Charpente

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

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

• Les pannes sont les éléments de liaison entre les fermes. Il existe 3 types de pannes : la sablière, posée sur les murs ; les pannes ventrières situées en milieu de pan de toit et la panne faîtière, en haut de toit nommé le faîtage. C'est par elles que transitent les charges des chevrons vers les fermes. Entraxe : 2 à 3 m, section de 6, 3 × 17, 5 à 10 × 25 cm.

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

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

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

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

Une charpente est la majorité du temps conçue sur CAO et quelques fois sur papier. Le dessin de la charpente le plus souvent réalisé au 1/10^e, ou en taille réelle, est nommé épure. Il sert à retrouver les assemblages nécessaires mais aussi les cotes des pièces à réaliser.

Charpente complexe d'une halle aux grains (Aire-sur-Adour, France)

De nombreuses cultures ont joué des formes (et ici des couleurs) permises par l'agencement des bois de charpente, murs et planchers (ici, pilier de temple, Province de Sagami, Japon

chapelle du château de Lunéville

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

Les manières de construire changent fréquemment d'un pays à l'autre, quelquefois d'une région à l'autre. En France, la terminologie peut différer d'une région à l'autre, ce qui compromet la validité de certaines entrées de dictionnaire, lesquels gardent toujours une valeur de référence.

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

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

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

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

La charpente métallique concurrence la charpente en bois dans presque l'ensemble des domaines. Les différences de comportement entre les deux matériaux décident généralement du choix, mais aussi les prix.

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

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

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

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

Le domaine d'application comprend les :

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

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

L'étude des forces sur une charpente

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

L'allongement/raccourcissement est dû au travail de la pièce en traction/compression. Autrement dit quand l'effort s'exerce dans l'axe de la pièce.

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

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

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

Il faut en particulier noter dans la conception d'une charpente et surtout d'une ferme que le poinçon ne doit supporter aucun effort.

• Contreventement

Charpente du château de Noville-les-Bois.

Aisselier Arbalétrier Arêtier Blochet Charpente à Cruck Chevêtre Chevron ou faux comble Comble (architecture) Comble à surcroît Comble brisé dit à la Mansart Contrefiche Coyer Coyau Dé Échantignole Enrayure Entrait moisé Entrait ou tirant Entrait retroussé ou faux entrait Faîtage Faîte Faux-entrait Ferme Ferme à une pente ou appentis Gousset

Hourdis Jambe de force Jambe de force moisée Jambette Lien de faîtage Lierne ou sous-faîte Linçoir Lindier Moise Noue Panne Panne faîtière Panne sablière Pignon Poinçon Portée Poteau Poutre Sablière Solive Solive boiteuse Solive d'enchevêtrure Sous faîte Trémie Volige

• Eugène Viollet-le-Duc, Dictionnaire raisonné de l'architecture française du XIe au XVIe siècle - Tome 3, Charpente
• Jean Bernard, Encyclopédie des métiers : la charpente, Librairie du compagnonnage, 1980
• Jean Denfer, Architecture et constructions civiles - Charpentes en bois et menuiserie
• Frédéric Épaud, De la charpente romane à la charpente gothique en Normandie, CRAHM, 2007 (ISBN 978-2-902685-39-4)