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 :
• les formes sous lesquelles on emploie le bois et ses dérivés ;
• l’hygrothermie dans les constructions en bois ;
• la performance acoustique dans les constructions en bois ;
• les constructions en bois eu égard à la problématique incendie;
• les structures en bois au regard des propriétés du matériau;
• Comportement structural et dimensionnement
• la mise en œuvre correcte des constructions en bois.
Ces résumés sont une contribution collective dont nous remercions vivement ici les auteurs pour l’éclairage qu’ils apportent sur l’architecture de qualité avec le bois.
Damien Nyssen, coordinateur scientifique de la formation Le Bois dans la construction,
Denis Zastavni, chargé de cours UCL, co-responsable académique de la formation (Architecture), coordinateur du Projet de Diffusion de Bonnes Pratiques avec le bois.
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- 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- 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- 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
La 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]
Promotion manager – HoutInfoBois
H.frere@houtinfobois.be
Georges Marc
Coordinateur Wallonie-Bruxelles – Centre Formation Bois
Marc.Georges@och-cfb.be
Van Leemput Marc
Head of Department – CTIB
Marc.VanLeemput@ctib-tchn.be
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
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.
Van Damme Manuel [coordinateur]
Chef du laboratoire Acoustique – CSTC
mvd@bbri.be
Zastavni Denis
Chargé de cours – UCL
Denis.Zastavni@uclouvain.be
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
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
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).
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 :
Simon Francy
Professeur émérite - UCL
simon.francy@skynet.be
Van Damme Manuel
Ingénieur – CSTC
manuel.van.damme@bbri.be
Zastavni Denis
Chargé de cours, UCL
Denis.Zastavni@uclouvain.be