Préambule

Dans le cadre du volet scientifique de la formation continuée de l’UCL “Le Bois dans la Construction”, un projet de diffusion de bonnes pratiques concernant l’utilisation du bois dans la construction a été mené, en collaboration avec Hout Info Bois, afin de guider les concepteurs à l’abord d’un projet de construction avec le bois. Ce projet, ainsi que la formation ont bénéficié d’un subside de la Région Wallonne.

Ce projet comprendra les analyses de cinq bâtiments exemplaires en bois tous implantés en Wallonie. Ces analyses ont pour objectif de récapituler les difficultés rencontrées pour atteindre de bonnes performances dans un bâtiment en bois si l’approche du concepteur est mauvaise. Elles concernent des programmes différents et sont à chaque fois associés à une problématique particulière liée aux performances. Chaque mini-dossier de projet récapitule les différents aspects de l’une de ces problématiques et illustre l’approche qui a été suivie par le concepteur pour viser à la performance souhaitée.

Le projet de Diffusion de Bonnes Pratiques est introduit par des recommandations d’experts, très synthétiques, afin d’aller à l’essentiel.

Ces paroles d’expert mettent en avant les conseils de collèges d’experts par rapport aux difficultés habituellement rencontrées dans la construction en bois. Bien que très dense, cette introduction a été imaginée comme un mémo plutôt que comme un manuel. Elle est destinée à attirer l’attention du concepteur sur les éléments qui requerront son attention lorsqu’il conçoit avec le bois.

Nous souhaitons que les informations proposées par ces dossiers permettent à un nombre toujours croissant de personnes de concevoir des ouvrages de qualité avec le bois.

Nos forêts wallonnes représentent une source renouvelable et patiemment gérée d’un matériau de construction naturel et porteur de grandes qualités environnementales. Une construction réellement durable ne peut se concevoir qu’au départ d’un matériau présentant ces qualités et mis en œuvre de manière irréprochable.

Nous vous souhaitons beaucoup de succès avec vos projets d’architecture en bois.

Caroline Vincke, chargée de cours UCL, co-responsable académique de la formation (Eau et Forêts),
Denis Zastavni, chargé de cours UCL, co-responsable académique de la formation (Architecture), coordinateur du Projet de Diffusion de Bonnes Pratiques avec le bois.

Site internet de la formation continue Bois dans la construction :

http://sites.uclouvain.be/formation-continue-bois/

Dossiers d’études de cas

Cinq programmes architecturaux et cinq thématiques performantielles ont été abordés dans le cadre des dossiers d’étude de cas.

Chaque projet est d’abord présenté par le biais de fiches descriptives (surfaces, intervenants, budgets, etc.) et de plans, coupes et élévations. Une problématique lui est ensuite associée, avec un résumé dans ses grandes lignes. Les problématiques traitées sont la structure, l’étanchéité à l’air et à l’eau, les performances hygrothermiques, la problématique incendie et les performances acoustiques.

Parallèlement, les dossiers illustrent au travers des plans, des coupes et des détails techniques les particularités du projet et l’approche qui a été suivie par les concepteurs pour viser à la performance étudiée. Une bibliographie sommaire résume finalement les principales sources utilisées pour construire ces dossiers.

Les dossiers d’étude de cas n’ont pas pour vocation de donner des règles, des détails types ou un quelconque mode d’emploi eu égard à une performance. Ils se contentent d’illustrer une approche possible de la problématique avec une illustration de la solution à laquelle cette approche a mené.

Cette section est encore inachevée : elle sera complétée au fur et à mesure de la finalisation des dossiers.

Denis Zastavni, chargé de cours UCL, co-responsable académique de la formation Le Bois dans la Construction, coordinateur du Projet de Diffusion de Bonnes Pratiques avec le bois.

Paroles d’experts

La formation continuée “Le Bois dans la Construction” organisée à l’UCL par les Bioingénieurs Forestiers et par les Ingénieurs Architectes rassemble des collèges d’experts qui sont à la pointe des connaissances sur la bonne mise en œuvre du bois dans la construction.

À l’occasion du Projet de Diffusion de Bonnes Pratiques avec le Bois, il a été demandé à ces experts de résumer dans un texte court l’essentiel de ce qu’il faut avoir à l’esprit pour concevoir correctement avec le bois.

Huit groupes ont été constitués autour des thématiques suivantes :

  1. Le matériau bois et ses traits caractéristiques

    Il n’est possible de faire un bon usage du bois qu’à la condition expresse de respecter sa spécificité, c’est-à-dire de savoir non seulement ce qui distingue le bois des autres matériaux, mais aussi comment adapter en conséquence sa mise en oeuvre.

    Ce qui distingue le boisde tout autre matériau de construction tient essentiellement à trois de ses caractéristiques majeures :

    1- Son origine vivante

    Le fait qu’il soit fabriqué par un individu vivant – l’arbre- explique ses performances environnementales mais induit une grande variabilité de ses propriétés : entre espèces, entre arbres dans une espèce et entre pièces dans un arbre. Cette variabilité rend indispensables, préalablement à la mise en oeuvre, les opérations de tri, de classement, de réception, etc.
    2- Son affinité vis-à-vis de l’eau

    Le fait qu’il adapte son humidité à celle de l’air ambiant est à l’origine du travail du bois, qui peut déformer et affaiblir un ouvrage. Pour minimiser les risques, il faudra veiller, lors de la mise en oeuvre, à ce que le taux d’humidité soit le plus proche possible du taux d’humidité qu’il atteindra à l’équilibre avec son environnement. Par ailleurs, un taux d’humidité élevé expose le bois à l’attaque des champignons. la conception d’un ouvrage en bois doit dès lors permettre d’éviter toute stagnation d’eau.
    3- Sa structure orientée

    Le bois, matériau cellulaire, peut être comparé à un faisceau de tubes microscopiques. La façon dont ce faisceau est orienté – la langue vernaculaire dit:”la direction du fil”- déterminera nécessairement les comportements physiques et mécaniques du bois. Chaque pièce sera disposée en conséquence

    Defays, Emmanuel [coordinateur]
    Office Economique Wallon du Bois
    e.defays@oewb.be
    Jourez, Benoît
    DEMNA
    benoit.jourez@spw.wallonie.be
    Herman, Marc
    DEMNA
    marc.herman@spw.wallonie.be
  2. les formes sous lesquelles on emploie le bois et ses dérivés

    a construction en bois possède la rare particularité, outre ses valeurs environnementales, de pouvoir intégrer principalement un seul matériau mais qui peut se décliner sous une multitude de formes. Le bois massif peut provenir de plus d’une centaine d’espèces parmi les plus commercialisées. Que dire de la diversité des produits dont le bois est le principal constituant ? Associés à d’autres matériaux comme le verre, l’inox ou le béton, le matériau bois et ses dérivés permettent une architecture contemporaine, innovante, créative et légère.

    Avant même la première ébauche de projet, le choix de l’espèce va influencer le résultat final. La durabilité du matériau, son traitement éventuel, ses propriétés mécaniques, sa couleur, sa disponibilité, son prix vont orienter le prescripteur et vont constituer les prémices d’une esquisse.

    Chacune de ces propriétés ne peut être envisagée individuellement, il s’agit de prendre chacune en compte pour faire son choix. Mais choisir, c’est renoncer… Le choix final sera donc le résultat d’un compromis par rapport auquel le prescripteur pourra envisager des solutions architecturales pour perdurer l’ouvrage.

    Frère Hugues [coordinateur]
    Directeur – HoutInfoBois
    h.frere@houtinfobois.be
    Georges Marc
    Coordinateur Wallonie-Bruxelles – Centre Formation Bois
    Marc.Georges@och-cfb.be
    Coudevylle Sébastien
    CTIB
    sebastien.coudevylle@ctib-tchn.be
  3. l’hygrothermie dans les constructions en bois

    L’hygrothermie d’un bâtiment est aujourd’hui rendue complexe par les contraintes nouvelles apportées aux bâtiments.

    • On souhaite une isolation des parois très élevée, ce que permet la construction à ossature bois par la mise en œuvre de fortes épaisseurs d’isolation entre les montants, tout en gardant une épaisseur globale de paroi raisonnable.

    • L’enveloppe du bâtiment doit être étanche à l’air, pour limiter les consommations énergétiques. Un essai (Blower-door) pourra attester de cette étanchéité à l’air.

    • L’apport d’air neuf hygiénique et l’extraction de la vapeur d’eau émise dans le bâtiment (occupants, douches, cuisine,…) sera alors principalement organisée par une ventilation mécanique. Reste la migration d’eau au travers de l’enveloppe. Deux objectifs doivent être atteints : pour un bon confort intérieur, la paroi doit jouer un rôle de tampon hydrique (absorption de vapeur d’eau lors d’une montée du taux d’humidité intérieur et restitution vers l’ambiance par la suite, par exemple dans une salle de bains) … mais aussi tout risque de condensation majeure d’eau doit être évité dans la paroi !

    Une première solution “classique” consiste à limiter la couche tampon à la finition intérieure et de lui adjoindre un film pare-vapeur avant l’isolant. Mais la continuité parfaite du pare-vapeur est difficile à atteindre sur le terrain et le moindre passage de vapeur d’eau risque alors de provoquer une condensation néfaste…

    Une deuxième solution consiste à conserver à la paroi une perméabilité partielle via l’usage de matériaux capillaires, de freiner le passage de la vapeur d’eau à l’entrée de la paroi (coefficient μd de 1 à 5m), puis de disposer les matériaux en couches de perméabilité croissante de l’intérieur vers l’extérieur (les plus fermées côté intérieur et la plus ouverte étant le parement extérieur), afin de toujours pouvoir évacuer à la belle saison l’humidité qui aurait pu s’accumuler dans la paroi. On parle de paroi “perspirante”.

    Henz Olivier [coordinateur]
    Architecte – PMP
    info@fhw.be
    Langendries Dominique
    Ir architecte – CSTC
    dominique.langendries@bbri.be
    Claessens Jacques
    Maître de conférence – UCL
    jacques.claessens@uclouvain.be
  4. la performance acoustique dans les constructions en bois

    En acoustique, la masse joue un rôle important : au plus lourd, au plus isolant. Les parois des immeubles à ossature bois ayant une masse dix fois moindre que celle conseillée en construction traditionnelle, travailler avec la seule loi de masse pour augmenter l’isolation acoustique n’a plus de sens. On doit donc se baser sur l’autre grand principe de l’isolation aux bruits, le système « masse-ressort-masse ».

    Pour les isolations élevées, on travaillera en pratique avec des ossatures alternées ou dédoublées, remplies d’absorbant à cellules ouvertes avec en finition une double épaisseur de panneaux de carton-plâtre. Pour les planchers, on mettra en œuvre des systèmes flottants en partie supérieure (chape sèche ou traditionnelle sur membrane) et un découplage du faux-plafond.

    Ces techniques sont plus délicates à mettre en œuvre mais permettent d’atteindre des niveaux de confort normal (54 dB), voire de confort supérieur dans certains cas (58 dB) où le traitement des voies latérales (p.ex. joints résilients dans la structure) devient alors indispensable.

    Ingelaere Bart[coordinateur]
    Chef du laboratoire Acoustique – CSTC
    bart.ingelaere@bbri.be
    Zastavni Denis
    Chargé de cours – UCL
    Denis.Zastavni@uclouvain.be
  5. les constructions en bois eu égard à la problématique incendie

    Le risque de début d’incendie n’est pas plus élevé dans une construction à ossature bois, mais le matériau de la structure est combustible. Si elle est constituée de poutres et poteaux, sa contribution à l’incendie est limitée par rapport au contenu. Par contre, les planchers, plafonds ou lambris en bois (non protégés) constituent une exception en offrant une grande surface à l’incendie.

    La réglementation n’impose pas de mesures pour les maisons unifamiliales ; pour les autres constructions, des impositions sont de mise sur la résistance R, l’étanchéité E, l’isolation I et la réaction au feu A des éléments ou des parois.

    On augmente les performances REI en protégrant la structure par des panneaux de gypse ou de ciment, fibrés de préférence, parfois en association avec de la laine minérale ou des surépaisseurs de bois. La réaction au feu A se modifie par des protections ou par traitement chimique.

    Pour contrôler le rique d’incendie, on veillera à augmenter le niveau de sécurité général de la construction par des mesures architecturales : couper les voies de propagation des flammes (vide derrière les bardages ou parements ; gaines techniques), écarter et protéger les fonctions à risque (chaufferie, cuisines,…), concevoir attentivement les accès et chemins d’évacuation, augmenter le cloisonnement les espaces, etc.

    Pr Jean-Marc Franssen
    Professeur – ULg
    Jm.franssen@ulg.ac.be
    Zastavni Denis [coordinateur]
    Chargé de cours – UCL
    Denis.Zastavni@uclouvain.be
  6. les structures en bois au regard des propriétés du matériau

    Le bois est un matériau naturel, ce qui implique une certaine variabilité des propriétés et présence de singularités (noeuds, etc.). Il possède des caractéristiques mécaniques anisotropes : ses performances sont excellentes dans le sens des fibres mais les efforts perpendiculaires aux fibres sont fortement préjudiciables.

    Pour de petites constructions avec des charges relativement uniformes, le principe de l’ossature à montants verticaux (système platform ou baloon) associé à des panneaux de contreventement suffit à assurer la stabilité. Pour des structures aux portées plus conséquentes ou avec de grandes ouvertures on doit compléter la structure – ou lui substituer un système de poutres et de colonnes (halls industriels, ponts, p. ex.).

    Pareille solution est également adoptée lorsque les étages se multiplient au-delà de deux – à moins d’opter pour l’alternative structurale des panneaux contrecollés ou contre-cloués (Leno, KLH, MHM, BSP, HMS, etc.).

    Passée une certaine échelle de la structure, l’usage de bois classé ou recomposé et purgé de ses défauts (lamellé-collé, par exemple) s’impose. Les assemblages à l’aide d’acier permettent de s’affranchir de certaines contraintes liées aux caractéristiques et au comportement mécanique du bois. Pour ce faire, il y a lieu de s’assurer que la composante vectorielle des efforts se fait dans l’acier et pas dans le bois.

    Le recours à une essence feuillue permet aussi de doubler la résistance perpendiculaire aux fibres.

    Les assemblages en acier doivent être dessinés soigneusement pour tenir compte des variations dimensionnelles du bois (perpendiculairement aux fibres) et en considération de la sensibilité au feu des matériaux en cas d’incendie. La résistance au feu nécessite systématiquement d’augmenter les dimensions des membrures et des assemblages (ou d’envisager des protections).

    Enfin, on constate un renouveau des assemblages en bois par contact (queues d’arondes, entures multiples) grâce aux machines de découpe à commandes numériques. Ceci avec prudence car les entailles mal pensées peuvent être source de problèmes du point de vue structural (interruption des fibres et traction transversale).

    Mahy Albert [coordinateur]
    Professeur, ECAM
    a.mahy@ecam.be
    De Vos Francis
    Professeur, UCL
    francis.de.vos@skynet.be
    Zastavni Denis
    Chargé de cours, UCL
    Denis.Zastavni@uclouvain.be
  7. Comportement structural et dimensionnement

    La légèreté du bois (ratio résistance /masse volumique) et son très bon comportement vis à vis du feu* en font un matériau de structure remarquable pour autant que l’on intègre bien les caractéristiques qui lui sont propres.

    Ses propriétés mécaniques sont fortement influencées par les conditions de croissance de l’arbre et par la présence de singularités (nœuds, fentes, pente de fil, …).
    Pour limiter l’influence de ces variations, on peut user de matériaux mécaniquement classés, voire de sections de bois reconstitué…

    Le bois est fortement anisotrope et il faut éviter de le solliciter perpendiculairement aux fibres (particulièrement en traction).
    Pour cette raison, les pièces courbes ou à inertie variable sont particulièrement vulnérables.
    La résistance en cisaillement peut devenir prépondérante (charges importantes proches d’un appui, courte portée, etc.).
    La souplesse naturelle du matériau (faibles coefficients E et G), impliquent une vérification soigneuse des déformations qui sont souvent le critère dimensionnant. Une contre-flèche dans des éléments en bois reconstitué peut en limiter l’influence.

    Pour l’étude d’une structure en bois, la durée d’application des charges et les conditions d’ambiance hygrométriques** seront prises en compte car elles affectent les propriétés et le comportement du matériau***, alors que les dilatations thermiques sont généralement négligeables.

    Une structure en bois a sa logique propre : les encastrements et les continuités en tous genres sont difficiles à obtenir et souvent peu souhaitables ; les glissements d’assemblages réalisés à l’aide de tiges métalliques en sont une des raisons et ce phénomène doit toujours être considéré dans les calculs***.

    Enfin, dépendant de l’hygrométrie, les variations dimensionnelles transversales des sections en bois requièrent l’attention du concepteur dans les assemblages, qui doivent limiter les bridages (et donc les efforts de traction transversale) du bois entre les tiges de fixations.

    Mahy Albert [coordinateur]
    Professeur, ECAM
    a.mahy@ecam.be
    De Vos Francis
    Professeur, UCL
    francis.de.vos@skynet.be
    Zastavni Denis
    Chargé de cours, UCL
    Denis.Zastavni@uclouvain.be


    * Voir parole d’expert “Problématique incendie”.
    ** Les fortes teneurs en eau et les variations importantes d’humidité sont les cas les moins favorables.
    ***Etats Limites de Service (ELS) et Etats Limites Ultimes (ELU).

  8. la mise en œuvre correcte des constructions en bois

    Le bois est un matériau naturel vivant et sensible aux dégradations. Il souffre des attaques biologiques quand sa teneur en eau augmente, il est combustible et il subit des variations dimensionnelles en fonction du taux hygrométrique de l’air ambiant.

    Le travail poussé du détail technique s’impose pour rencontrer les performances qui sont attendues de la construction, compte tenu des caractéristiques du matériau. Il convient d’anticiper les mouvements et variations dimensionnelles pour que les performances comme l’étanchéité à l’air, au bruit ou aux flammes n’en souffrent pas. Les détails en architecture bois sont étudiés pour éviter la stagnation d’eau sur les parties exposées.

    Les performances ne seront réelles que lorsque ces détails sont correctement mis en œuvre sur le chantier. Il s’agit notamment :

    de s’entourer d’ouvriers compétents et soigneux qu’on informe correctement,
    de mettre en œuvre du bois sec qu’on éviter de remouiller,
    de retraiter localement les découpes dans des bois traités,
    de veiller au choix correct des moyens de fixation ou d’assemblage et leur compatibilité avec l’essence de bois choisie.

    Simon Francy
    Professeur émérite – UCL
    simon.francy@skynet.be
    Ingelaere Bart
    Ingénieur – CSTC
    bart.ingelaere@bbri.be
    Zastavni Denis
    Chargé de cours, UCL
    Denis.Zastavni@uclouvain.be