dessous de détails de mise en oeuvre des chevrons .

Les contraintes et dimensionnements des solivages et voligeages

Le solivage :

En général c'est un appareillage de bois juxtaposés de niveau destiné à recevoir planchers et/ou plafonds.
Ce sont des ouvrages ici aussi du domaine de travail du charpentier .

Les solivages se calculent en fonctions de leurs destinations domestiques finales et doivent être vérifiés ou/et repris si la fonction change vers plus de chargement ! (ex une chambre devenant un bureau avec du personnel, ou création et pose d un escalier futur, etc.).

Dans ce chapitre, je ne donnerais pas d exemples de calculs, il y a bon nombre d abaques disponibles en ligne !
Ci dessous un chapitre sur les solivages se trouvant sur l air du bois, ainsi qu un lien d abaques assez complet sur le net !

lairdubois.fr/...rs-traditionnel

bois.com/inter...baques-solivage

1/ Les solivages traditionnels anciens :

Ils sont bien connus de tous ! C est que l on nomme "plafonds à la française" à base d un sommier portant des soliveaux entaillés très peu espacés et les poutraison (à base de poutres de sections minimum 15 x 15 cm juxtaposées entre axe tout les 1 mètre maximum ).(fig 1-2) .

2/ Les solivages porteurs traditionnel contemporains :

Ils sont à base de solives calibrées de façon standardisées donnant un large éventail de sections pour confectionner des solivages performants et calculés en fonction des besoins .(fig 3)

3/ Les solivages "légers" non porteurs :

Ce sont tous les solivages destinés à supporter un plafond ou un plancher de propreté, souvent posés de ferme à ferme pour les combles perdus .

4/ Les solivages composites :

Ce sont les solivages composés de bois composites (lamellé collés, poutres reconstituées, etc .)
Ces procédés apportent une qualité optimum de portance et de durabilité .(fig 5-6) .

Quelques règles :

Les solivages contemporains se posent dans une logique d axe en axe de maximum 50 cm ,et doivent être étrésillonnés chaque fois (non apparent) même composites !

Quand le solivage est apparent, on doit choisir des bois sec et de qualités supérieur !

La partie bombé de cintre naturel des solives neuves doit toujours être positionnée coté plancher, les plus bombés au centre des pièces à planchéier !

Ne jamais retourner une solive fluée en réemplois !

Le voligeage :

Une volige à l origine est une planchette de bois d épaisseur faible (moins de 22mm) large d environ +/- 10 cm posée jointive clouée sur les chevrons et destinée à recevoir l élément étanche de couverture quand un lattage n est pas requis (fig 1) !

Le voligeage représente l action de planchéier un toit sur les chevrons avant de poser l élément étanche .

Le voligeage est normalement exécuté par les couvreurs avec la pose des ardoises, tavaillons, lauzes, etc (fig 3) , mais les charpentiers posent assez souvent eux même le voligeage, surtout depuis l arrivée du lambris industriel et des panneaux particules servant à faire de la finition en cas de charpente apparente (auvent, kiosque, préau, etc...(fig 4)) ou pour préparer la toiture au zingueur par exemple (fig 5-6) .

Les essences traditionnelles utilisées sont généralement du bois résineux ou feuillus tendres (peuplier, tilleul, aulne, bouleau), qui peuvent plier dans des charpente courbes (fig 2).

Le voligeage est toujours posé sur les chevrons, et n est pas à confondre avec le lambrissage celui ci arrivant sous les chevrons !

Quelques règles :

Les voliges traditionnelles se clouent , le voligeage contemporain par panneaux vissés !

Pour le voligeage d agrément il est conseillé de teinter ou peindre au sol dans le confort qu offrent des tréteaux plutôt que d avoir à jouer les équilibristes sur échelles ou échafaudages et de plus un gain de temps non négligeable !

Dans le cas d éléments de voligeages en rainures languettes, les rainures doivent toujours être supérieur à la languette pour éviter la stagnation liquide et d humidité .

Voila un long chapitre important , il est temps de poser la question si c est assez clair et compréhensible pour m aider à continuer ce pas à pas dans ce sens ,merci !

Les marques, signes et symboles des charpentiers

Aussi loin que l on remonte dans le temps, on s'aperçois que les métiers de constructions utilisent des signes et marques spéciales en fonction de leurs corps d états (taille de pierre, charpente, menuiserie, etc.).
Ces signes marquages ou symboles visibles sur des pierres ou des pièces de bois restent souvent un mystères pour le candide ou le novice, en effet seul un homme de métier peut généralement les interpréter correctement!
En effet il y a des signes de localisation des pièces (ex fig 1), associé à du chiffrage (ex fig 2) ou des symboles purement de signatures, dates, confréries, société d appartenance, etc,(ex fig 3) qui n ont rien a voir avec l établissement des bois.

Les signes et marquages servent essentiellement à placer virtuellement dans l espace la place de chaque pièces d une charpente ainsi que de matérialiser et d'identifier les multiples traits de références principales en dessins et épures (ex fig 4-5), pour pouvoir aisément tracer, tailler (ex fig 6) , monter, démonter et remonter sur le chantier une multitude de pièces différentes qui font d un tas de bois une charpente saine et pérenne .

En charpente, ces signes marques et chiffres, proviennent à priori depuis des temps assez reculés , notamment on pense à la Rome antique via le chiffrage romain avec qui il y a des similitudes avérées .

Les signes et marquages du charpentiers sont de formes très géométriques car à l origine ils se tracent en entaillant rapidement, légèrement mais visiblement les bois à l aide de la "rainette" ou du taillant d outils comme le ciseau , gouge ou la hachette, ceux ci laissant peu de place à des "écritures déliées" .
De plus la plupart des anciens ne savaient pas lire, donc des signalisations visuelles qui rappelaient les formes vues en plan de travaux de charpentes (forme de l arêtier, d un mur de noue, d une panne, ...) et la place d une pièce était facilement interprétables et transmissibles aux "lapins "apprentis.

Les marquages de charpentes ont évolués au grée du temps, dans une grande quantité de variantes par la diversité architecturales des régions (ex régions à colombage, région pauvre en foret, région couverture lauzes, etc .)ou les ouvrages de charpentes peuvent être radicalement différents en terme de treillis assemblés des bois .

Le compagnonnage itinérant notamment diffusera un marquage de plus en plus normés fait de signes codifiés pour tous, qui de nos jours servent l établissement général des charpentes traditionnelles .

Toutefois, il y a encore beaucoup de débats sur les signes de charpente, d une région à l autre , d'un atelier à l autre, ou d un maître à l autre chacun prétendant détenir l absolue vérité !

Ce que je vais décrire plus bas est ce que l on m a transmis, donc il pourrait y avoir des variantes en fonction d autres apprentissages, mais toutefois malgré les différentes interprétations la ligne directrice de base est commune à tous les charpentiers, à savoir pouvoir remonter une charpente facilement sans intervertir les bois sur le chantier dans un énorme casse tète chinois cauchemardesque !!

Un vrais charpentier n utilisera jamais de lettres alphabétiques ni de chiffres arabes inscrit ou entaillés sur ses bois, par contre l art du trait lui en abuse utilement de nos jours .

Les marquages sont généralement tracés à la craie grasse dans les charpente en combles perdus, greniers, ou travaux communs, par contre le marquage est retracé proprement par entaillage à la finition après le remontage d ajustage dans des charpentes traditionnelles apparentes (Généralement fait par les lapins en apprentissage ) .
Enfin les signes sont parfois retracés cachés dans les assemblages pour des ouvrages apparents contemporains ou design avant la finition .

Les signes de marquages et localisation des pièces de bois

Ce sont les signes de base, ils repèrent le versant droit du versant gauche d une charpente ainsi que les différentes pannes (faîtière, intermédiaires, sablières) , ils sont associés à des compléments chiffrés en fonctions du nombres d éléments (fermes multiples , pannes multiples , arêtiers multiples , etc ...)

Le franc :

Le franc désigne toujours le versant gauche d une charpente quand on est face à une ferme , il est tracé d une simple ligne droite verticale, puis il est associé à un chiffres (de charpente) à mesure .
En langage charpentier on dit "un franc, deux francs, etc . En apprentissage on dit au lapins pour qu ils se souviennent du bon coté "petit, met tes francs (argent) à gauche (de coté) c est utile !

Le ou la contremarque :

Le contremarque désigne toujours le versant droit d une charpente quand on est face à une ferme , il est tracé comme un franc auquel on ajoute une petite jambe biaise à droite, puis on chiffre à mesure .
Dans le langage charpentier on dit un contremarque, deux contremarque, trois contremarque, etc..
On utilise parfois un double contremarque pour un bois jumelé (un double arbalétrier par exemple) auquel cas elle sera à gauche coté un franc dans le sens de son arbalétrier.

Le crochet :

Le crochet désigne le plus souvent la panne sablière accrochée au poteau, sur l arase du mur ou muraillère .
Le signe est tracé d un franc avec une demi pointe de flèche à droite au sommet qui représente un bois délardé sur une arête pour le repos des chevrons .
Le crochet est ensuite associé au contremarque suivant le versant et aux chiffres à mesure .
En langage charpentier on dit" un crochet, deux crochet, trois crochet, etc" . ou si c est sur l autre versant on dit "un crochet contremarque, deux crochet contremarque, etc ..."

Le double crochet :

il est tracé surtout sur le double faîtage à croix de st André , signifiant une panne accrochée ou en cas de doubles sablières (d un coyau) auquel on associe ici aussi un chiffrage en cas de pièces multiples .

La langue de vipère :

La langue de vipère représente le faîtage sur la panne faîtière , elle est constituée généralement d un franc ou un contremarque surmonté d un V renversé stigmatisant deux délardements et la pointe de la toiture , associée aux chiffres si elles sont multiples .
On dit en langage charpentier "un langue de vipère, deux langue de vipère, ect ..
Si la panne faîtière se trouve dans un ouvrage à un seul pan donc un seul délardement, on trace quand méme la langue de vipère, montrant la pointe de la toiture .

L’arêtier :

L’arêtier est matérialisé comme un A majuscule avec une croix qui matérialise deux arêtiers vus en plan , auquel on ajoute un crochet pour ses pannes sablières et un tau pour ses pannes intermédiaires, ainsi que du chiffrage à mesure si il y en à plusieurs.
En langage charpentier en tournant dans les aiguilles d une montre sur le plan on dit "arêtier, arêtier deux, arêtier trois, arêtier quatre ... Les signes seront tracés toujours sur une même face pour pouvoir tous les tailler sur une même épure (quand ils sont réciproques) .

La noue :

La noue est matérialisée par une forme en N majuscule matérialisant en plan le décrochement de mur ou une noue serait taillée , on procède comme pour l arêtier en remplaçant le A par le N

La patte d’oie :

La patte d’oie représente les demi fermes de croupe ou de raccord de structure, elle se trace à l image d un plan de deux arêtiers nantis d une demi ferme dans le prolongement d un faîtage, on lui ajoute du chiffrage si il y en a plusieurs .

Le monté de panne :

Le monté de panne représente la situation d une panne intermédiaire dans un plan de pannes, il se trace sur les faces extérieures de celles ci par le signe un franc ou contremarque suivant le versant auquel elles appartiennent et on leurs ajoutent une ou plusieurs barres en tau horizontaux pour simuler une panne sur une ferme .
On chiffe les pannes par travées (entre fermes et/ou murs) d une arase à l autre en passant par le faîtage !
En langage charpentier on dit " panne un franc un monté, panne deux franc un monté etc. puis panne deux franc un monté, panne deux franc deux monté etc .".
Si les pannes sont posées d aplomb et délardées ont utilise le même marquage .

La croix d occupation:

La croix "dite d occupation" représente l emplacement d un bois par rapport à un trait de tracé, sachant que les bois jadis n'était pas calibrés ,donc une seule face servait de référence (ex l emplacement de la panne et de son échantignole sur l arbalétrier par une croix courte et une croix allongée de part et d autre du trait d emplacement .)

La croix entourée ou encadrée :

C est un signe qui normalement sert à l Etablissement pour déterminer visuellement le coté bombé d une pièce ,mais on peu la retrouver aussi sur le chantier pour des pièces à façonner ou retoucher sur place sans avoir a rechercher son sens . (ex . des bois à changer en rénovation)

Les chiffres et les nombres :

La numérotation des pièces de charpente ce fait par chiffres largement inspirés du chiffrage romain, avec des variantes permettant de les compacter en un tracé droit avec la rainette ou le taillant d outils .
Par exemple, le chiffre 5 romain en V est retourné et les unités après le 5 pour 6-7-8-9 marquées à l intérieur de celui ci .

Voir le tableau ci dessous !

L'établissement d une charpente

Il y a un sens logique pour établir tous les bois d'une charpente, en effet le métier comprend des contraintes de manutentions en hauteur ainsi que des matériaux lourds, donc on tire profit d un établissement logique pour diminuer des efforts inutiles aux hommes de l art et gain de temps précieux !!
Imaginons qu il faille rechercher un bois à l autre bout d un bâtit en traversant sur du solivage ou avoir à retourner une panne longue et lourde perché sur une ferme, la fatigue, l énervement, ainsi qu une position peu confortable peuvent être fatale dans un métier classé dangereux !!!

En tout état de causes, la logique d'établissement est donc plus que utile et nécessaire à apprendre et maîtriser !

Déterminer les versants en fonction d un chantier :

Dès qu un projet est validé, le charpentier détermine en fonction du plan qu il reçoit de l architecte ou de sa prise de cotes sur le chantier son orientation judicieuse par rapport à son futur ouvrage !

Pour déterminer les versants d une charpente en préparation, on situe généralement le coté contremarque (droit) à la façade principale de la construction (porte d entrée, porte de garage, porte de grange , etc ...) ou par rapport à l accès principal du chantier (voie de circulation, place de stationnement, passage d une grue etc .) et faciliter ainsi l ordre chargement et de déchargement du tas de bois toujours depuis depuis la gauche vers la droite, en faisant face au bâtiment dans une logique notamment pour les pannes "attente/repos" de leurs coupes en sifflets (fig 1).

Quand il y a plusieurs pans avec arêtiers ou autres, on détermine aussi un sens de rotation autour du plan de bâtiment à couvrir déterminé comme au précédant paragraphe puis dans le sens des aiguilles d une montre !
Exemple : le premier arêtier sera placé toujours à l angle coté un contremarque , puis les autres en suivant sur chaque angles du bâtit (arêtier deux, arêtier trois,etc..) .

Sur le schéma (fig 2) , On a un établissement complet d étude de charpente a 4 pans en deux étaux ou ils y a trois fermes classiques,4 arêtiers, et deux demi fermes ,ainsi que leurs pannes respectives .
On devine bien le cheminement des bois sur le chantier, et le fait que chaque éléments porte un marquage différent le situant singulièrement dans la charpente complète .

Placement des signes sur les bois :

Le principe est très simple , on place toujours les marquages aux points d assemblages le plus bas des pièces ,ce qui déterminera toujours le bas de celles ci en plus d être situées toujours sur un nœud d assemblages, bien en vue pour le monteur !
En langage de charpentier "marques au pieds"
C est le cas pour toutes pièces se trouvant dans une ferme ainsi que pour ses liens de faîtages sur le poinçon (fig 3-4) .

Le marquage en art du trait et épure

Savoir reconnaître les marquages de charpente vus plus haut est important, parce que ce sera utile aussi au dessins d études et d'épures.
A ces derniers on ajoute des symboles supplémentaires nécessaires à la compréhension des tracés à plat (Dessins et épures) (fig 1-2) !

En effet l art du trait de charpente peut comporter des centaines de traits pour un seul ouvrage , donc si il n y a pas une signalétique spécifique , les erreurs seront probables ,et la réalisation d une épure compliquée voir impossible .
De plus comme expliqué plus haut, n importe quel charpentier doit pouvoir à tous moments reprendre n importe quel ouvrage ou épure en cours sans impacter le temps en cas de défection ou absence d un autre charpentier .

Sur un dessin d étude ou une épure à l'échelle 1, on doit immédiatement pourvoir identifier d un coup d œil ce qui est déjà tracé et ce qui doit encore être encore tracé, donc ne pas avoir à rechercher en permanence des traits de références.

La ligne de trave :

Cette ligne est la première que l on trace dans un dessin d étude ou une épure, elle représentera toujours la partie extrême basse du lattis, dépasses de chevrons comprises, ou l arase de mur si les chevrons sont en coupes de niveaux posé sur celle ci.
La ligne de trave se symbolise par une "clef de sol" que l on place au moins en deux ou trois endroits (bords et axe) pour l avoir toujours en visuel !
C est depuis cette ligne que toutes autres lignes de niveaux utiles qui seront tracées en parallèle de cette derniere .
Enfin c est sur cette ligne que serons tracé les mesures de largeurs du bâtiment et de ses murs ou poteaux, ainsi que le tracé d angle de la pente du toit .

La ligne d axe ou de centre :

Comme le nom l indique elle est le plus souvent au centre ou a l axe des épure de fermes , mais elle peut être déportée en cas de charpente à un pan ou bâtarde !
Dans tous les cas elle sera symbolisée par une croix et deux barrettes verticales pendantes ou des petits triangles à l image de deux drapeaux entrecroisés.
Cette ligne se trace perpendiculairement à la ligne de trave, et sera la référence d aplomb de tout traits ou tracés en parallèle de celle ci .

Nota : Ces deux lignes sont les principales références de tracés suivants , elle doivent être parfaitement perpendiculaires et se tracent à l équerre en dessin , et par Pythagore (3-4-5) au décamètre pour une épure .
Il faut les signaler de leurs symboles respectifs immédiatement après les avoir tracées .
Elle doivent être lignées largement dépassant le cadre de l épure pour pouvoir les retrouver facilement et pouvoir les retracer après effacement accidentel ou de frottement au sol pendant la taille .

3/La ligne de sol :

Elle représente le sol ou repose des poteaux ou des blochets, elle est symbolisée par une série de hachures croisées placées en horizontales sous celle ci .

La ligne de parquet :

C est le même tracé en parallèle de la précédente, pour identifier un sol fini (ex. chape carrelage ou parquet d étage) ou sa réservation dans un ouvrage de charpente,quand c est nécessaire, on symbolise la différence par des ondulations ou des hachures plus spécifiques pour bien la différencier de la ligne de sol .

Le ramèneret :

Le symbole sert à désigner une ligne de référence particulière. On le symbolise en forme de Z majuscule (Ex :On trace le ramenerets sur des poteaux qui se trouveraient sur une base accidentée , le ramèneret servira alors comme référence pour les aligner en hauteur à la pose et pouvoir prendre des mesures differentes au pieds de ces poteaux pour les couper ) .
En langage charpentier on dit "on laisse le bois au ramèneret"" pour les tracés de coupes à effectuer sur le chantier .

Le double ramèneret :

Il est utile lorsque deux références seront nécessaires au tracé, On le symbolise comme le précédent mais on lui ajoute un second "Z" plus petit .

Le trait de niveau :

Dans une épure de charpente, plusieurs niveaux différents sont parfois utilisés, en cela il faut les symboliser (ex . niveau d un sol + niveau d un appuis de fenêtre + niveau sur le linteau + niveau de panne ), pour cela on trace sur chaque ligne un signe en forme de "N" majuscule avec un arrondi, puis on nomme ce niveau (ex appuis fen , lint ,P etc ..) pourvu que cela soit compréhensible .

Le rez-mur :

Le symbole est le même que pour le sol par des hachures croisées, mais en position verticales!
Il symbolise l épaisseur d un mur ou une prise au mur par scellement d un bois (ex . sur le bout un entrait)

La croix d’occupation :

Déjà décrite dans le chapitre précédent pour symboliser la place d une pièce de bois d un coté ou de l autre contre un trait .

Il existe encore d autres marquages spécifiques de charpente comme les signes d Etablissements par rapport au bois ainsi que des marquages spécifiques à la taille que nous allons découvrir dans les prochains chapitres .
Pour l instant il faut déjà essayer de connaitre les signes principaux et la symbolique de chacun ci dessus pour pouvoir correctement les visualiser dans les chapitre suivants !
Par exemple nous reparlerons du tracé des signes de pannes en fonctions de la déformation naturelle des bois ou de l établissement pour du moisage .

Importance de l établissement pratique de charpente

Maintenant que l on connais les signes, il faut les placer judicieusement sur chaque pièces de bois qui vont être utilisés dans un ouvrage de charpente !
Ils ne se tracent pas au "au petit bonheur, la chance" mais d une façon ordonnée et raisonnée en fonction de la place et des contrainte qu une pièce peut avoir à supporter, ainsi que des qualités et défauts du bois dont elle peut être constituée .

A l origine, les bois étaient très bruts et accidentés (bois de brin expliqués plus bas), les charpentiers d'alors pratiquaient la mise en bosse toujours vers le ciel ! c est à dire la règle était toujours le cintrage bombé au dessus pour chaque pièce (fig 1).

De nos jours les bois sur liste d une charpente arrivent de scierie relativement droits et calibrés (fig 2) !

Ce bois toutefois "calibré" comporte encore des vices, cintres naturels et défauts (figs 3-4) qu ils faut prendre en compte et les contrebalancer afin qu il n endommagent pas un ouvrage de charpente !
C est pour cela que l établissement des bois par rapport à ceux ci est très important à connaitre et à maîtriser!

Par exemple une panne mal établie (flèche à l envers), continuera de fait à fléchir plus et feras un creux de toiture très inesthétique et assez perturbant pour le visuel (mauvais travail, sentiment d insécurité, obstacle à la vente du bâtiment, etc ..) !

Les bons charpentiers ne ferons jamais cette erreur car ils travaillent toujours pour faire une charpente "ventrière" ou "ventrue" , c est à dire que tous leurs bois seront avec le bombé toujours orienté vers le haut et vers l extérieur depuis la façade en cas de pièces posées d aplomb .
Ce principe fait que dès que la couverture étanche sera posée, la charpente se trouvera mise en tension et auras tendance à restée ventrue ou devenir droite naturellement .

Etude des vices et défauts du bois de charpente

Les déformations et vices naturels des bois :

Le bois de charpente est débité en pièces longues et imposantes, de ce fait les qualités purement esthétiques du bois importent peu de prime abord contrairement à la menuiserie par exemple !
Les charpentiers se concentreront sur les qualités pérennes et mécanique des pièces de bois .

Il existe plusieurs qualités de bois de charpente de nos jours, ce qui nous permet d allier esthétique et mécanique des bois en fonction des ouvrages !
ci dessous un lien très intéressant et complet sur les normes de qualités esthétiques et mécaniques des bois dans le commerce .

cndb.org/live/...structuraux.pdf

Nous n allons pas ici faire un exposé sur tout les vices et défauts du bois en général, mais nous concentrer sur ce qui est important en charpente .

Le bois n est pas une matière naturellement homogène contrairement aux bois recomposés ou reconstitués de type lamellé collé, de ce fait ils accusent des propriétés physiques à évaluer pour tailler dans de bonnes conditions une charpente pérenne.

Les déformations naturelles des pièces :

Les bois de scierie modernes , sortent des pièces assez régulièrement droites et équarries, mais malgré le savoir faire des scieurs, le sciage libère sur du bois "vert" des tensions opposées au cœur de l arbre , qui ont presque chaque fois tendances à s accentuer au séchage et donc les déformer .
En langage charpentier on appelle cela "le tire à cœur" .

Il existe quatre sortes de déformations (fig 1)!

A/ Le cintrage de champs:

Le cintre de champs, fait que la pièce de bois comporte une flèche sur sa largeur, et donne un champs creux opposé à un champs bombé .
Ce cintrage ne peu que s accentuer avec le temps d'autant plus si on lui applique une charge ! Donc logiquement un champs cintré se positionnera d office vers le haut (aux lapins apprentis on dit vers le ciel) (arbalétrier, pannes, entraits, chevrons , etc.).

B/ le cintrage de face ou plat :

Le cintre de face ou de plat, fait que la pièce de bois comporte une flèche sur son épaisseur, et donne une face creuse opposé à une face bombée .
Ce cintrage lui aussi ne peut que s'accentuer s'il est chargé .
Son placement logique sera ici en fonction de la destination de la pièce de bois (surtout pour les pannes) .

C/ le vrillage (ou gauchement) :

Le vrillage ou gauchement, crée une torsion plus ou moins sévère par séchage des fibres de bois gras autour des fibres de bois plus denses placées vers le cœur si celles ci ne sont pas tout à fait parallèles au sciage ou si l arbre a eu un vrillage naturel des fibres en grandissant (souvent arbres exposés au vent) .

Il faudra estimer ce vrillage qui peut être assez spectaculaire, voir écarter et échanger la pièce dans les cas extrêmes (poteaux, poinçons, pannes) ! De plus il faudra contre jauger (voir plus bas) pour y tracer et tailler des assemblages corrects .

D/ le tuilage :

Le tuilage, crée en séchant une déformation linéaire en creux d une face par rapport à l autre qui sera bombée, par la particularité du bois que l on appelle "le tire à cœur" .
Cette déformation naturelle est due au séchage du bois parfait se rétractant plus par rapport du bois de cœur !
Cette déformation en creux sera toujours opposée au coté cœur .
En charpente, on fait de cette particularité un renforcement des assemblages par pression naturelle ,particulièrement dans la technique du "moisage" .

Nota : Les bois de charpente comportent assez souvent plusieurs des caractéristiques ci dessus dans une même pièce, d'ou l'importance de les connaitre parfaitement pour évaluer et établir correctement et judicieusement !

Déformation des sections de bois :

Une pièce de bois vue par bout, nous donne depuis sa section des informations sur sa position originelle dans l arbre !

De ce fait à l étude des cernes et du coeur suivant ou ils sont placés on peut aisément estimer comment se comporteront les pièces de bois en séchant .

En effet, les charpentiers travaillent souvent du bois non sec du fait de l approvisionnement sur liste en temps réel, de fait l étude du bois de section permet de placer une pièce judicieusement pour que le séchage ultérieur n'affecte pas dans le temps la charpente ! (Ex le coté cœur pour le désabout d une contrefiche) .

Ci dessous les illustrations 2-3-4 nous montrent les différentes déformations de sections des pièces au séchage, suivant leurs emplacements d origines dans un arbre .

En résumé cela parait compliqué, mais quand on raisonne avec logique tout devient évident et les charpentiers confirmés savent au premier coup d œil placer et établir une une pièce presque instinctivement !

Les défauts du bois en charpente

Le bois de charpente étant de grandes dimensions, ils comportent toujours des défauts naturels des bois !

Les charpentiers choisissent généralement leurs pièces en fonction de la place quelles occuperont, mais ne cherchent pas nécessairement à cacher les défauts du bois (nœuds, poche de résine, petites fentes, etc ..), par contre ils rejetteront d office les défauts majeurs qui pourraient endommager ou affaiblir voir fracturer un élément de charpente (fig 5) . (ex. Le fil tranché, le bois fendu traversant, et les gros nœuds, Des fissures visibles, des coups de scies accidentels etc .)

Enfin on peut retailler des pièces courtes dans les pièces longues comportant un défaut majeur en l éliminant, et un charpentier essayera au maximum de placer les bois apparents en fonctions de la qualité esthétique visuelle et des défauts à dissimuler par le placement judicieux des pièces par rapport aux autres sans toutefois changer l orientation utiles d établissement (voir le chapitre suivant) .

Etablissement pratique des pièces en fonction des déformations et défauts

Une liste de bois arrive généralement par camion, empilée et liée, le déchargement est fait par une grue .
Dans ce paquet il y aura plusieurs bois de même dimensions dévolus à la construction d une charpente (Fermes, pannes, chevrons , etc..) .
Il faut à mesure que l on manutentionne ces bois depuis le conditionnement, les choisir et les établir en fonction de chaque pièces à mesure .

Etape 1 : Dès que l on prend une pièce, à l œil on détermine le champs bombé et on lui appose la croix d établissement !
De cette façon il n y auras plus de risque d erreur de placer la flèche de cintre à l envers .

Etape 2 : Directement sur le tas, ou en la plaçant sur des tréteaux, on l établit avec le signe en fonction de la place que l on lui attribue .

Etape 3 : Si c est un bois de ferme, on vas le placer près ou sur l épure à mesure .
Si c est une panne autre qu un faîtage ou une sablière on la taille directement et on coche notre plan de panne puis on la rempile bien à plat et lattée de suite en essayant de préserver l ordre des travées .

Etablissement d une panne faîtière :

La ou les pannes faîtières doivent être choisies les plus droites possibles et le champs bombé vers le haut, Elles comporteront des délardements sur les arêtes supérieures qui recalibreront le bombé en droit .(fig 1)
Si une faîtière est muraillère dans le cas d un auvent, il est évident quelle doit être de préférence bien droite .

Etablissement d'une panne intermédiaire en devers :

Une ou des pannes intermédiaires en devers peuvent être cintrées dans les deux sens cela n'a pas d importance, par contre il faut placer ces cintres judicieusement ! (fig 2)
Le bombé de champs vers le haut, et le signe d établissement impérativement sur le face creuse !
En effet, cette panne sera posée dans le sens de la pente de toiture et auras tendance à fléchir en descente, donc le fait de lui mettre le creux vers l extérieur contrebalancera de fait sa tendance à son fléchissement naturel dans le temps .

Etablissement d'une panne intermédiaire en aplomb :

Ici on fait exactement le contraire ! On place le bombé de champs toujours vers le haut, mais on place le signe d établissement sur le coté (ventru) bombé du plat vers l'extérieur . (fig 3)
En effet une panne d aplomb reçoit le poussée de toiture vers l intérieur, donc il faut l empêcher de creuser. Dans le langage populaire on dit "pannes ventrières" ou "faire la bulle"

Etablissement d'une panne sablière :

Les pannes sablières (portées) s'établissent toujours sur la face bombée vers l extérieur et le champs bombé vers le haut, puis elle sera délardée sur l'arête ce qui redressera le repos des chevrons . (fig 4)
Dans le cas d une sablière placée à plat sur l arase , on procède de la même manière (bombé en haut et extérieur) .

Nota : Il est rare d établir les pannes sablières à plat sur les arases, leurs délardement faisant foi !

Etablissement de moises :

Les éléments moisés s'établissent toujours en mettant le coté cœur dans les extérieurs en oppositions et les champs bombés vers le haut !
En effet les déformations du bois qui se font naturellement opposées au cœur et qui seront boulonnées ne feront que resserrer en permanence les moises sur les bois enserrés (Arbalétriers, poinçon, et jambes). (fig 5)

Etablissements des poteaux et poinçons :

Les éléments carrés doivent êtres établis en essayant de les placer dans le sens de poussée de l'arbre vers le haut ( sens des nœuds, des flammes de sciage , du flache), et le coté cœur face aux intempéries pour des poteaux (le bois de cœur étant plus dense résistera mieux à la pluie) .
Pour un poinçon, le bois coté cœur sur la face de la ferme de préférence pour équilibrer la pression sur un même bois les assemblages de contrefiches et des arbalétriers, et surtout si le bois fend linéairement coté cœur il sera maintenu par la même pression (idem pour des poinçons de sections rectangulaires). (fig 6**)

Etablissements des autres pièces de charpente

Les arbalétriers toujours avec le champs bombé vers le haut .

Les entraits simples toujours avec le champs bombé vers le haut .

Les jambes de forces, liens, et contrefiches, il faut essayer de mettre le champs des bois le plus dense coté cœur aux pressions de désabout des pièces .

Les chevrons s établissent avec la croix sur le champs bombé pour ne pas avoir à rechercher leurs sens perché sur le chantier !.

La plumée de dévers, le contre-jaugeage et le lignage

Cette étape était chaque fois pratiquée jadis par les charpentiers, elle consiste à tracer des lignes de références sur les quatre faces principales de toutes les pièces de charpente.
En effet avant d avoir des bois équarris de scierie moderne, les bois étaient prélevés directement ""bois de brin"" ce qui signifie que l on équarrissait à la hache, doloire ou scie de long un tronc ou une branche entière brute et cœur, contenant inscrite dans la masse la pièce désirée .

Ces bois étaient rarement droits, plats, ou dégauchis, ou encore être arrondis aux angles à cause du flache restant au sciage ou équarrissage !
Donc avant de les utiliser il faut pouvoir les positionner dans un ouvrage de façon la plus équilibrée possible pour optimiser leurs résistances et aligner leurs assemblages !

Enfin, les pièces tracées sur l épure ne correspondent pas toujours avec la section des bois choisis, donc on passera par les lignes d'axes, l ensemble est appelé la fibre neutre (axe des pièces de bois) pour positionner la pièce sur la 'ligne" et pouvoir la "piquer" et toujours avoir une référence alignée et d équerre pour les différentes opérations de taille et vérifications d'ajustages !

c est ce que l on appelle La plumée de dévers, le contre-jaugeage et le lignage ! (fig 3)
Cette méthode ancestrale est encore utilisée de nos jours par les charpentiers dans des ouvrages comprenant du bois de réemplois (ex colombages traditionels) .

Ci dessous, l illustration d'exemple nous montre une pièce de bois gauche et cintrée à ligner, le principe s appliquera à toutes pièces cintrées, rondes, tordues, etc... ,petites ou grandes !
Il est important dans la réalité de débiter la pièce en longueur + la réservation d assemblages et d avoir fait deux coupes franches de propreté aux abouts de la pièce à ligner pour pouvoir faire des tracés soignés .

On procède en trois étapes, à l'aide d un niveau, d une jauge de charpentier (Voir illustration), d un crayon et d une lignette ou cordex ou un cordeau traditionnel (à la poudre de craie ou noir de suie (préférable car moins sale que le bleu car ils s effaceront avec le temps ) .

Etape 1/ La plumée de dévers :

a/ En premier lieu , il faut placer la pièce désirée sur des tréteaux ou des chantiers, sa face choisie vers le haut, puis installer au centre en travers et perpendiculairement le niveau à un endroit ou il est stable .

b/ Par rapport au niveau on cale notre pièce avec des coins bien placés pour partager le gauche, et dès que tout est stable on trace le signe de plumée qui servira identifier et placer la face choisie vers le haut sur l épure et à replacer le niveau si besoin pile à l endroit ou il doit servir de référence en cas d utilité .

Le signe de la plumée se trace par un trait de chaque cotés de la semelle du niveau, puis des ondulations en miroir. (fig 2)

Nota : Si la pièce est légère ou très en balourd il ne faut pas hésiter à recourir à des serres joint ou des quilles pour la maintenir en place une fois calée de niveau sur la plume , car il est important que rien ne bouge pour les étapes suivantes !

Etape 2/ Le contre-jaugeage :

a/ A l aide de la jauge de charpentier et du crayon il faut tracer les axes de la fibre neutre de notre pièce sur les deux abouts par diagonales depuis les arêtes .
Quand il y a du flache à la place d un angle, on prend le milieu du plat de celui ci comme référence .

b/ Ensuite à l aide du niveau, nous traçons depuis les points d'axes une horizontale et une verticale sur chacun des abouts .
Nous découvrons alors que les lignes horizontales de niveau et verticales d'aplomb ne sont pas parallèles aux faces, mais elles donnent une moyenne parfaitement équilibrée sur une pièce gauche d un bout à l autre .

Etape 3/ Le lignage :

Il ne reste plus qu à tracer les lignes de références sur les quatre faces à l aide du cordeau ou de la lignette, et répéter l'opération pour les autres pièce de la charpente .
En langage charpentier ""Battre du cordeau !""(fig 4)

En résumé, cette opération nous permettra de pouvoir tracer des assemblages équilibrés sur un bois équilibré placé dans une charpente, ce qui lui permettra de faire son travail de façon optimum grâce à des assemblements dans une logique parfaitement géométrique depuis des bois tordus ou accidentés sans références à la base .

Par exemple imaginons cette pièce gauche avec des tenons non parallèles sur les abouts, elle serait assemblée en force, gauche, et risquerait casser ses assemblages ou même faire gauchir la ferme ou elle serait placée .
Enfin une pièce de charpente comme un poinçon par exemple reçoit des assemblages sur ses 4 faces, dans une logique perpendiculaire vu en plan! Donc il faut bien avoir une référence (la fibre neutre (axe des pièces de bois)) pour que cet ordre soit respecté pour réussir des assemblages cohérents sur des pièces de bois accidentées (fig 3).

Les marquages de taillages

Quand on tracent les assemblages sur les pièces de bois, un marquage spécifique permet de ne pas faire d erreurs d usinages et d'identifier au premier coup d œil les opérations à exécuter .
Ces marquages sont parfois différents d un atelier à l autre, je vous transmet ceux que nous utilisions (on les retrouves en menuiserie) .

Le trait à couper :

Il sera toujours matérialisé par une croix centrée sur le trait de tracé ! Il représentera toujours une chute qui tombera qui elle sera hachurée coté épaisseur de lame .

Le trait "à suivre :

Il est matérialisé par une série de trois croix, ce qui signifiera qu il sera pointé en profondeur et qu il restera du bois dessous (ex. tracés d entailles, de moisages ou d embrevemnts )

Le bois chute :

Il est matérialisé par des hachures, ce qui signifie que cette partie tombera (ex .about ou champs d entailles traversantes .

Le bois à entailler et arasements :

On le matérialise par des formes rondes (entailles, arasements) ou avec des larges ondulations (entailles de moisage), ce qui signifie que ces parties doivent être enlevées mais qu il reste du bois dessous .
C est la méthode que je préconise, car elle permet de chaque fois d'être vigilant par rapport aux différentes profondeurs de pointage qui se trouveraient dans un même ouvrage .

La mortaise :

Le marquage de mortaise se fait avec une série de ronds, à l image que jadis on faisait une série de perçage à la tarière pour dégrossir une mortaise .
Si une mortaise est accompagnée d un embrèvement ,on oublie pas les trois petites croix du coté désabout .
Un signe de mortaise récurant est aussi fait d une flèche tracée entre les traits de joues avec deux demi-pointes montrant les about de celle ci

Le trou à percer :

Généralement une croix mesurée tracée aux instruments qui marque l emplacement axé du perçage, on peut aussi lui ajouter un rond pour le repérer plus facilement .

La croix d’occupation :

Déjà cité plus haut elle sert sur l épure, et sur les bois ce sont des croix assez grandes placées de part et d autre d un trait pour pouvoir situer une superposition de bois (ex. trait de panne sur un arbalétrier, le coté panne par une petite croix et le coté échantignole par une croix plus allongée ).

La prise en scellement :

Les bois encastrés et sellés dans un mur, se matérialisent par le marquage rez de mur , mais on ne trace pas de croix de trait à couper sur le trait de tracé !

Le bois de charpente

Avant de rentrer dans le vif du sujet sur la construction de charpentes, il faut apprendre quelques notions sur le bois dont elles seront constituées !

En excluant les charpentes de types fermettes et autres fabrications industrielles, pour les charpente traditionnelles il y a trois grandes familles de bois à utiliser pour leurs élaborations .

1/ Les bois de réemplois :

Le réemplois de matériaux d occasions est récurent depuis la nuit des temps dans la construction, il faut penser que les anciens ne perdaient rien et poussaient souvent la récupération de matériaux à ces extrêmes limites, avant de partir sur du neuf (Eh oui on à rien inventé !!! ) (fig 1-2) .
En charpente c'était pratiques courantes, et tout le monde à déjà aperçu des mortaises ou des entailles qui n ont pas d'utilités ça et là dans des bois de charpentes anciennes.
De nos jours la vente de matériaux d occasions est devenu un commerce assez banal .

a/ Avantages des bois de réemplois :

Ces bois sont en premier lieu très secs, durs et résistants, ils permettent de construire des charpentes apparentes du plus bel effet parfaitement intégrables dans de la restauration authentique ou de la construction ou rénovations de bâtiments aux cachets anciens ou rustiques.
L'usage de ces vieux matériaux est assez prisés malgré une mise en oeuvre assez coûteuse .
Hormis les bois de sapins et l éventuel aubier piqué, ils n ont en général pas besoin de traitement pour les feuillus (Chêne, orme, châtaigner) ou les pins et le mélèze.
La taille de charpente en bois de réemplois est un travail très intéressant à pratiquer car elle démontre le savoir faire des charpentiers confirmés !

b/ Inconvénients des bois de réemplois :

L'approvisionnement complet des pièces d un ouvrage de charpente, les prix parfois prohibitifs, les vices cachés par la saleté des bois d occasions, les corps étrangers (clous, béton, morceaux de pierres ou de tuiles dans les gerces, souvent beaucoup d aubier, etc ..).
Le taillage qui demande beaucoup de manutention, nettoyage et blanchiment (Brossage, nettoyage haute pression, arrachage et recherche des clous, rabotage à main, plane, etc ..), et un tracé de piquage plus compliqué (plumée, contre jaugeage et lignage), suivi d une exécution plus délicate des assemblages .
Enfin il y a de la perte assez conséquente de matière et un besoin plus important d'affûtage et d entretient de l outillage .

2/ Les bois équarris de scierie :

Tous le monde le connais, et une grande majorité des charpentes traditionnelles se taillent en bois toutes essences charpentières, neufs équarris de scierie (fig 3-4).
Le bois est traité au bain pour la charpente et l'usage dans le bâtiment directement en scierie ,et peut être séché (son degré d'humidité doit être compris entre 13 et 17% pour être considéré sec).

a/ Avantages des bois équarris :

Ce sont des bois de sections normalisées débités parallélépipédiques ainsi que des qualités visuelles différentes qui permettent une mise en oeuvre simplifiée.
Ils sont souvent assez bien purgés de défauts majeurs et du cœur (sauf les très grosse pièces) .
Les variantes des nombreuses cotes des sections et de longueurs donnent un champs de choix applicables à chaque cas particulier de dimensionnement des éléments d une charpente .
Les feuilles de débit de bois bien faites ne provoquent pas de gaspillage ni de chutes importantes .
Il peut être traité au bain , et aussi étuvé avant d être livré ( délais parfois longs) ou encore il peut être autoclavé, c'est à dire sec (réssuyé) et traité à cœur.
Ils est aisé de les blanchir au rabot électrique de charpente et ont de bonnes faces d appuis des autres outils électro portatifs .
La finition fine pour de l apparent (ponçage et teinte/peinture) se fait assez facilement (en bois sec ou ressuyé de surface).
Il est facile à empiler et de le conditionner pour du transport ou du levage .
Ils n y à pas de problèmes à tailler des bois "verts" pour des charpente en combles perdus ou des communs !

b/ Inconvénients des bois équarris :

Les bois de charpentes sont rarement secs naturellement, leur approvisionnement étant souvent en temps réel et le traitement au bain sur du bois "vert" n est pas très efficace ,il faut parfois refaire le traitement des bois après la taille et un peu de "réssuyage", ou encore la teinte rouge ou jaune de témoins de traitement encore humides tachent les bois rabotés un peu plus secs .

De ce fait ils sont souvent assez lourds au levage et plein de sève ou résine collante, ils travaillent beaucoup au séchage après la taille et la pose ce qui peut poser des problèmes d esthétiques en apparent ou de déformations si le charpentier n'a pas les compétences pour anticiper in situ et contrebalancer ainsi le séchage à posteriori (Fluage, désolidarisation d'assemblages, fendages mal situés ' ect ..) !
L entreposition des bois demandes de la réflexion et de la place .
Les outils sont souvent à nettoyer et à essuyer à cause des résines, des sels de traitements non secs et de l humidité .
En cas de pose en hiver par gel, les bois humides gèlent et deviennent très glissants .

3/ Les bois en lamellé collés :

De nos jours l'approvisionnement en bois lamellés collés est assez rapide, et il y a beaucoup plus de sections différentes disponibles et de grandes longueurs possibles, ce qui permet de créer des ouvrages de charpentes renforcés et/ou parés d une certaine esthétique très design (fig 5-6).

a/ Avantages des bois lamellés-collés :

Les bois lamellés sont secs et stables, calibrés droits et rabotés, ce qui en fait une mise en oeuvre très simplifiée (piquage des bois à la pièce carrée ou à l équerre, pas de polene ).
Les bois peuvent être appareillés de façons plus audacieuses pour des esthétiques innovantes .
Le lamellé collés se ponce et se teinte et se vernis aisément, ouvrant un peu plus le domaines des possibilités et de choix de décorations .

b/ Inconvénients des bois lamellés-collés :

Les inconvénients se situes surtout à la manutention et levage par le poids de matériaux conséquents, et de fait en plus la relative "fragilité" aux rayures, chocs, taches, mouillages et intempéries qui pourraient y être apposés, ces bois étant considérés comme "finis" voir même déjà vernis, on donc doit les manœuvrer avec beaucoup de précautions quand il s'agira d'ouvrages apparents et/ou design !
Certaines colles utilisées dans la fabrication des lamellés collés sont assez dures et silencieuses , peuvent endommager l outillage .

Les cotes standard de bois de charpentes traditionnelles

Généralement nous avons accès facilement à des sections standardisées pour une longueur usuelle de 6 mètres !
Après c est du débit sur liste avec des proposition de longueurs jusqu à 12/15 mètres suivant les essences de bois !
Enfin on peut évidemment demander à la scierie du sciage à façon des sections non standard que l on désire mais en général c est plus cher !(par exemple pour un plafond à la française)
Suivant les différents distributeur ou scieries régionales, il y a parfois des petites variantes d appellations .

Les poutres de sections carrées :

Elles sont principalement destinées à l élaboration de poinçons et de poteaux !
Dimensions standards : 12 x 12 cm /// 15 x 15 cm /// 20 x 20 cm.
Dimensions sur liste : 25 x 25 cm /// 30 x 30 cm.

Les sections de Madriers (ou pannes) :

Dimensions standard : 8 x 22 cm /// 10 x 22 cm (l ancien 10 x 20 cm est généralement abandonné au profit du 10 x 22 cm ).
Dimensions sur liste : 12 x 24 cm /// 15 x 25 cm.

Les sections de bastaings et demi-bastaings :

Pour des bois de charpente secondaires, ex : Grosses sablière à plat, bois de lucarnes, petit auvent, appentis, chevrons cintrés, etc ...

Dimensions standard : 8 x 15 cm /// 8 x 18 cm .
Dimensions standard : 4 x 15 cm /// 4 x 18 cm .

Les sections demi-madrier (solivettes) et (plateaux de maçon) :

Dimensions standard : 4 x 21 cm ///5 x 25 cm .

Les sections de chevrons :

Comme le noms l indique, sections de bois destinés au chevronnages ainsi qu aux sablières sur arasement de mur (8/11 ou 8/12 cm) .

Dimensions standard : 6 x 8 cm /// 7 x 9 cm /// 8 x 8 cm /// 8 x 10 cm /// 10 x 10 cm /// 8 x 11 cm ou 8 x 12 cm .

Demi-chevron (lambourde et fourrure) : 6 x 4 cm /// 8 x 2,7 cm .

Les sections planches, voliges et lattes (4 mètres à 5 mètres en standard :

Dimensions standard planches ep 27 mm : Largeur de 15 cm (chenaux) , 18 cm, 20 cm, 22 cm, etc ..
Dimensions standard voliges ep 15 et 18 mm : Largeur de 10, 12, 15, 18 cm
Dimensions standard lattes : 27 x 40 mm /// 18 x 27 mm /// 18 x 40 mm /// 30 x 30 mm .

Les bois lamellés collés : Ici la plaquette d'un fabriquant intéressante et assez détaillée avec des sections de fabrications et résistances !

binderholz.com...tholz_F_WEB.pdf

Les essences de bois en charpente traditionnelle

Les essences de bois indigènes et locales étaient utilisées jadis par la nécessité de prélever sur place, ainsi que les architectures différentes régionalement, c est pour cela que l on trouve à peu près de tout parfois dans les ouvrages de charpentes des bâtiments anciens et rustiques .

Les essences étant principalement le chêne, le châtaignier (actuellement attaqué par un insecte exotique) ,(l orme ayant pratiquement disparut hélas, n est plus utilisé) pour les feuillus et les sapins (Jura, Vosges, douglas) , épicéa, les pins (maritime, des Landes, Sylvestre) et mélèzes pour les résineux .

Le peuplier qui est une essence facile à trouver et à mettre en oeuvre et résistante aux insectes mais qui à été délaissée de nos jours en charpente.
Toutefois on débite toujours le peuplier pour du voligeage notamment !

Le robinier ou "faux acacia" est parfois utilisé , mais il est tellement dur et nerveux au séchage qu il est souvent rejeté, par contre en bois fendu puis raboté, il est idéal pour façonner les chevilles de charpente .

Si dessous quelques résultats d ouvrages de charpentes en différentes essences . Dans l ordre, chêne, châtaignier, salin, douglas, pin des landes, mélèze .

Masses volumiques des bois de charpente :

La masse volumique des différents bois humide et sec sont parfois à connaitre et à estimer dans des calcul de charpentes (Poids de chargement d une charpente complète par exemple pour grue ou transport ) ,
ci dessous les principales essences qui nous intéressent !

On lit les masses pour 1 mètre cube de bois . Pour du bois "mi-sec" on fait la moyenne pour estimer .

Chêne : vert +/-1000 kg -sec +/- 690 kg
Orme (ormeau) : vert +/-1050 kg -sec +/- 690 kg
Châtaigner : vert +/-1050 kg -sec +/- 620 kg
Robinier : vert +/-770 kg sec +/- 660 kg
Sapin blanc : vert +/-940 kg -sec +/- 450 kg
Épicéa : vert +/-840 kg -sec +/- 470 kg
Pin sylvestre : vert +/-900 kg -sec +/- 530 kg
Mélèze : vert +/-860 kg -sec +/- 580 kg
Pin Landes: vert +/-800 kg -sec +/- 400 kg
Douglas : vert +/-620 kg -sec +/- 450 kg

Lamellés collés : aux environs de 500 kg/m3 pour les lamellés résineux, supérieure à 700 kg/m3 pour le bois lamellés de chêne .

Traitement et séchages des bois de charpentes

Traitement au sel de bore :

Les bois de charpentes contemporaines sont traités préventivement généralement à la sortie de scierie par bain de sel de bore, considéré comme biologiquement accepté !
Le Sel de Bore est à la fois un excellent insecticide et un antifongique (anti champignons et moisissures).
Il est aussi ignifuge (il ralenti la propagation du feux) .

Le Sel de Bore peut aussi être appliqué curativement sur un bois déjà infesté par pulvérisation, infiltration ou imprégnation , car il permet de faire disparaître les insectes et champignons qui ce sont installés .
Un sac de 1 kg sel de bore mélangé a de l eau chaude pour la préparation permet de faire environ 9/10 litres de traitement .

Traitement autoclave :

Principe très utilisé de nos jours, il permet de traiter le bois "à cœur" en plus de sécher les bois !

Les bois sciés "verts" sont enfermés dans l autoclave, celui ci par le vide extrait l humidité du bois, puis il est traité sous pression par un agent de traitement, et enfin on refait le vide pour ressuyer le bois en surface !

Les séchoirs :

Il est rare l'heure actuelle de voir des entreprises de charpentes avec un stock de bois séchant à l air libre, avec l imposition sur le stockage, les métiers du bois dont les charpentiers doivent se fournir en temps réel .
Les scieries, s' équipent donc de plus en plus en séchoir pour palier à la demande croissante de bois secs .

Trois grands principes de séchage artificiels : Les séchoirs à haute température, Les séchoirs à basse température, Les séchoirs par le vide (associés au traitement).

Quand un chantier de charpente est projeté, il faut appréhender l'ouvrage à réaliser de façon réfléchie pour que tout les postes qui vont se succéder à l élaboration, soient identifiés et considérés ensembles afin de parfaire un travail finalisé dans les règles .
Avant de passer aux chapitres sur la constructions pratiques de charpentes, nous allons détailler globalement les principales étapes d'un chantier complet pour nous familiariser avec la logistique du métier de charpentier.

Le mot "chantier" de charpente considère toute la progression des étapes d'un ouvrage depuis la demande du client jusqu'à la mise en place finale de celui ci.
Les charpentiers jadis travaillaient exclusivement directement sur "le chantier" et n'avaient pas d atelier, ""les coteries" installaient alors "leurs loges" sur place pour toute la durée d un ouvrage de charpente !

Organigramme de construction d une charpente

Les postes à prendre en comptes sont multiples, nous allons les expliquer dans l intégralité sachant que chaque ouvrage de charpente est généralement singulier dans ce que l'on nomme dans le métier "chantier facile ou difficile" ou parfois "bois gentils ou bois méchants" (fig 1-2).

Une charpente quelle qu'elle soit, va se placer au final sur un bâtit ou servir de bâtit elle même, pour ces raisons il est évident d'aller in situ pour définir le projet et prendre les mesures.

Si un plan est donné par l architecte ou le particulier, il sera de toutes façons incontournable de se rendre sur le chantier pour du travail traditionnel, afin d'avoir les principales informations nécessaires au moins pour la "taille", et pouvoir visualiser virtuellement dans l espace l'ouvrage de charpente à construire .

1/ L environnent du chantier :

Dès l arrivée sur place, un charpentier professionnel visualise de façon globale la géographie complète de son futur chantier tout en s'assurant que les permis de construire soient acceptés et s'il n y a un cahier des charges qui peut impacter l'ouvrage charpente (urbanismes spécifiques, zone historique, contraintes régionales, etc ..) .

L accessibilité : L accès au chantier est une donnée très importante, car elle permet d évaluer des plus-values en temps et du devis (Distance, déchargement, stationnement, manutention, levage, protection du site et/ou des passants, chantier public ou privé, signalisation, etc ...), .
On imagine bien par exemple la différence entre un accès pour une grue ou devoir monter tout les bois "à l os" ou encore faire des demandes administratives pour poser de l échafaudage sur voie publique .
Bref le champs est large, donc les questionnements doivent être précis .

Le chantier proprement dit : Il faut évaluer ici les difficultés liées au bâtit en lui même et du matériel à mettre en oeuvre (hauteur de l édifice, protections des étages inférieurs (bâchage) , nature des parois (fragilité ou/et précaution à la finition de celle ci (ex crépi neuf), nature des sols, sécurité face au vide et/ou des habitants, accès par escalier, fenêtre ou portes, possibilités de tailler sur place, etc ... ) (fig 3-4).

Les corps d états présents sur le chantier : Ce sont principalement les maçons, qu il faut essayer de contacter au plus tôt, voir même faire une réunion de chantier en commun.
Dans beaucoup de cas de charpente, le maçon demandera le plan de pannes pour ses arases et pignons, ou un plan d implantation de dés de fondations pour des poteaux ou fermes, ce qui lui gagnera du temps.
Les maçons ont souvent une grue ou un manuscopique sur le chantier, donc en contrepartie des plans d implantation des bois il apparaît pratique de travailler en collaboration avec eux pour le levage futurs grâce à leur grue (gros gain de temps) .
Il est utile aussi de s'entendre avec le couvreur qui lui aussi peut parfois collaborer "en échange de bons procédés" !

2/ La prise de cotes :

Nous aurons un chapitre entier sur le sujet, en attendant c est un moment très important dans l édification d une charpente !

En effet, c est ici que les informations pratiques devront etre très précises en terme de cotations, d angles, de niveaux, de considérations d aménagements, de réservations, définitions de finitions ou styles particuliers (copie d ancien, moulures, sculptures), essence, etc ..
La transcription sur le plan de l architecte, ou sur un bloc quadrillé devra contenir toutes les données cotées et vérifiées pour l étude . (Une erreur de prise de cote est généralement fatale dans une charpente) .
De nos jours les professionnels ont du matériel performant pour prendre les mesures précises et sans avoir à faire le "singe" pour cramponner le décamètre seul d'un point à l autre du bâtiment à couvrir .

3/ L étude :

L étude est l étape qui permet grâce à la prise de cotes, de tout visualiser précisément et définitivement par dessins et calculs pour un ouvrage avant de passer à la construction pratique.
Pour des ouvrages complexes, c est ici que l on doit maîtriser "l'art du trait de charpente" ,car il faut parfois développer des arêtiers, noues, et/ou courbes, pour avoir des longueurs de bois et des tracés non connus en simple élévation sur le dessin . .

L'étude permet donc de faire un dessin précis à l échelle (1/10, 1/20, 1/50) correspondant aux futures épures des diverses parties stratégiques d'une charpente, afin de définir le débit de bois, les portées, les sections de bois, les emplacements exacts des différentes pièces .
Le dessin préparatoire peut ce faire sur feuilles quadrillées à petits carreaux, c est un procédé pratique car le quadrillage et millimétré en 5 x 5 mm ce qui permet une approche facilité des tracés (fig 1).
On peut aussi faire le dessin étude "à la planche" traditionnellement (fig 2)!
De nos jours, l'informatique permet de faire du plan 2D ou 3D facilement et très précisément et de dupliquer les documents aisément (fig 3-4).

Enfin sur un panneau de bois ou sur feuilles pliables, on fait une épure cotée au 1/10 ou 1/20 du plan de pannes à fournir au maçon pour ces finitions d arases et de pignons (fig 5).

4/ La commande des bois :

S'approvisionner en bois de charpente est parfois délicat dès que l on passe à des projets imposants, suivant l'essence, du bois composites hors cotes standards, du bois de réemplois, du séchage ou des finitions ou styles désirés .
En effet, les approvisionnements doivent être pris en compte et placé judicieusement sur le timing d un chantier pour ne pas avoir de retards néfastes sur le bon déroulé des opérations .

Dans un projet privé, il est généralement assez aisé de préparer son chantier, et de prendre le temps pour s'approvisionner.

Si le client fournis le bois, il faut s'assurer que les sections ou l'essence soient compatibles avec le projet, et considérer aussi la préparation des bois de réemplois (arrachage de clous, nettoyage, etc ..)

Voir le chapitre précédent : Les bois de charpente

5/ Le tracé d'épures :

C est ici l étape majeure de la construction d'une charpente autre que de la simple pannes sur pignons.
Elle servira au traçage précis des fermes et d'autres éléments par piquage des bois depuis le tracé d épure réalise au sol à l'échelle 1.

Il faut avoir un endroit dévolus à cela (sol de niveau, dalle de béton, plancher)(-fig 1-2) , ou le créer en façonnant un plancher provisoire nivelé assez grand pour accueillir l épure et assez solide pour supporter la charge des bois (fig 3).

Toutefois une terrasse, une surface de béton ou une surface enrobé assez planes sont compatibles comme zones de tracés d épures et de taillage d un ouvrage de charpente, un faux niveau minime +/- 10 cm n'impactera pas les bois calés de niveau pour le piquage, par contre il faudra bâcher les tracés en plain air .(figs 4)

Le dessin d étude précédemment expliqué, permet aussi de déterminer la superficie utile à la zone d épure et de taille nécessaire à un projet .

6/ La "taille" de la charpente :

L'usinage des bois de charpente se nomme la "taille" chez les professionnels, du verbe tailler que l on à conservé depuis des temps reculés .

A l'heure actuelle, hormis les fabrications industrielles, une charpente se taille en atelier ou in situ au bas du chantier .

L outillage spécifique des charpentiers fait que l'on peut tailler n'importe ou pourvus que l on ait accès à de l Electricité et un espace pour tracer une épure !
Les bois étant généralement assez imposants, on rabote (blanchissage) les bois et on taille les assemblages à l aide de machines électro-portatives traditionnelles et/ou spécifiques de charpente, ainsi que de l outillage traditionnel à main .
Pour de la finition "fine" (ponçage) on utilise la ponceuse à bande pour du surfaçage droit ou courbe et excentrique dans des parties creuses .

Ci dessous quelques exemples de machines électro-portatives spécifiques que nous détaillerons précisément dans un prochain chapitre concentré sur l outillage et façonnages des assemblages de charpente .

7/ La pose de la charpente :

C est le moment final, c est ici que l on découvre le résulta du projet réalisé à son emplacement définitif, et surtout si toutes les étapes ont étés parfaitement exécutées !

Le levage de la structure principale est généralement le point le plus sensible en termes de difficultés .
En effet les bois sont longs, lourds, et parfois à manutentionner avec précautions quand on est dans un environnement particulier ou que l ouvrage lui même serait apparent .

La pose traditionnelle se fait toujours couramment à la main (cordes, échelles, échafaudages) dans des ouvrages de faibles cubages "bois gentils" , ou alors avec des engins performants qui peuvent éventuellement être loués pour des ouvrages imposants, haut ou "difficiles ou bois méchants" .

Puis enfin viens le chevronnage et autres éléments secondaires et de finition (lucarne, fenêtre de toiture, frisette, bandeaux, etc ..), qui termineront le "chantier de charpente" !

En résumé, voila à peu près à quoi on doit être attentif au cours d'un chantier de charpente, il est important de visualiser tout cela avant d'allez plus avant dans le détail pour encore une fois bien identifier chaque étapes au cours des prochains articles pratiques .

On réalise bien ici que la charpente est un vrais métier, ou aucune improvisation n'est permise, et qu'un charpentier digne de ce nom est un Homme de l art qui maîtrisera parfaitement son art qu'après au moins 10 ans de travail assidu !!

Apres avoir défini un ouvrage de charpente, il faut maintenant prendre toutes les mesures nécessaires à son étude et sa réalisation .
La prise de cotes sous entend que la visualisation globale et les spécificités complète du chantier ont étés ingérées, comme expliqué dans le chapitre précédent (ex : il ne agit pas de placer une ferme sur le linteau d'une baie ou des bois dans une cheminée !!)

Il faut bien entendu se munir de quoi mesurer précisément en fonction de la singularité de chaque chantier, et de quoi transcrire proprement les mesures (bloc A4 petit carreaux, ou /et plan de l architecte, crayon, double décimètre, réglet, etc ) .
On doit se munir en plus de mètre, décamètre et/ou télémètre, d'instruments pour définir des niveaux, des angles et alignements (règle, niveau (traditionnel ou laser), cordeaux, cordex à tracer, crayon de maçon, etc ..
Il faut parfois prendre des échelles ou escabeaux pour atteindre des points hauts.

Prise de cotes du plan d'ensemble (vue en plan) et plans de coupes

Une prise de cote de charpente se fait en deux temps :

A/ Retranscription de cotes et d éléments utiles sur un plan d ensemble du bâtit ou vue en plan dans le jargon charpentier.
B/ Retranscription de cotes et d'éléments utiles sur un ou des des plans de coupes ou de façades suivant les besoins.

La prise de cote doit être particulièrement soignée et bien lisible, il faut penser que l'étude qui en découlera, ne souffre pas qu'il ait des erreurs qui seraient dommageables ou fatales à la finalité du chantier !

Comme n'importe quelle construction, on mesure et on réalise un plan d ensemble du bâtit vue de dessus ou littéralement"la vue en plan" chez les charpentiers, qui situera les cotes extrêmes du bâtiment à couvrir, ainsi que ses axes de faîtages, ses murs en épaisseurs (porteurs) extérieur et intérieur et/ou de son empreinte au sol (plan de masse) si c est un ouvrage autoporteur (car port, hangar, atelier, auvent, kiosque, etc.).

Puis on passe à des plans de coupes ou de façades suivant les besoins.
Les plans de coupes comprendront le relevé de mesures en élévation des différents niveaux nécessaires aux tracés d'épures et de conceptions (ligne de trave, sols, arases, pignons, faîtage ,etc ..) .

Enfin des plans de façades sont utiles en cas de lucarne maçonnées, auvent, différents niveaux utiles et éléments architecturaux à prendre en compte depuis l extérieur .

Tout ces plans devront comporter toutes les spécificités visibles du bâtit utiles à notre charpente : Faux équerre, murs différents, cheminée(s), lucarne(s), emplacement de velux, etc .
Sur ces plans suivant les cas il faudra spécifier des éléments "cachés" utiles : Linteaux de baies inférieur, canalisations, renfort en dalle, réservation de plancher ou autre, etc ..

Il faut aussi prendre en compte des dégagements : Ouvertures de portes, de volets, arrivée d escalier, rayon de braquage ou passage en hauteur de véhicules, etc , parfois en traçant le volume vide utile (**fig 3).
Vérifier le plan de l architecte à mesure en fonction du bâtit et de ce qui est transmis par le papier, parfois il y à une erreur ou une modification à prendre en compte .
On doit aussi parfois noter des informations utiles que l on découvre sur place (ex pureau de tuiles, finition particulière, ajout non spécifiés, copie d éléments préexistants, etc ...)

Détails généraux important dans la prise de cotes:

Dans des prises de cotes sur du bâtit ancien, il faut toujours en premier lieu évaluer les équerrages, les aplombs et les alignements, et sonder les endroit porteurs sur leurs hauteurs de façon à détecter des éventuels défauts de maçonnerie (cavité cachée, déformations majeures, fissures, etc ..).

Une chose à faire chaque fois dans le neuf, est de mesurer les diagonales de la construction pour en vérifier l'équerrage ! J'ai personnellement eu à faire quelquefois à ce genre de désagréments, et poser une charpente sur un bâtit supposé d équerre qui ne l'est pas est un cauchemar pour tricher le tout !

Quand un bâtiment est de forme géométrique autre que carré ou rectangle en plan, il convient de prendre toutes les mesures et diagonales utiles pour retracer la forme à l étude .
La prise de cotes à l'intérieur des murs si possible est la plus pratique, il suffit après d'y ajouter ensuite les épaisseurs de ceux ci .
Pour tout ce qui est circulaire ou inscrit dans un cercle , on applique les bases de géométrie appliqués (recherche d'axes, diamètre, faces de polygones régulier, etc .). (fig 1)

Quand un bâtiment carré ou rectangulaire en plan est en proie à des déformations (faux aplomb ou murs non rectilignes, on prend toutes les mesures de droit, d'aplomb, de faux aplomb et de flèche pour pouvoir faire une moyenne des débord à l étude, sachant en outre que les sablières ne seront plus de niveaux .(fig 2)

Il y a enfin un point que nous aborderont plus tard à l'étude, ce sont les pentes variables des arases de murs et pignons en fonction des angles dans la maçonnerie en plan et de la pente du toit (fig 4).

Exemples pratiques de prises de cotes de charpentes

Nous allons maintenant passer à la pratiques sur des exemples définis ci dessous !
Ceux ci seront repris dans les chapitres prochains comme illustrations de base à toute la progression de ce pas à pas (étude, épure, taille, pose, etc .).

Ex 1/ Pavillon neuf parallélépipédique en construction.
Ex 2/ Maison neuve, avec charpente complexe.
Ex 3/ Dés de bétons pour accueillir un hangar agricole.
Ex 4/ Petite maison à restaurer en gite avec charpente hors service.
Ex 5/ Tourelle circulaire (donjon) à couvrir.
Ex 6/ Emplacement d'une charpente de auvent.

1/ Prise de cotes sur un pavillon neuf parallélépipédique en construction :

Dans notre exemple 1, il s'agit d une construction parallélépipède neuve en agglos creux traditionnels de 13 mètres x 8 mètres .
Les combles perdus seront accessibles en grenier et service par un escamotable, la charpente pannes chevrons sur deux fermes traditionnelles en sapin sur deux pans avec débords et forgets +/-50 cm .
La pente de toiture à 50% avec tuiles (M... DOUBLE ROMANE GRAND MOULE FAIBLE RELIEF) pour les calculs précis de débords +/- 50 cm sans coupes (pureau de tuiles).

Ici la prise de cotes sur ce genre de construction est au plus simple, on peut prendre les mesures de la charpente dès que les murs sont commencés, car tout à été prédéterminé par l architecte !
On trace une vue en plan du bâtit, avec ses axes et les longueurs extérieures, intérieures et les épaisseurs des murs.
Puis on trace un plan de coupe avec les longueur, niveaux définis, et autres informations.
Sur les croquis ci dessous, on visualise bien les travaux à venir : Axes des fermes, axe du faîtage, le solivage de surface pour plafond et plancher léger ainsi que toutes les mesures et niveaux nécessaires pour y parvenir.

2/ Prise de cotes sur maison neuve, avec charpente complexe :

Pour l exemple 2, il s'agit d une maison de caractère montée en agglos avec décrochements et pignons de façades avec terrasse et balcon avant et arrière, plus des lucarnes en toiture .
Charpente fermes, pannes et chevrons en combles aménagés réalisés en chêne équarri .
Cette construction possédera un pignon apparent en moellon de pierre en façade.
Pente de toiture à 100% (45°) avec débords de toiture +/- 0,5 m .
Couverture traditionnelle en tuile plates et zinguerie traditionnelle en cuivre .

Ici nous allons avoir des fermes intérieures et extérieures et des noues en plus de décrochements à prendre en compte, puis enfin y installer des lucarnes , !
Comme n'importe quelle charpente sur du bâtit, on commence par reporter les cotes sur une vue en plan, qu'il faut dessiner à peu près à l'échelle pour imaginer dans le vrais la physionomie du chantier .
On trace ensuite autant de vues de façades qu'il faut selon les besoins en y intégrant de façon cotés tous les éléments utiles à la construction de la charpente (Lucarnes, pignons, décrochements, ouvertures, etc ...).
Enfin on réalise un plan de coupe pour les niveaux et autres éléments utiles .

Généralement ces opérations se font principalement sur le plan de l architecte, auquel on ajoutes les précisions désirées, tout en vérifiant à mesure l exactitude des cotes sur le plan et sur le chantier simultanément .

Ci dessous : 2 Vue en plan, 2.1 Plan de façade principale, 2.2 Plan de façade arrière, 2.3 Plan de coupe .

3/ Prise de cotes de dés en bétons pour accueillir un hangar agricole.

L'exemple 3 est intéressant car nous n'avons comme seules informations des réservations pour des dés en béton au sol, une photo avec l idée du résultat escompté (symétrique) par le client (fig 1)+ le volume utile d'un tracteur !
(fig 2)!
Empattement (axes roues av/ar) 3,10 m, Largeur hors tout 2,55 m, Longueur hors tout 4,86 m avec rel, Hauteur maximum 3,18 m.

Dans notre cas la prise de cotes sera accompagnée d'une vérification des niveaux, axes et équerrages de dés béton coulés, ainsi que définir le niveau sol fini .
Puis prendre les mesures du tracteur pour qui ce hangar est prévus !

Informations supplémentaires : Le bâtit sera en douglas, bardé sur trois cotés en bois autoclave et couvert en tôle "bacacier" !

4/ Prise de cotes d'une petite maison à restaurer en gite avec charpente hors service.

Ce chantier n°4 est ce que je préférais faire, une restauration à l'identique et traditionnelle avec des matériaux de réemplois !
A savoir l exemple ici est une petite maison en pierres et en lauzes de couverture à reconstruire pour en faire un gîte rural !
Les éléments restants de chevrons "portant ferme" serviront de "gabarits" pour la prise de cotes, avec en plus une mezzanine à créer en fonction des fermes avec un escalier à considérer .

Dans notre cas présent, les murs, les pignons, la cheminée, sont de fait non droits !
La prise de cotes doit se faire à l aide de règles sur les parois pour définir une moyenne des mesures respectables.
Donc sur la vue en plan on note celles ci avec +/- sachant qu il faudra surement caler et aligner en fonction les bois à la pose de la charpente .
L équerrage de la bâtisse est acceptable ! (fig 4)

Pour des plans de façades ainsi que le plan de coupe, la logique de moyennes restent pour prendre les mesures et aplombs .(figs 4.1-4.2)

Il faut aussi prendre en compte que cette charpente doit accueillir du plafond d'isolation tout en restant en partie apparente, ce qui suggère qu'un chevronnage devra être défini en sur épaisseur pour la pose de la volige pour des lauzes.

5/ Prise de cotes d'une Tourelle circulaire (donjon) à couvrir.

Ce chantier n°5 représente un travail hors du commun sur du monument historique .
En bon Franc-comtois j ai pris un ouvrage présent à coté de chez moi, à savoir un petit château d'époque médiéval possédant un donjon circulaire (ex 5)!
Ici le scénario serai que la couverture de ce bâtit doit être refaite en adéquation avec ce qu il devait être au 14 eme siècle et de ce que l on trouve régionalement, avec comme éléments conducteurs une Maquette 3D virtuelle et quelques photos (fig 2-3) .
Le bois équarri en chêne avec un débord de toiture en coyau comportant des trappes de plancher pour tir d'archers .

youtube.com/wa...h?v=d9iXVbOZACY

fr.wikisource....Ie_siècle/Hourd

Ici la prise de cote est très simple, puisque il s'agit de prendre les diamètres en plusieurs points pour d' éventuelles déformations du temps, et de faire un plan de coupe en fonction des demandes de l'architecte des monuments historiques .
La seule "complication" de cotation de cet ouvrage est de placer un chevêtre dans l enrayure pour l'arrivée de l escalier en pierre intérieur (fig 4).

6/ Emplacement d'une charpente de auvent.

Le chantier 6 représente un petit bâtiment industriel, rénové en habitation.
La demande serait un auvent sur la terrasse extérieure à construire avec un design contemporain ou industriel .
Il faut en outre calculer et donner un plan de masse du projet au maçon pour qu il puisse placer et construire des dés de poteaux en briquetage .

Ici la prise de mesures prendra en compte la surface de terrasse à couvrir, ainsi que les éléments d'appareillage du mur de maçonnerie pour définir un équilibre .

En résumé :

Nous pourrions évidemment prendre un infini éventail d'exemples de différents travaux, ceux présents ci dessus nous montrerons un assez large échantillon de base pour comprendre les travaux de charpentes traditionnels à étudier .
Ici nous avons vu à peut près l'ensemble général des questions à ce poser quand on prend les mesures dans un chantier .
Le but final est d'avoir tous les éléments utiles et indispensables à l'étude d une charpente .

L'art du trait de charpente

Avant de passer à l'étude pratique d'une charpente, il faut maîtriser le dessin spécifique de notre métier !
En effet dès que l'on passe à des travaux complexes, on doit être capable de les coucher virtuellement sur un support (dessins à l'échelle "à la planche et épures au sol ) afin de calculer et pouvoir tracer des "vraies longueurs,vrais angles de coupes et vraies courbes si besoins) incontournables à l'élaboration d'un projet charpentier.
C'est ce l'on nomme chez nous l'art du trait" .

En 2009 l'UNESCO inscrit « la tradition du tracé dans la charpente française » sur la liste représentative du patrimoine culturel immatériel de l'humanité, après que ce savoir-faire a été inscrit à l'Inventaire du patrimoine culturel immatériel en France.

L'art du trait de charpente représente le dessin destiné purement à l'action de faire des tracés pratiques permettant de visualiser et d'exécuter des ouvrages précis.
En effet, dès que l'on sort de la géométrie plane (vue en plan, élévation, et vues de droite-gauche-dessus-dessous), nous passons dans le domaine de géométrie descriptive dans l'espace en trois dimensions !

Depuis une période estimée remontant au 12 eme siècle, le trait de charpenterie fut élaboré par les maîtres et les compagnons charpentiers, qui empruntèrent la stéréotomie (pouvoir dessiner en vue de sa réalisation, un volume en trois dimension et l'art du trait aux tailleurs de pierres).
Le compagnonnage par son aspect itinérant diffusera rapidement cet art qui sera repris par tous les corps d'états , et qui apportera jusqu'à nos jours une multitude de chefs d'œuvres qu'on ne présente plus .

L'art du trait constitue la base de tout métiers réalisant des travaux en volumes (charpentiers, tailleurs de pierres, chaudronniers, menuisiers, etc etc ...).
Il est un ensemble cohérent englobant la géométrie plane, descriptive droite ou courbe, et les calculs arithmétiques et théorèmes pratiques utiles, permettant des tracés de dessins techniques et surtout d'épures de fabrications .

Initiation à l'art du trait de charpente

Le but ici sera de faire découvrir le principe du trait de charpente, et comment cela fonctionne !
Dans la réalité un apprenti charpentier devras s'initier au dessin et art du trait par obligation si il veut apprendre et progresser dans son art, celui ci faisant partie intégrante de n'importe quel métier constructif de bâtis .

La généralité de l'art du trait de charpente comporte quatre catégories principales logiques d'apprentissage miscibles entre elles : La géométrie plane, l'étude de la pyramide, l'étude du cylindre, l'étude du cône, sphère, raccords et pénétrations des volumes ("Le croche") .
Sur ces cinq principes viendront s'appliquer toutes les variantes possibles et imaginables régulières ou irrégulières en fonction des travaux singuliers de chaque charpente complexe .

1/ La géométrie plane :

Beaucoup de monde a de mauvais souvenir de cela à l'école, en ce demandant chaque fois à quoi cela peu bien nous servir plus tard!
Un charpentier, menuisier, couvreur, maçon, chaudronnier, etc , vivent et dorment avec !
En charpente la géométrie plane comporte la connaissance appliquée des parallélogrammes, du cercle, du triangle, des polygones, et de toutes les formules mathématiques, théorèmes et élévation volumiques droites utiles qui leurs sont appliqués pour la réalisation de dessins techniques et de tracés. (fig 1)

2/ L'étude de la pyramide :

C'est la base de la charpente, une toiture autre que deux pans est souvent composée d'un volume pyramidale depuis un plan polygonal , c'est ce que l'on nomme de l'arêtier et/ou de la noue .(fig 2)
Un apprenti charpentier doit maîtriser au CAP le "pavillon carré" ou "Le trait carré", autrement dit une charpente en 4 pans de base et de tous ses dérivés irréguliers en bois droits tracés avec assemblages et montages, ainsi que l'escalier en rait droit en plan .(voir

.)

Quand le trait droit est maîtrisé, on passe au bois droits en plan mais cintrés en élévation (ou dômes de pyramides), ce qui ne change pas le principe sauf qu'il faut plus de points pour développer les courbes de noues et d'arêtiers cintrés .

3/ L'étude du cylindre :

Le principe est surtout étudié par les charpentiers dans la fabrication des escaliers en courbes, ce que l'on nomme le "débillardé", ainsi que pour toutes portions cylindriques présentes en toiture (toiture demi cylindre, en arc, pénétrations de lucarnes, tourelle circulaire à toiture plane, etc ..).(fig 3)
Les tracés de débillardements et de développements de cylindre, sont le passage obligé pour acquérir les automatismes de dessins par construction dans l'espace pour passer au tracé "croche" (Pénétrations, raccords).

Pour ceux qui voudraient s'exercer !
lairdubois.fr/...e-aux-escaliers

4/ L'étude du cône, volumes sphériques, raccords et pénétrations de volumes :

Le cône et volumes sphériques, raccords et pénétrations des volumes et leurs dérivés constituent la maîtrise ultime de l"art du trait de charpente", c'est ce que l'on nomme le "croche" autrement dit la capacité de tracer dans l'espace de façon géométrale par points la stéréotomie de pièces cintrées en plan et en élévation, afin de pouvoir les coter,les tracer, les tailler, les développer (lamellé collé) et enfin les monter .
On imagine aisément les pannes d'une charpente conique sur une tour ronde, des dômes à plans elliptiques et clocher sophistiqués de monuments .(fig 4-5-6).

Bel exemple ici

Ci dessous quelques exemples des différents principes appliqués en charpenterie traditionnelle !

Explication pratique de l'art du trait (1/ La pyramide à base carrée)

Dans nos métiers du bois quand on est face à des volumes pyramidaux dans les travaux, on nomme généralement "faire de l’arêtier" autrement dit on travaille sur des arêtes.
En charpente c'est évident par la forme des toitures, en menuiserie ou en ébénisterie dans des ouvrages plus singulier (ex :pétrin de boulanger, coffre, mobilier, etc .)

Le but de l’arêtier, est d'apprendre à développer les mesures en vraies grandeurs des différentes faces d'une toiture ainsi que ses angles inconnus en géométrie plane sur épures , pour tracer et exécuter les bois nécessaires inscrits à la construction d'une charpente .
Le principe est assez simple, il est de rabattre à l'équerre des points d'une vue sur des points d’alignement d'une autre vue pour obtenir des intersections qui une fois reliées permettent de tracer troisième non traçable en géométrie plane car avec des mesures et angles non connus.

C'est ce que l'on nomme:

1/ Tracé par "rembarrement" , les différentes coupes sont trouvées sur la vue en plan en y traçant les épaisseurs des bois puis les points rembarrés (exportés) en élévation.

2/ Tracé par "la herse", méthode qui consiste à développer les pièces de bois en plan dans un ensemble en vraie grandeur , afin de d'avoir les angles coupes et longueurs très précises.

3/ Tracé à la "sauterelle", les coupes déterminées en croisant les différents plans que forment les faces des bois sur l’épure et en reportant les angles à la fausse équerre sur les pièces de bois .

Ce premier apprentissage du trait de charpente basique de la pyramide est primordial pour la compréhension des volumes dans l'espace, et servira plus tard à évoluer vers la courbe dans l'espace ("croche")

1/ La pyramide en charpente :

Dès l’apprentissage on nomme généralement les éléments géométriques directement avec le vocabulaire professionnel pour aider à la vision dans l'espace des explications aux "lapins" .(fig 1)

La base de pyramide deviens vue en plan et son périmètre lattis de sablière et/ou encore ligne de trave dans le dessin (Le lattis correspondant toujours à la partie supérieure des chevrons avant les lattes ou voliges depuis le point de faîtage des chevrons au repos de sablière).
La hauteur reste la hauteur !
L'apex ou sommet deviens sommet et/ou point de tète.
Les faces deviennent des versants.
Les arêtes deviennent des arêtiers.
L’apothème deviens le chevron d'emprunt .
Le triangle des apothèmes (chevrons d'emprunts) et de la hauteur deviens élévation principale en vue de face de la pyramide.
Le triangle des arêtes (arêtiers) et de la hauteur deviens élévation de la face d’arêtier.

Une seule règle à respecter lorsqu'on veut faire la herse d’un versant de charpente, on n’utilise que le lattis de sablière et le chevron d’emprunt. Il faut éviter utiliser d’autres éléments !
Les arêtiers, noues, sablières de pente ou faîtages de pente qui ne doivent servir qu’à la vérification de la herse (on doit toujours retrouver les mesures identiques) !

2/ La vue en plan et l'élévation des triangles de la pyramide :

Ici c'est la géométrie plane qui nous l'apporte !
Par des fuyantes perpendiculaires depuis les points de chevrons d’emprunts et d'arêtiers situés sur la vue en plan et en traçant la hauteur perpendiculairement à l'axe des lattis de sablières, on obtient toutes les vues en élévation des triangles de la pyramide .
Les constructions de triangles depuis les points d’arêtiers au lattis de la vue en plan et de la hauteur nous donnent déjà la vraie longueur des arêtes de la pyramide ainsi que les vrais angles (coupe de niveau au pied et coupe d'aplomb au sommet), c'est le "rembarrement" (fig 2)

3/ Tracé de la herse :

Le tracé de herse est incontournable en charpente, il permettra de mettre "en plan" et "en vraie grandeur" le versant complet d'un éléments de toiture pyramidal, donnant les vraies longueurs, les tracés précis, les angles de coupes de tout bois de charpente le constituant .
On explique aux lapins (apprentis charpentiers) que c'est comme si on appuie au sommet de la pyramide pour l'écraser que va t'il se passer ?

La règle est de se servir uniquement des mesures prises au compas du lattis de sablière et du chevron d'emprunt !
Tous les autres éléments trouvés dans la géométrie plane ne servirons qu'à vérifier les concordances de mesures .

A/ Nous traçons un segment de droite à la mesure du lattis de sablière .

B/ Au compas, nous élevons une perpendiculaire au centre du segment égale à la longueur du chevron d'emprunt .

C/ Nous traçons les arêtes par des droites depuis les points extrêmes du segment lattis de sablière jusqu'au sommet du chevron d'emprunt, ce qui nous donne le triangle de face de la pyramide en vraie grandeur et angles.

D/ Au compas nous traçons un arc de cercle depuis le sommet et passant par les points de segment du lattis, puis
avec un écartement de compas nous traçons sur cet arc des segments de cercles égaux à la longueur du lattis de sablière ,puis nous relions ces points par des droites en cordes .

E/ Nous traçons depuis le centre toutes les autres arêtes et perpendiculairement à toutes les cordes depuis le point de centre, puis nous traçons tous les chevrons d'emprunts en vraie grandeur .

en résumé, grâce au tracé de la herse, nous obtenons la face de pyramide (ou versant toiture au lattis) en vraie grandeur avec ses mesures et angles de coupes!
Si nous effectuons cette construction sur une feuille de papier, en la découpant puis en pliant les traits d'arêtes, nous obtenons le volume de pyramide physique .(fig 3)

4/ Recherche de l'angle dièdre sur la pyramide ou angle de corroyage :

En charpente, dans un volume pyramidal, un élément des plus important est l'angle dièdre de deux faces de pyramide depuis l’arête !
En effet celui ci correspond à l'angle de corroyage du délardement vu par bout, saillant faisant lattis avec les versants .

Le principe du tracé de cet angles est très simple sur des pyramide à plan carré, car sur des bois droits ils seront constants et symétriques d'un versant à l'autre !
Les délardements sur des arêtiers cintrés subiront des déformations suivant la courbe développée du cintrage d"origine .(nous approfondirons les tracés dans un prochain chapitre sur les délardements plus complexes ), c'est ce qu'il faut maîtriser à la base avant de passer à des exercices plus compliqués !

A/ Depuis la vue en plan et l'élévation principale, nous développons le triangle d’arête en vraie grandeur de la pyramide .

B/ Sur le développement, nous traçons la hauteur du triangle .

C/ au compas nous rabattons cette hauteur sur la ligne de trave, puis nous projetons le point par une génératrice sur l’arête vue en plan .

D/ en traçant deux droites depuis le point sur l’arête vu en plan jusqu'aux angles de la pyramide, nous obtenons l'angle de corroyage et la vue par bout de l'angle dièdre .(fig 4)

5/ Les tracés pyramidaux atypiques :

A partir du moment ou l'on passe à des volumes pyramidaux à plans quelconques ou polygonaux, le principe reste le même, sauf qu il faut développer plusieurs vues dans certains cas pour avoir tous les chevrons d'emprunts différents, de plus les délardements seront différents d"une face à l'autre .
Dès que l’apprenti charpentier maîtrise parfaitement la pyramide à plan carré, il peut aller vers des plans polygonaux plus complexes !
ci dessous quelques exemples (fig 5)

Exemple de premier exercice pratique du trait appliqué en charpente

Application pratique d'exercice d'apprentissage en charpente (Rembarrement et herse)

Ici nous passons à la pratique professionnelle, c'est à dire que la pyramide de base sera constituée de pièces de bois calibrées ajoutées.

1/ Tracé de la vue en plan et de l'élévation :

A/ Nous traçons en premier lieu la vue en plan de l'ensemble par un carré déterminant le lattis de sablière, et nous y traçons deux diagonales bissectrices en croix passant par le centre jusqu'aux angles du carré, ainsi que deux perpendiculaires en croix passant par le centre .
(Les deux diagonales et perpendiculaires représentent déjà les arêtes de pyramides et les perpendiculaires les axes des chevrons d'emprunt vus en plan).

B/ Sur cette construction, nous ajoutons les épaisseurs des bois, puis nous traçons enfin les empannons depuis axes de chaque espace entre les arêtiers et chevrons d'emprunt .

C/ En prolongement et perpendiculairement nous traçons le lattis triangulaire de l'élévation égal au lattis de sablière et de la hauteur désirée .

D/ A l'aide de fuyantes,nous traçons des génératrices depuis chaque point de la vue en plan vers l'élévation et nous y matérialisons les bois déjà vus (rembarrement) .

Ce premier tracé nous donne sur l'élévation la mesure vraie du lattis de chevron d'emprunt ainsi que ces angles de coupes aplomb et de niveau, ainsi que la retombée du délardement arêtier .

2/ Tracé de la construction d'élévation du triangle d’arêtier :

Ici commence la géométrie descriptive, car en effet le dessin seul ci dessus ne permet pas de construire la structure, et quelqu'un qui désirai fabriquer un ouvrage de logique pyramidal sans avoir appris à développer par le trait, il se retrouverai très vite en difficulté .
Meme si les technologies numériques permettent actuellement d'arriver à calculer et dessiner tout ceci de façons globales, elles ne remplaceront jamais complètement la pratique traditionnelle acquise par maîtrise indispensable à tout "homme de l'art" surtout quand une épure mesure plusieurs mètres au sol .

A/ Depuis l'élévation, nous traçons la ligne de trave par une fuyante .

B/ Depuis la vue en plan, nous traçons perpendiculairement deux fuyantes génératrices depuis les angles d' une des diagonales et l'axe du chevron d'emprunt, l'une recoupant la ligne de trave de l'élévation .
Puis à cette intersection nous traçons la ligne de trave parallèle à la diagonale vue en plan.
Le point d'intersection obtenu sera le point de rabattement des autres points utiles .

C/ Au point de rabattement nous élevons une perpendiculaire sur laquelle nous projetons la hauteur de la structure pyramidale d'élévation, puis au compas nous rabattons cette hauteur sur la génératrice d'angle.

D/ Nous exportons ce point par une fuyante entrecoupant la fuyante d'axe du chevron d'emprunt, et depuis l'intersection ainsi trouvée et le segment de la ligne de trave ,nous traçons les arêtes ici en vraies grandeurs des arêtiers . (fig 2)

E/ Du même procédé , nous exportons tous les points utiles à la construction depuis la vue en plan et l'élévation (Rembarrement) (fig 2 bis).

3/ Tracés des retombées et de la vue géométrale

Maintenant que nous possédons toute la construction pratique du triangle élevé d’arêtiers, nous allons pouvoir par tracés successifs déterminer géométralement notre ouvrage complet, afin d'avoir tous les points nécessaires à la future "herse" finale de traçage des bois .

A/ La première étape consiste à tracer sur l'élévation principale en vue de face l'empreinte de la coupe d'un chevron droit sur l’arêtier pour déterminer sa retombée (bois nécessaire en largeur pour l'instant inconnue).

En projetant les points de coupes d'un empannon depuis la vue en plan sur l'élévation, et en y traçant sa largeur connue (ex chevrons de 6/8 cm) on détermine 4 points qui en les reliant nous donnent l'empreinte de coupe sur l’arêtier.

B/ Sur l'élévation d’arêtiers, nous traçons le délardement et les points de coupes de l'empannon par génératrices depuis la vue en plan.

C/ Nous exportons par le point de rabattement les points d'empreinte de coupe de l'empannon sur l'élévation du triangle d’arêtier, et aux intersections nous la matérialisons .
Puis en traçant une parallèle à l’arête sous cette empreinte, on obtient la retombée d’arêtier utile.

En résumé à ce moment, nous avons les cotes, coupe aplomb, coupe de niveau et le profil complet de l’arêtier en vraie grandeur ainsi que la mesure de retombée utile des coupes plus la retombée du délardement depuis l’arête pour le tracé pratique sur le bois .(fig 1)

D/ A l'aide de cette construction, nous pouvons tracer sur la vue en plan les empreintes de coupes de niveau de l’arêtier et des chevrons droits.
En projetant le second arêtier depuis la vue en plan sur l'élévation d’arêtier, nous obtenons les tracés de coupes au sommet (fig 2)

E/ En exportant tout les autres points depuis la vue en plan et élévation principale, nous pouvons tracer la vue géométrale complète de l'ouvrage sur l'élévation d’arêtier ! (fig 3)

4/ tracé de la herse :

Avec les constructions ci dessus nous pouvons construire l'exercice sans problème en "piquant" les points d'angles depuis l’épure (à la sauterelle) , mais pour des travaux plus complexes il faut connaitre le principe de la herse pour avoir en un seul tracé toutes les mesures et coupes des bois présente sur un versant.

Sur l'exercice ci dessous , nous ne faisons qu'appliquer ce qui est déjà théorisé plus haut sur le pyramide.

Nota : Ici j'ai tracé la herse complète depuis les points de l'élévation de triangle d’arêtiers, mais on peut très bien la tracer depuis la vue en plan ou l'élévation, le tout est d'avoir des changements de plans pratiques et courts pour exporter les génératrices de façon claire et précise !
Quand une charpente comporte 4 versants identiques, évidemment nous ne traçons dans la réalité qu'une herse !

fig 1/ Depuis la vue en plan ou sur l'élévation, c'est ce qu il y à de plus rapide et précis, car on bénéficie directement du tracé d'origine de tous les éléments au lattis de sablière pour développer la herse ! De plus il faut penser qu'une épure à l'échelle 1 prend beaucoup de place au sol, donc les rabattements de herse se produisent généralement sur l'épure ou contre celle ci
Dans les deux cas , il suffit de redresser au compas perpendiculairement à la ligne de trave, la longueur du chevron d'emprunt et d'exporter ensuite cette hauteur de la construction en axe avec le lattis de sablière puis de tracer les arêtes.

Enfin sur ce triangle , on importe par alignement tous les éléments utiles depuis la vue en plan (Délardements, chevrons, pannes, poinçon, etc ).
Les intersections de la construction donnent les vraies longueurs et vrais angles de coupes, des chevrons et/ou de pannes (en liernes assemblées contre les arêtiers ou dessus selon les besoins) .

Fig 2-3/ Ici j'ai développé la herse complète depuis l'élévation du triangle d’arêtiers, au compas j'ai tracé un arc de cercle depuis le sommet à la vraie longueur d’arête, puis au compas j'ai tracé des segments de cercle égaux au lattis de sablière .

J'ai ensuite par rabattements exportés les points utiles depuis le lattis de sablière vu en plan sur le développement et tracé au compas les arrivées arrivées de coupes sur la construction.

Enfin perpendiculairement au lattis depuis les points d'intersections j'ai tracé les bois sur la herse complète .

Fig 4/ Pour résumer, sur l'épure, j'ai placé une vue de l'exercice en 3D pour visualiser le principe qui reflète bien la logique pyramidale de l'ensemble .

5/ Le tracé de délardement et angle de corroyage :

Le tracé d’exécution incontournable sur une épure de charpente en arêtier, est le tracé de délardements et angles de corroyage !
Deux solutions principales existent en art du trait :

A/ Comme vu précédemment dans la pyramide en rabattant la hauteur du triangle (fig 1)

B/ Apres avoir tracés les retombées, perpendiculairement à l’arêtier développé, il suffit de tracer son épaisseur et son axe perpendiculairement à la construction, et de rejoindre les points, on obtient la "vue par bout" et l' angle de corroyage a relever à la sauterelle (fausse équerre) . (fig 2)

Dès que l'on comprend le principe, on peut ajouter des bois (poinçon, ferme, sablières , pannes ,etc) ce qui ajoute évidemment de multiples traits supplémentaires (art du trait) !

Ici quelques exercices pratiques.

Application du trait carré en charpente réelle (épure pratique)

Sortis des exercices d"études et d"apprentissage, on doit appliquer concrètement les enseignements pour construire des charpentes !

Ci dessous j'ai donc crée un exemple concret de charpente avec ce qu'un professionnel tracerai pour son étude et épure en vue de sa fabrication en situation réelle .
A savoir une charpente d'un pavillon carré, c'est à dire que les arêtier en plan sont placés à 45° et que les versants de toitures sont de pentes identiques .

Nota :Quand les croupes sont redressées par rapport aux long pans, on nomme charpente en "deux étaux".

fig 1/ Tracé du lattis :

Sur L"étude, un charpentier tracera en premier lieu les contours complet de sa charpente finie au lattis, c'est à dire tous son ouvrage global vu depuis le dessus des chevrons !
Ces vues sont déterminées par le plan de maçonnerie accueillant l'ouvrage (vue en plan) ainsi que par une ou plusieurs élévations suivant les besoins en fonction des angles de pentes désirées de toitures (vue de face et vues de cotés).
On trace aussi à cette étape l'épaisseur de l'arase du mur recevant la charpente .

Ce plan dégrossi peut être demandé parfois par le couvreur en cas de coupes spécifiques de tuilages, ardoises, voligeages , etc pour que lui aussi puisse réaliser ses épures car en effet lui travaillera à partir du lattis fiable et défini !

A l'atelier, le charpentier ne tracera que la moité utile en épure depuis l'axe de l'ensemble, les vues étant symétriques dans notre cas.
Sur des plans irréguliers il faut plus de vues.

fig 2/ Tracé des fermes droites :

Dans notre exemple, on aura des fermes droites, on en trace qu'une (l'autre étant identique) .

A/ Sur l'ébauche d'élévation, on commence par tracer les largeurs de chevrons (qui seront les chevrons d'emprunt) sous le lattis .

B/ Sous les largeurs de chevrons, nous traçons les largeurs de pannes (ici en devers), ce qui nous donne le dessus des arbalétriers.

C/ Nous traçons les largeurs des arbalétriers et l'entrait .

D/ Nous traçons depuis l'axe de la ferme le poinçon, et nous y traçons la panne faîtière vue par bout avec ses délardements.

E/ Nous traçons la panne sablière vue par bout et son délardement, puis nous divisons la mesure entre le délardement de faîtière et de sablière pour déterminer les axes de pannes intermédiaires, et enfin nous traçons les vues par bout de celles ci avec leurs échantignoles .

f/ Nous traçons le faux entrait et les aisseliers (Parfois le débord du faux entrait (moisé) peut servir de repos aux pannes intermédiaires) .

fig 3/ Tracé des chevrons et des arêtiers sur la vue en plan :

Un charpentier ne tracera sur la vue en plan que les chevrons et empannons nécessaires à la taille de la charpente, , dans des cas plus simples les tracé de divisions se pratiquent directement sur le chantier après la pose de la sablière.

A/ Nous traçons en premier lieu le poinçon vu par bout, puis les épaisseurs d’arêtiers de part et d'autre des arêtes (dans des charpente en deux étaux,il sera décalé depuis l’arête à cause des délardements différent nous y reviendrons plus tard) .
Nous traçons aussi l’épaisseur de la panne faîtière et l’épaisseur des arbalétriers.

B/ Nous divisons et traçons le chevronnage sur le long pan et sur la croupe! (attention les empannons ne se rejoignent pas nécessairement sur l’arête vue en plan suivant la division, par contre généralement on essaye de tricher pour que ce soit le cas pour une seule herse (seulement possible en pavillon carré) en re-divisant les chevrons entre les fermes droites .

fig 4/ Tracé des pannes :

Ici rien de très compliqué, il suffit d'aligner les pannes vues par bout de l'élévation de la ferme sur la vue en plan !
Le principe donnera déjà les longueur de pannes, et cette dernière construction permet de passer aux développement d’arêtiers.

fig 5-6/ Mise en place du développement en élévation de la ferme d’arêtier :

Ici commence le trait proprement dit, nous allons exporter des points de coordonnées à l'aide de fuyantes génératrices depuis la géométrie plane (vue en plan et élévation par rabattement de vues) , vers des points non connus "dans l'espace" .
En L’état les derniers tracés ne donnent pas tous les points nécessaires, en effet il faut élever l’arêtier en vue de face, afin de déterminer le chevron d'emprunt et les empreintes de pannes à exporter sur le développement futur.

A/ Nous traçons déjà le lattis de l'élévation de l’arêtier en vue de face verticalement depuis la vue en plan ce qui nous donne la mesure du chevron d'emprunt et la ligne de trave ,ainsi que l'angle de coupe d'aplomb des chevrons empannons .

B/ Perpendiculairement à l’arêtier vue en plan, nous exportons deux fuyantes des extrémités de celui ci vers la ligne de trave .

C/ Au point d'intersection se trouve le point de rabattement, et au compas nous rabattons la hauteur depuis l 'élévation vers la génératrice d’arêtier.
Ce nouveau point d'intersection relié par diagonale avec le précédant donne l arête du lattis de l’arêtier en vraie grandeur ,ainsi que les vrais angles de niveau et d'aplomb !

D/ Sur l’élévation en vue de face, nous traçons l’épaisseur du chevron d'emprunt, nous y importons dessous par points les coupes de pannes sur l"arêtier depuis la vue en plan , ce qui nous donnera le devers des pannes vues par bout .
Nous les matérialisons pour bien identifier les points à exporter .

A cette étape nous possédons toutes les informations pour pouvoir tracer l'épure de ferme d’arêtier.

fig 1-2-3/ Tracé de délardement, des empreintes de pannes et de la retombée d'arêtier :

Ici on trace l'épure de la demi ferme d’arêtier, le principe est toujours pareil par rapport à une ferme droite !
A savoir que l'on commence depuis le lattis (qui correspond dans ce cas à l’arête) .

A/ Sur la vue en plan, nous traçons les moises entaillées d'entrait et de faux entrait, droits et d’arêtier de l'arase de mur jusqu'au poinçon

B/ Depuis la vue en plan, nous exportons par génératrices les points de délardement sur la ligne de trave du développement, puis par une parallèle à l’arête nous le traçons et matérialisons .

C/ Depuis la vue en plan et l'élévation de face, nous exportons par génératrices les empreintes de pannes en liernes (assemblée contre l’arbalétrier d'arêtier) sur l’arêtier, puis nous traçons et matérialisons les empreintes .

A cette étape, nous avons tous les élément pour positionner les bois et tracer l'épure de la demi ferme d’arêtier .

Nota : sur la figure 2 , j'ai entre-temps tracé l'épure de l'assemblage du double faîtage avec sa croix de st André ( traditionnel) entre les deux poinçons de la charpente finale .

fig 1-2-3/ Tracé finale de la demi ferme d’arêtier et de la herse :

A/ Le dessus des empreintes de pannes dernièrement tracées, nous donnent la retombée du chevron d’arêtier sous le trait de délardement, ainsi que la retombée de l’arbalétrier d’arêtier .
Parallèlement à l'arête, en fonction des empreintes nous les traçons et matérialisons .

B/ Nous traçons de façon classique les autres éléments de la demi ferme ( poinçon, entrait, faux-entrait, aisselier) , mais en fonction de leurs points d'assemblement au poinçon tracés sur la vue en plan .

C/ Sur l'axe du faîtage vu en plan, nous rabattons au compas la longueur du chevron d'emprunt depuis la face de l'élévation .

D/ Depuis l'angle d’arête et le point au faîtage précédemment déterminé sur la vue en plan , nous traçons la vraie longueur de la herse, et pour vérifier le tracé, nous comparons avec la longueur d’arête du développement (elles doivent être identiques ,sinon il y a erreur ).

E/ En traçant le délardement, puis les empannons en faisant filer les traits, nous obtenons la herse complète et utile !
Donc toutes les longueurs de chevron empannons et l'angle de leurs coupes en épaisseur vraies.

En résumé, nous devinons bien ici que la charpente est un métier qui ne s'improvise pas, et qu'il faut commencer par le tracé de pyramide pour comprendre les principes et application dans l'art du trait, qui est souvent un mystère pour le lambda !
J'insiste sur le fait d’être curieux et d'essayer de s'amuser à tracer (et si possible de les construire) différentes combinaisons d'exercices et de les maîtriser avant de passer au cintres et courbes .

Pyramide cintrée en élévation (dôme de pyramide)

Le cintre en élévation , est très intéressant à pratiquer, car assez facile à mettre en pratique après avoir maîtrisé le trait droit !
En effet il aidera à la compréhension des méthodes de tracés de courbes plus complexes à venir dans cylindre, le cône, et autre tracé contenant du "croche" (cintré en plan et élévation) .

Le dôme de pyramide à plan carré représente l'exercice parfait pour s'engager totalement dans l'art du trait !
Ci dessous la présentation est faite à partir de la pyramide basique au début de se chapitre sur laquelle j'ai ajouter un profil à l'impériale, mais nous pouvons aussi nous entraîner avec tous les profils cintrés concaves ou convexes désirés !

Tracé théorique du dôme de pyramide ou pyramide cintrée :

A/ Le premier tracé est la vue en plan carré de la pyramide avec ses deux diagonales.

B/ Nous dessinons ensuite l’élévation de pyramide droite en fonction de la hauteur désirée .

C/ Nous traçons par construction le profil de cintre désiré sur cette élévation .

D/ Nous divisons la hauteur en parties égales. (fig 1)
(il faut "doser" les divisions car pas assez, la courbe développée risque d’être imprécise, et trop de divisions représentent beaucoup trop de traits donc risques d"erreurs et de confusions ).

E/ Exactement comme pour une pyramide droite, nous exportons par des génératrices tous les points nécessaires sur le développement en élévation de l'arêtier .
Toutes les divisons sont à exporter sur la vue en plan ,pour être rabattue ensuite sur le développement.

F/ Aux intersections des génératrices sur le développement qui donnent les points de la courbe , nous traçons avec une "cerce" l’arête d’arêtier cintré .

Tracé de pyramide cintrée appliquée en charpente :

Généralement, c'est ici que les novices attrapent le virus, et la page se tourne sur un art infini à découvrir !

A/ En reprenant l"exercice ci dessus , on y transpose les position et les épaisseurs de bois en plan .(fig 1)

B/ La construction de base est identiques pour tracer la hauteur et la ligne de trave .(fig 2)

C/ En exportant les divisions, nous traçons la courbe développée de l’arêtier .(fig 3)

D/ C'est maintenant qu'il faut être concentré, il faut en premier lieu exporter sur l’élévation de face les Empreintes de coupes des empannons et du chevrons d'emprunt cintrés .
Cette étape nous donne déjà le profil et les coupes d'aplomb en vraie grandeur de ceux ci .

E/ Depuis tous les points générateurs de l’arête courbe du développement de l’arêtier, nous traçons des petites lignes de niveaux toutes égales à la largeur des génératrices de délardement venant de la vue en plan sur la ligne de trave du développement .
A la cerce, nous relions ces points et nous obtenons la retombée de délardement en vraie grandeur et vraie déformations dues au cintre d'origine, puis nous le matérialisons .
Cette étape nous donne l'arrivée supérieures des empreintes de coupes des empannons et chevron d'emprunt cintrés .

f/ A l'aide de génératrices depuis la vue en plan et d"élévation, nous exportons et traçons les autres points de coupes sur le développement,nous les matérialisons et obtenons ainsi les points de retombée courbe de l’arêtier fini .

G/ pour parfaire le tracé développé, nous traçons les coupes de tète de l’arêtier .(fig 4)

Nota : Le tracé en herse dès que l'on sort des bois droits, n'est pas possible, en effet les coupes seraient fausses par la non constance due au cintre d'élévation !

Pour Résumé tout ce chapitre avant de passer aux éléments de charpente en courbe (prochain chapitre) , amusez vous c'est le secret !
Les dessins sur sketchup sont très pratiques pour travailler et étudier le trait , il ne faut pas s'en priver, et ensuite passer "à la planche" pour y tracer des épures pratiques d'exercices à construire concrètement .

Un très bel exemple ici :

Explication pratique de l'art du trait (2/ Le cylindre)

Le cylindre en charpente :

C'est un solide intéressant à maîtriser dans le métier, notamment comme je l'ai indiqué plus haut dans le domaine de l'escalier (voir traité).
Le champs des applications à été aussi utilisé dans des ouvrages plus charpentiers anciennement (moulin à vent, tourelle à toiture plate, pigeonnier, silo, ect ).
De nos jours avec les logiciels informatiques, les architectes designers réintègrent beaucoup les courbures, de plus associés avec des entreprises spécialisées (lamellé collé surtout), nanties de machines commandées numériquement il n'y a plus de limites pour des ouvrages spécifiques.
Toutefois le tracé d’exécution ancien par l'art du trait et des épures est largement délaissé hélas, et il serai judicieux que les apprentissages soient maîtrisés d'abord à l'ancienne avant de passer à l’informatique, au moins les techniques de bases !

L'apprentissage de l'art du trait de charpente traditionnelle appliqué au cylindre, conduit à y étudier le bases de la courbe dans l'espace aisément !
En effet les faces visibles sont principalement dans une logique d'aplomb et permettent ainsi de commencer à faire du développement de surfaces courbes incontournables dans les projets en courbes lamellés collés par exemple (techniques de développement de pliages de tôles ,chaudronnerie, métallerie, carrosserie, etc à la base appliqué en charpente ).

Présentation du cylindre régulier dans l'art du trait :

Il sera constitué : (fig 1):

1/ D'une base circulaire que nous appelons en art du trait la vue en plan. C'est un cercle à 360° qui constituera le périmètre extérieur de tous éléments physiques de travaux inscrits dans sa masse ou contre sa surface d'élévation à développer pour un tracé et une exécution pratique de pièces non connues par la géométrie plane .

2/ D'une élévation géométrale afin de représenter sa vue de face .Les contours serons représentés par un rectangle égal au diamètre du cercle et/ou de la portion de cercle d'un secteur circulaire en plan et de la hauteur définie du projet inscrit dans le cylindre.
Des éléments connus depuis la vue en plan pourront être exportés en élévation à condition qu'ils soient d'aplombs et de niveaux !
Les autres éléments biais, en coupes, en pénétration, rampants, ect , eux ne sont pas connus et devront être développés pour pouvoir être tracés géométralement sur cette élévation .

3/ D'un développement qui à l’image d'une feuille de papier rectangulaire sera étalée à plat aux mesures de la hauteur du cylindre et du périmètre du cercle, qui pourrait être ensuite "roulée" sur le périmètre vu en plan .
Sur cette surface développée en vraie grandeur, nous allons pouvoir tracer les éléments à plat et développés ou en vraies grandeurs suivant le type de travaux, afin de déterminer tous les points de coordonnées non connus exportables sur l'élévation .

Pour calculer la longueur du périmètre complet du cercle à développer il suffit d’appliquer le formule PY x Diamètre du cercle. Ex: PY 3.14 x Diamètre 1 mètre = périmètre du cercle 3,14 mètres .

Le secteur circulaire :

Un secteur circulaire, est placé inscrit sur la vue en plan d'un cylindre entier dont il représente une petite portion .

Il reprend toutes les propriétés d'un cylindre entier , sauf qu'il faut savoir calculer cette petite portion pour avoir les mesures précises de celle ci pour le développement .(fig 2)

Pour calculer l'arc de cercle d'un secteur circulaire, on applique alors (PY x Diamètre x angle du secteur) / 360°.

Ex: (PY 3.14 X Diamètre 1 mètre X angle de secteur circulaire 30°) : 360° = Longueur de l'arc cercle 0.2616 mètres (ex en bleu de la fig 2).

(PY 3.14 X Diamètre 1 mètre X angle de secteur circulaire 105°) : 360° = Longueur de l'arc cercle 0,915 mètres (ex en fuchsia de la fig 2).

Important : Cette technique est incontournable dans le cas de développement sur feuilles de papier ou dans la réalité pour des pièces en lamellées collées car elle permet de travailler sur la vraie mesure du périmètre à replier !

Technique de développement par les collets ou cordes :

En charpente et en escaliers, quand ne nous sommes pas dans du lamellé collé mais dans de la taille en plein bois massif, nous construisons les développement par les collets !

Le principe simplifie les constructions en prenant au compas les collets ou cordes des arcs de cercles de divisions.
La longueur du périmètre est un peu raccourcie mais permet de tracer les développés de courbes assez précisément pour avoir des hauteurs ou altitudes et autres mesures à déterminer et re-exporter vers les autres vues .

La fig 3 nous montre bien cette petite différence, logiquement si nous faisions du développé pour lamellé collé avec les collets, la feuille de papier roulée sur le périmètre du cylindre serait trop courte dans ce cas .

.

Nota : En avant propos, je donne des dessins explicatifs sans chiffre, ni lettre, ni couleur (trop fastidieux avec le logiciel sketchup)!
Il faut bien sur utiliser activement chiffres, lettres, et traits de couleurs différents dans des constructions de ce genre pour éviter des erreurs et confusions fréquentes !**

Différentes techniques de développements cylindriques utiles en charpente

Ci dessous nous allons découvrir les techniques de base d'art du trait applicables au cylindre .

En charpente il faut d'abord maîtriser ces principes de bases avant d'y ajouter des épaisseurs et largeurs de bois d"oeuvre, en effet la multitude de "traits" à effectuer pour les construction compliquent très vite les dessins et épures et il faut être vraiment concentré et ordonné pour un bon résultat (Etre au calme et débrancher absolument son smart phone ! rires) .

fig 1/ Le tracé et développement cylindrique débillardé :

Le tracé débillardé dans le cylindre trouve surtout sa place dans les escaliers circulaire en plan !(voir lairdubois.fr/...e-aux-escaliers) .

Le principe est simple, c'est de faire suivre une droite rampante en développement autour d'un solide cylindrique appelée alors une sinusoïde . (Quand on "roule" la feuille de papier avec la droite rampante tracée sur le développement à plat autour du périmètre circulaire de la vue en plan , on obtient la sinusoïde sur le cylindre) , (Application pratique fig 1 bis) .

La technique est de diviser le cercle ou l'arc de cercle de secteur vu en plan en parties égales rayonnantes, et de placer autant de divisions sur la hauteur totale de l'élévation et du développement .

Il faut ensuite calculer la longueur de l'arc ou le périmètre du cercle de la vue en plan, pour le tracer mesuré droit sur le développement avant de le diviser à son tour en autant de divisions .

Enfin par des génératrices, nous exportons tous les points utiles vers les diverses vues, ou les intersections de ces lignes horizontales et des divisions verticales donnent les coordonnées de hauteurs de points utiles .
En reliant ces points avec une cerce ou un pistolet (outils pour tracer courbes non réguliers), nous obtenons les courbures et points jusque là inconnus .

fig 2-3/ Le tracé et développement cylindrique tronqué et la herse :

On peut trouver cette technique en charpente dans le cas de tourelles monumentales dans certaines régions de France, qui ont la particularité d'être tronquées pour y installer une toiture plates biaises (fig 3 bis) .
Dans ce cas, il faut développer une herse pour avoir des longueurs et coupes utiles à la construction .

Le principe est encore du issu du débillardé , mais dans une position non rampante sur le développement à plat, en effet sur celui ci on y découvrira une courbe irrégulière qui pourrait être le profil de pièces à chantourner pour du lamellé collé ! (Quand on "roule" la feuille de papier découpée au développement de courbe sur le périmètre circulaire vu en plan , on obtient le tronc biais de surface plane du cylindre ).

La technique consiste ici aussi de diviser en parties égales le périmètre de la vue en plan ainsi que ce périmètre sur le développement .
Par contre les hauteurs serons données par les points de divisions de la vue en plan , puis exportés par génératrices sur l'élévation et rabattus depuis l'intersection de celles ci avec la pente du tronc de cylindre vers le développement .

Enfin les intersections de génératrices donnent les points sur le développement qui seront sont reliés à la cerce ou pistolet pour donner le développement de courbe .
Avec les mêmes génératrices, on peut aussi tracer la vue de droite ou de gauche de la coupe qui sera cette fois vue de face (elliptique) (voir sur fig 3) .

La seconde technique est le tracé de herse à plat de la coupe du tronc de cylindre, qui consiste à exporter les points d’intersections des génératrices de la coupe en élévation perpendiculairement et de les rabattre sur les génératrices de points exportés par rabattement depuis de la vue en plan .
Les intersections de cette construction donnent en reliant les points la vue en herse de la coupe du tronc de cylindre, délimité par une courbure elliptique .(fig 3)

Bel exemple ici fig 3 bis/ Le tracé et développement cylindrique tronqué et la herse appliqué en situation réelle . mairie-huriel....istoire/donjon/)

fig 4-4 bis-5-6/ Le tracé et développement cylindrique de pénétration :

Une pénétration en terme de charpente est tout éléments traversant droit ou obliquement et de toutes formes un cylindre ou une portion cylindrique (fenêtre, porte, cheminée ,ect ) .(photo ci dessous 5-6 ).
Ici on commence à entrevoir le croche proprement dit surtout si ces pénétrations sont elles mêmes circulaires .

Le principe est en fait de percer le cylindre ou la portion cylindrique d'un autre solide réel (ex. cheminée) ou fictif (ex. baie de fenêtre) et de pouvoir tracer son empreinte mesurable et traçable afin de construction .(Quand on "roule" la feuille de papier autour du périmètre circulaire de la vue en plan, on doit avoir le profil parfait vu par bout de l'élément traversant le cylindre).

La technique est de tracer sur l'élévation le profil exact de la pénétration et de le développer sur le développement principal afin d'y ajouter des coordonnées non connues a ré-exporter sur l'élévation pour tracer les diverses déformations dues à la courbe de surface cylindrique des éléments cadrant la pénétration constante.
Toujours avec les principes de divisions décrits plus haut, il suffit d'exporter les vues par bouts de pénétration depuis l'élévation vers le développement, de les tracer développées et d'y tracer les éléments utiles en parallèle , puis de ré-importer sur l"élévation les nouveaux points de coordonnées et tracer d'y les déformations de ces nouveaux éléments utiles pour la suite de construction .

Avec les meme génératrices recoupant les génératrices vues en plan , on peut aussi tracer la vue de coté de l'élévation et y tracer les profil du vide des pénétrations (fig 5) .

fig 7-8/ Le tracé et développement cylindrique de raccord entre solides :

Un raccord de toiture en charpentes se trouve à la "jointure" des toitures et/ou des murs entre deux bâtis se pénétrant quelque part sur leurs parois.
Sur la charpente il faut faire ce raccord par ce que l'on nomme une noue récupérant le glissement de l'eau de manière étanche entre les deux structures afin de l'acheminer "à l'égout" .
Sur deux couverture différentes droite pas de problèmes, par contre sur une parois cylindrique, cette noue devra être développée pour la tracer et l’exécuter (ex .photo fig 8 :Noue entre une tourelle et un bâtit parallélépipédique) .

Le principe est de tracer en plan la pénétration des deux solides pour en identifier la position du raccord .
En charpente c'est utile dans le cas ou il faut tailler des bois de noues en courbes pour soutenir et faire le lien avec le chevronnage contre une tour circulaire par exemple. (Quand on "roule" la feuille de papier autour du périmètre circulaire de la vue en plan, on doit avoir le profil parfait de la portion polygonal du solide étranger "s'encastrant fictivement dans le cylindre .

La technique est d'exporter par génératrices tous les points divisés du raccord vu en plan vers l'élévation , puis par rabattement depuis l'élévation de les exporter sur le développement ou/et une nouvelle élévation en vue de face perpendiculairement à la corde de l'arc de cercle du raccord vu en plan .
Sur le développement la courbe développée servira à tracer des hauteurs et largeurs de bois non connues au paravent, à re-exporter sur les autre vues .
Sur la nouvelle élévation de face on tracera le profil en vraie courbure du raccord vu sur la surface circulaire du cylindre .

En résumé : Il est primordial de s'exercer sur des feuilles de papier au départ pour tracer ces diverses constructions en compliquant chaque fois la tache, puis de découper les courbes développées et de les rouler pour vérifier si nos tracés sont juste !
C'est en soi des exercices amusant pour s'initier facilement et concrètement à moindre frais aux différentes techniques de tracer par art du traits, et pas si enfantin que ça !
La technique de la feuille de papier est souvent utilisée dans les métier faisant appel à ces genres de constructions et permettent de bien s'imaginer à l'avance la géométrie de pièces courbes dans l'espace .
Pour les boiseux ici qui découvrent , imaginez vous qu 'un développement sur périmètre calculé bien fait et approfondi en y ajoutant les épaisseurs et largeurs de bois, vous permettra de faire du lamellé collé de pièces non connues en géométrie plane est ainsi de démultiplier vos champs créatifs !
Pour du bois massif à tailler dans la masse nous allons s'y intéresser plus bas dans les prochains articles .

Applications pratiques de l'art du trait du cylindre en charpente

Dans ce chapitre, nous allons appliquer aux bois de charpente les principes de bases énoncés ci dessus .
Les prochains exercices s'émanciperons des assemblages (secondaires) et s’arrêteront en coupes et arasements (comme pour de l'assemblage par dominos) pour laisser la place de façon plus lisible à la compréhension des procédés déjà très chargés en traits .

Nous prendrons comme sujet d’étude une supposée tourelle circulaire tronquée en couverture avec une fenêtre ronde en pénétration pour avoir les éléments utiles de cas généraux qui pourrait se présenter en charpente (ou autre construction en bois)

Tracé de développement de section tronquée d'un ouvrage cylindrique :

Le développement pratique dans ce cas présent sera incontournable à maîtriser quand on devras tracer et chantourner des éléments développés pliables dans un ouvrage (lamellé collé, planche de noue, tôle de noue, etc) qui n'auront leur forme définitive qu'une fois enroulée et posée .
Notre sujet d'étude se compose d'une tourelle circulaire faite de poteaux verticaux d'aplombs nantis de bois de ceinture basse cintrés, est d'une ceinture haute biaise de bois cintrés débillardés constituant une toiture plate .
Cette structure sera percée d'un œil de bœuf en embrasure droite sur 4 bois assemblés en lunette circulaire débillardés croches (cintrés en plan et en élévation) .

fig 1/ La vue en plan et l'élévation :

A/ En premier lieu nous traçons le contour, profil et éléments connus de notre tourelle (base circulaire vue en plan + élévation avec coupe biaise de la toiture + vue par bout et en plan de pénétration souhaitée).

B/ Sur la vue en plan, nous divisons les axes des futurs poteaux , puis nous traçons les sections de chacun d'eux vus par bouts (arrondis seulement sur l’extérieur) ainsi que les largeurs de bois cintrés des ceintures .

C/ Par des fuyantes, nous élevons ces poteaux sur l'élévation et nous traçons les épaisseurs des ceintures (droite et biaise) .

Nota : Ici le poteau central de l'élévation n'est pas connus encore aux points de coupes de la lunette !

fig 2/ Mise en place du développement :

A/ Depuis l'élévation, nous traçons par des fuyantes horizontales les hauteurs connues extrêmes .

B/ Par des verticales nous traçons les divisions calculées du périmètre de la vue en plan .

fig 3/ tracés des bois connus sur le développement :

A/ Nous traçons vus en vertical les largeurs trapézoïdales de poteaux depuis les axes .

B/ Nous traçons l' épaisseur de la ceinture basse.

C/ Nous traçons enfin toutes les génératrices horizontales depuis les points utiles en élévation à exporter vers le développement coupant en intersection les tracés montants donnant les points de courbes .

fig 4/ Tracé des courbes supérieures et inférieures extérieures :

A/ En repérant les points maintenant connus, il faut à l'aide d'un pistolet ou d'une cerce les relier par les courbes ainsi définies .

A bis/ Nous pouvons aussi pour gagner du temps et ne pas surcharger l'épure de traits en traçant la seconde courbe sur des points tracés par un écartement de compas égaux à l'aplomb pris sur l'élévation .
En effet les hauteurs dans ce cas sont d'aplombs et constantes .

fig 5-6/ Tracés finaux des courbes :

Avec le même principe, nous traçons les courbes intérieures supérieures et inférieures . (Sur l'illustration, je me suis servi des coupes de bouts mises en couleur bleue pour visualiser plus facilement la logique du tracé)

fig 7-8/ Matérialisation des courbes :

A/ Avec une couleur ou un grisonnant au crayon papier léger, nous matérialisons déjà la face des bois, tout en sachant que dans un développement ces courbes se croiseront aux axes développés en miroir de l'axe d'élévation.

B/ Avec une couleur ou un grisonnant plus soutenu, nous matérialisons les champs vus !

C/ Nous pouvons aussi matérialiser les poteaux et leurs coupes de bouts si besoin .

fig 9/ tracé de feuillets pour du lamellé collé :

En chantournant des feuillets aux limites hautes et basse des courbes, on obtient une fois collé en forme une pièce courbe brute avec des réservations de bois pour le débillardement fini des champs . (en rouge sur l'illustration)

Tracé de herse développée de la section tronquée d'un ouvrage cylindrique :

Le tracé de herse est ce qui donne le plus d'information en charpente pour tailler les bois d'un ouvrage, dans le cas de plan courbes c'est possible aussi à condition que la surface hersée soit plane évidemment !
Sur notre sujet d'étude, j'ai ajouté deux bois de panne chevron en croix assemblés en lierne pour bien appréhender le sens logique du développement de la herse .

fig 1/ Mise en place du plan développé à plat de la herse :

A/ Depuis la vue en plan, nous exportons par des fuyantes et arc de cercle le diamètre de la construction vers l"élévation .

B/ Depuis l’élévation et perpendiculairement à la section tronquée ,par des fuyantes nous traçons un rectangle ou sera inclus la herse complète future .

Nota : Il faut définir les points de rabattements entre les deux vues précisément .

fig 2/ Tracé de la première courbe (extérieure) de la herse :

A/ On exporte par génératrices et points de rabattements sur le développement de herse tous les points extérieurs pris sur la vue en plan des axes de divisions.

B/ Depuis l'élévation perpendiculairement à la partie tronquée , on exporte par génératrices tous les points d'axes réciproques à la vue en plan sur le développement de herse .

C/ par tous les points d'intersections de génératrices réciproques, nous traçons à l'aide d'un pistolet ou cerce une première courbe elliptique délimitant l'extérieur de la herse .

fig 3/ Tracé de la seconde courbe (intérieure) de la herse :

Avec le même principe que précédent mais en exportant depuis la vue en plan les points d'axes intérieur cette fois ci , nous traçons la seconde courbe, on aperçois ici que les deux courbes ne sont pas parallèles, c'est normal car les parallélismes seront donnés par les deux prochaines courbes .

fig 4/ Tracé des courbes de débillardements :

Nota : Entre-temps en exportant les points depuis la vue en plan et de l'élévation, j'ai tracé la "croix" pannes chevrons en lierne sur la herse ,ce qui nous permettra de visualiser la logique.

A/ Depuis les points inférieurs et extérieurs de l'épaisseur de la ceinture de l'élévation, nous exportons par génératrices coupant les génératrices verticales du développement de herse.

B/ Les nouveaux points donnés par les intersections de ces génératrices nous permettent de tracer la première courbe extérieure de débillardement .

fig 5/ Tracé des courbes de débillardements suite :

A/ Depuis les points inférieurs et intérieurs de l'épaisseur de la ceinture de l'élévation, nous exportons par génératrices coupant les génératrices verticales réciproques du développement de herse.

B/ Les nouveaux points donnés par les intersections de ces génératrices nous permettent de tracer la seconde courbe intérieure de debillardement .

fig 6/ Tracé des poteaux vu en herse :

Depuis l'élévation et la vue en plan , nous exportons tous les points utiles pour tracer les poteaux vus en herse au niveau de la ceinture, puis nous les matérialisons par coloration .

Ici le tracé de la herse est terminé , il nous reste à exploiter les informations pratiques que nous donne cette construction .

fig 7-8/ Observation générale et tracé des blocs capable pour l'usinage des pièces :

J'ai volontairement "sorti" numériquement les pièces de bois débillardées vues en herse pour bien imaginer le résultat de cette construction, et comprendre à quoi sert notre épure .
On ne peut pas traditionnellement tailler correctement et précisément des bois débillardés non connus sans pouvoir les tracer.
On ne peut tracer ces bois que par points exportés sur un bloc équarris calibré au préalable ! Encore faut il connaitre les mesures de ce bloc accueillant inscrit une pièce débillardée , ce que l'on nomme un "bloc capable" .

La herse tracée nous permet d’avoir toutes les informations de débits et de traçages de nos pièces .

A/ En traçant un un parallélogramme passant par les points extrêmes de chaque pièce débillardée vue en herse, nous obtenons la longueur et l'épaisseur du bloc équarri capable .

B/ L'épaisseur d'un bloc capable dans notre cas en herse est égal à l'épaisseur de ceinture en élévation .

En rouge sur la dernière illustration, nous trouvons le tracé de ce que l'on appelle un "calibre rallongé", qui représente le cintre déforme à tracer sur un bloc capable de part et d'autre de ces faces mais décalées pour le debilladement.
Dans le cas de notre sujet, ce serait intéressant en terme de temps de faire deux de ces calibre en gabarit à reporter sur nos pièces, en effet celles ci sont similaires et en miroir .

Pour ceux qui commenceraient à s’intéresser au sujet et expérimenteraient, il faut déjà essayer avec le principe de feuille pliée ,et avec moins de pièces de bois tracées (exemple juste la ceinture entière non coupée par des poteaux) .
Les principes expliqué ici peuvent être dérivés à la menuiserie ou en mobilier sans problèmes !
Je ne peut que donner des pistes d'études génériques de départ et l'envie, le reste est sans limite ,avec un travail personnel assidu, un monde nouveau s'ouvre à vous !!!

Tracé et développement de pénétration d'un ouvrage cylindrique :

Dans ce chapitre, nous allons découvrir un premier tracé d’exécution pour du débillardé croche (Cintré en plan et en élévation) .
Cette pénétrations de solide cylindrique par un autre solide lui aussi cylindrique est l'exercice que l'on apprend en premier en apprentissage de cette technique . En effet elle permet de pouvoir toujours se référer à l’aspect vertical d'aplomb et perpendiculaire du percement de pénétration qui seront les seules constantes dans ce cas, le restant devra être rechercher en trois dimension dans l'espace.
Pour résumer, cet exercice fait parfaitement la transition depuis le débillardé classique (autour ou dans du solide cylindrique) et le croche pur sans aucunes constantes (Ex .bois circulaire placé dans une forme sphérique) .

fig 1/ Tracé de la pénétration directrice :

A/ Sur l"élévation, nous traçons la vue par bout de la pénétration au compas par un cercle de 360° .

B/ Sur la vue en plan, nous traçons depuis le diamètre de pénétrations de l"élévation, celle ci en vue de dessus .

C/ Depuis l"élévation nous exportons l'axe et le diamètre en hauteur de la pénétration sur le développement .

fig 2/ Tracé de la pénétration développée sur le développement :

A/ Sur la vue en plan nous divisons le segment de cercle représentant la pénétration et les bois de lunette vues de dessus.

B/ Nous divisons et traçons (ici par calcul) le périmètre développé du segment de cercle de lunette sur le développement, ainsi que l’arête de pénétration par rapport aux bois de la lunette .

C/ Nous exportons par génératrices verticales les points de divisions de la vue en plan sur la pénétration en élévation .

D/ Nous exportons ensuite ces nouveaux points de l'élévation par génératrices horizontales sur le développement .

E/ avec un pistolet ou une cerce, nous traçons l"ellipse de la pénétration développée .

fig 3/ Tracé de la lunette développée :

A/ En prenant au compas la mesure de bois vu (en corde) sur la vue en plan de la lunette, nous reportons cette mesure sur tous les rayons développés de la pénétration au développement .

B/ Depuis ces nouveaux points sur le développement, nous traçons la courbe elliptique extérieure de la lunette .

fig 4/ Tracé final en vraie courbure de la lunette sur l'élévation :

A/ Depuis le développement, nous exportons les nouveaux points par génératrices vers l'élévation .

B/ les nouveaux points d intersections donnés et reliés par pistolet ou cerce nous donnent la lunette en vraie grandeur et vraies courbure en vue de face sur l'élévation .

Attention : les points exportés sur l'élévation sont pris sur les rayons développés, sauf pour ceux qui découlent du tracé d’arêtes qui sont eux pris sur l’arête développée et exportés sur les génératrices réciproques venant de la vue en plan vers l'élévation .

fig 5-6-7-8-9-10-11-12-13/ Tracé géométral de fabrication de la lunette et bloc capable :**

Dans notre sujet d'étude, on ne tracera que la moitié de la lunette, en effet celle ci serai assemblée de quatre éléments identiques en miroir.

fig 5-6 :

A/ Nous Traçons dans l'alignement des vues en plan et élévation toutes les génératrices utiles verticales pour la pénétration et les limites de la construction.

B/ Depuis l'élévation, nous exportons par rabattements les génératrices horizontales réciproques sur les génératrices verticales .

C/ Nous traçons au compas la vue par bout de la pénétration .

fig 7-8/

A/ Nous traçons ensuite toutes les génératrices verticale de la courbe extérieure depuis la vue en plan et l'élévation .

B/ Par rabattements depuis l'élévation nous exportons les horizontales réciproques sur les verticales.

C/ au pistolet ou cerce, nous traçons la courbe extérieure en reliant ces nouveaux points d'intersections .

fig 9-10/

A/ Nous exportons enfin de la même façons les dernières génératrices du débillardement de courbe .

B/ Au pistolet ou la la cerce, nous traçons le débillardement aux points d'intersections .

C/ Avec des couleur ou en grisonnant, nous matérialisons la pièce vue géométralement en vraie grandeur et vraie courbe .

Pour tracer des blocs capables, nous devons repartir depuis la vue en plan et l'élévation pour exporter les génératrices vers une dernière construction, sachant qu'une vue sera nécessaire pour faire les quatre pièces de la lunette (traçage en miroir ) ! (fig 11)

fig 12/ Nous exportons les génératrices vue en élévation vers la future vue géométrale du bloc vers la vue en plan .

fig 13/ Nous exportons depuis la vue en plan les génératrices réciproques, puis aux intersections nommées , nous traçons au pistolet ou cerce les courbes de la pièce de lunette vue géométralement .
Enfin en traçant un parallélogramme aux extrémité de cette dernière , nous obtenons la largeur et la longueur des blocs capables .

En résumé, à condition que le développement soit issus par calcul du périmètre, nous pourrions aussi débiter le profil développé de la lunette pour du lamellé collé .

Important : Dans le cas de médaillons (marqueterie ou assemblage petit cadre) sur un ouvrage cylindrique (bureau à cylindre) il faut faire avec la même méthode mais le tracé inverse, c'est à dire tracer le profil fini du médaillon au compas sur le développement, puis l'exporter vers l'élévation !
En effet si nous utilisions la méthode ci dessus , le médaillon apparaîtrait déformé et non esthétique sur l'ouvrage cylindrique !
On peut ici aussi essayer sur une feuille de papier pour visualiser les déformations dues au pliage

Tout l'art du trait réside ici, le fait de visualiser en permanence dans l'espace un ouvrage à réaliser .

Tracés de raccords en noues de solides différents dans un ouvrage cylindrique :

Ce dernier chapitre sur l'art du trait dévolus aux ouvrages cylindriques, va nous apprendre à tracer principalement ce que l'on appelle la noue courbe , en d'autres termes, le tracé d'exécution pour tailler ce bois de raccordement placé au niveau des chevrons de deux toitures et/ou parois différentes , ainsi que des planches de noue accueillant de la zinguerie .
Le principe de base étant la collision et pénétration de deux bâtis différents et donc leur raccordement sur un plan circulaire .

Notre sujet d'étude sera un petit bâtit rectangulaire en plan avec un petit toit un pan s'encastrant dans la parois d'une tourelle circulaire .
Donc le raccordement du chevronnage en pente contre la tourelle .

Tracé du développement du chevron de noue :

fig 1/ Mise en place du tracé de noue courbe développée :

A/ Nous procédons classiquement au tracé de la vue en plan, elle comporte la tourelle circulaire et la collision et pénétration des deux bâtis, ainsi que du chevronnage calculé et divisé avec la représentation circulaire du futur bois de noue .

B/ Nous traçons en alignement la vue en élévation de l'ensemble avec ses hauteurs désirées et la pente de toiture.

C/ Nous matérialisons le bois de noue différemment des chevrons droit en plan et en élévation .

fig 2/ Tracé du plan de développement :

Le développement sera utile en cas de planche de noue (divisions par les collets) ou du bois de noue en lamellé collé (divisions par calcul du périmètre).

A/ Nous traçons le périmètre rectangulaire du développement classiquement .

B/ Nous y importons les génératrices horizontales depuis l'élévation .

C/ Nous traçons enfin les divisions sur la vue en plan et en verticales développées sur le plan de développement .

fig 3-4/ Exportations des points de divisions en plan sur les autres vues :

A/ Nous exportons par génératrices verticale depuis la vue en plan vers l'élévation .

B/ Depuis l'élévation par rabattement depuis la pente du toit nous traçons des génératrices de points vers le développement .

fig 5/ Tracé de la pièce courbe développée :

A/ Nous traçons classiquement les quatre courbes aux points d'intersections sur le développement .

B/ Avec des couleurs ou en grisonnant au crayon, nous matérialisons la pièce vue développée .

fig 6/ Construction complète du développement :

En visualisant cette dernière construction dans son ensemble, on s’aperçoit que le principe de traçage en art du trait est à peu près toujours fait de la même technique descriptive pour arriver à sortir des épures de pièces non connue par géométrie plane .

Tracé de la planche de noue développée :

Pour débiter et chantourner une planche de noue afin de la plier sur une parois circulaire, on se sert du développement.
Les divisions verticales peuvent être tracées par les cordes ou calculées depuis le périmètre circulaire de la vue en plan ,cela n'a pas d'importance les hauteurs pour retranscrire la courbes seront constantes .
Par contre il faudra calculer la longueur du segment en plan pour tracer des divisions justes sur la planche de noue à débiter en courbe.

fig 1/ Tracé de la planche de noue en plan :

A/ Sur la vue en plan au compas, nous traçons la planche de noue d'épaisseur 18 mm de la totalité de son recouvrement de la noue .

B/ De façons classique nous exportons les points de divisions de la parois circulaire vu en plan vers le développement en passant par l'élévation .

fig 2/ Tracé de la planche en courbe développée :

A/ Nous traçons la courbe de noue développée aux intersections de divisions réciproques .

B/ Nous traçons au compas les hauteurs constantes depuis la courbe développée .

C/ Depuis ces nouveaux points , nous traçons la seconde courbe du profil de la planche ainsi que ses coupes d'aplombs .

Nous obtenons par cette construction le tracé à exporter sur une planche brute coté parois circulaire, et après avoir chantourné ce tracé ,cette planche par pression sera pliée sur le chantier et épousera parfaitement la noue courbe.
Le tracé peut parfois être demandé par le couvreur pour débiter ses tôles de zinguerie en courbes !

Tracé de la vue géométrale de noues courbes :

Le tracé géométrale est à maîtriser, même si pour un chevrons courbe de noue sera débiter et tailler depuis le développement en herse.
En effet le bloc capable issus de la vue géométrale serait de trop grandes dimensions et beaucoup de perte de bois .
Le tracé géométral permettra en outre à dessiner un ouvrage à des fin de visualisation globale d'un projet (actuellement l'informatique à complètement remplacer cette technique).
Par contre encore actuellement la technique est utilisée encore parfois dans l'escalier en courbe traditionnel .

Fig 1/ Mise en place de l"élévation géométrale :

A/ Depuis la vue en plan et perpendiculairement au segment de cercle entier de la noue, nous construisons une seconde élévation vue de face.

B/ Nous exportons les points extrêmes de la noue sur cette nouvelle vue .

fig 2/ tracé des génératrices de points de divisions réciproques :

B/ Depuis la vue en plan, nous exportons toutes les génératrices de points de divisions du segment .

C/ Depuis l'élévation principale, par rabattements nous exportons par génératrices tous les points de divisions réciproques sur la seconde élévation .

Nota : Il faut procéder un tracé courbe par courbe et leurs génératrices réciproques, en effet la lecture de la multitude de traits deviendrai très vite confuse pour retrouver tout les points d'intersections !

fig 3/Tracé des courbes :

A/ Avec la cerce ou pistolet, nous traçons les différentes courbes .

B/ En couleur ou en grisonnant au crayon, nous matérialisons la pièce .

fig 4/ Construction complète de la pièce vue géométralement :

En observant l'ensemble on devine bien le soin que l'on doit apporter à ce genre de tracé .

fig 5-6/ Tracé géométrale complet du chevronnage :

A/ Toujours avec le même principe, on exporte touts les points par génératrices des extrémités de chevrons droits .

B/ En mettant en couleur ou en grisonnant ,on découvre l'ouvrage complet de chevronnage vu géométralement .

Tracé de calibre rallongé et bloc capable de noues courbes :

fig 1-2/ Tracé du calibre rallongé :

A/ Le tracé du calibre rallongé se fait perpendiculairement depuis la vue géométrale de la pièce, en exportant les points des courbes représentant le plat de la pièce sur un parallélogramme aux mesure de la longueur extrême vue géométralement et de l'épaisseur extrême de la pièce vue en plan.

B/ Sur les génératrices du calibre rallongé, nous traçons les mesures prises au compas des points de divisions vu en plan depuis la courbe perpendiculairement à l’arête du bloc .

C/ En Traçant depuis la vue géométrale les points inférieurs de division et y appliquant les écartements de compas , en traçant les secondes courbe et en y posant de la couleur ou du grisonnage, on découvre la courbure de la pièce entière inscrite dans l'épaisseur du bloc capable.

Fig 3/ Tracé du bloc capable sur la vue géométrale :

En traçant un parallélogramme aux extrémités de la pièces vue géométralement , on obtient la longueur et la largeur du bloc capable.

Et sur la fig 4 on découvre l'épaisseur du bloc capable en traçant un parallélogramme aux extrémités de la pièce vue en plan .

Tracé de la herse de chevrons en noue courbe :

Au vu des mesures ci dessus de blocs capables pour y inscrire la pièce de noue, on s’aperçoit bien que la masse de bois nécessaire n'est pas très pratique, de plus le bois à tailler débillardé sur 4 faces demande beaucoup de travail pour une pièce de bois structurant une charpente qui sera de toutes façon invisible !
Nous laisserons donc cette technique aux escaliers (voir traité).

Les charpentiers adopteront le principe de la herse qui permettra de tracer une pièce déjà tirée d'épaisseur et par ailleurs déjà courbée naturellement (moins de bois et plus de résistance) .
La herse dans notre cas donnera toutes les informations pratiques pour tailler le chevronnage du se t'il être en plus en noue courbe .

fig 1/ Le tracé de la herse :

Le principe général est le même que pour un tracé de herse sur des toiture à plan carré (voir chapitre précédent).
Toutefois ici ,l'épure en plan est déjà très fournie en traits et il faut de préférence exporter la vue sur un plan nouveau de manière à être lisible plus aisément .

A/ Depuis la vue en plan, nous exportons vers la nouvelle vue les divisions et épaisseurs de bois à notre nouvelle construction (ici sur les génératrices verticales déjà tracées) .

B/ nous exportons ensuite les points de coupes des chevrons droits en plan vers l"élévation ,puis nous matérialisons les coupes .

C/ En choisissant comme point de rabattement la pointe du chevronnage de l'élévation , nous rabattons par génératrices les points utiles sur les génératrices de la vue en plan .

D/ Aux intersections réciproques , nous traçons les courbes .

E/ Nous rabattons ensuite les points de longueur des chevrons droits et derniers points utiles .

F/ Nous traçons la herse complète, et avec des couleur ou en grisonnant au crayon nous matérialisons la herse entière en vraie grandeur et vraie courbure . (fig 2)

fig 3/ Tracé du bloc capable du chevron de noue :

A/ En traçant par les extrémités de la pièce vue depuis la herse un parallélogramme ,on obtient la longueur et la largeur du bloc capable .

B/ L’épaisseur du bloc capable est égale à largeur des chevrons vus sur l'élévation .

En résumé, si on imagine une pièce de bois déjà cintrée naturellement brute capable d'inclure la pièce de noue courbe finie de la herse , et de l'avoir calibrée déjà en épaisseur, Le tracé et la taille se trouve précise est simplifiée .

fig 4/ L’ensemble de la construction par art du trait !

Avant de passer aux tracés croches sur des structures plus complexes, ce chapitre dénote bien l'art du trait à part entière et l'obligation de travailler le sujet par petites étapes .

Plus loin, nous apprendrons à tailler et usiner des pièces débillardées ou lamellés collées en courbes irrégulières! Sans l'art du trait et les épures qui en découlent ,il serait impossible de construire des ouvrages de qualités car l'improvisation n'a pas sa place dans nos métiers dès que les ouvrages deviennent complexes sortit du plan carré et constitués de plans courbes .

A suivre ........