Charpente de bois

La charpente est un élément crucial des constructions anciennes. Elle définit la volumétrie du bâtiment, assure la stabilité de celui-ci et contribue à définir son style architectural. On ne peut donc entreprendre des travaux de restauration ou de réaménagement d’un bâtiment ancien sans en  apprécier la charpente.
Le comble traditionnel est composé de fermes et de contreventements. Chacune des fermes se compose de deux chevrons, d’un entrait, parfois retroussé, généralement d’un poinçon, de contrefiches, et parfois de jambes de force selon la complexité de la charpente (Figure 1).

Figure 1 : Charpente traditionnelle a) sablière; b) jambe de force; c) entrait; d) contreventement; e) chevron; f) entretoise; g) contrefiche; h) panne faitière; i) poinçon; j) clé; k) sabot (patin)

Les forces appliquées à la charpente

Les vents, la pluie et le poids de la neige exercent une pression sur les fermes qui, si elles n’étaient renforcées, fléchiraient ou s’écarteraient au pied des chevrons. Ces renforts sont constitués de l’entrait, qui neutralise la tension au pied des chevrons, et l’entrait retroussé, qui empêche les chevrons de fléchir. Le poinçon relie l’entrait au faîtage en le soutenant et les contrefiches ou les jambes de force viennent raidir et soutenir l’ensemble, en assurant la triangulation des fermes, c’est-à-dire qu’elles forment de par leurs angles aigus des triangles résistant à la déformation (Figure 2).

Figure 2 : Diagramme des forces exercées sur une charpente a) entrait; b) chevron; c) poinçon; d) contrefiche; e) jambe de force; f) sablières

Assemblage

Les fermes ainsi composées reposent sur la tête des murs. Elles s’y assemblent par l’intermédiaire de sabots, de patins ou de blochets ancrés aux sablières qui reposent à la tête des murs. Les sablières demeurent des pièces vulnérables : situées à la jonction du toit et du mur, là où le risque d’humidité est élevé, et souvent encastrées dans la maçonnerie, elles sont sujettes à la pourriture. Les fermes sont liées entre elles au moyen de contreventements : ce sont des croix de Saint-André, des pannes ou de simples madriers. Le revêtement de planches de la toiture, le pontage,  se trouve aussi à contreventer la charpente.

Dans la charpenterie traditionnelle, on prenait soin, pour simplifier l’assemblage, de marquer au sol chaque morceau taillé pour faciliter l’assemblage : ces marques faites à la hache peuvent s’observer sur des charpentes ou d’autres ouvrages de bois anciens (Figure 3).

Figure 3 : Ces marques sont utilisées pour simplifier les assemblages

Historique des charpentes

Les premières charpentes réalisées aux XVIIe et XVIIIe siècles présentaient une complexité d’éléments qui jouaient tous un rôle suivant les connaissances empiriques de l’époque; les dimensions des pièces étaient également importantes, d’autant plus qu’il y avait abondance de bois disponible. Bien sûr, l’héritage de la mère patrie influençait aussi les techniques et les façons de mise en œuvre.
Par exemple, au début de la colonie, comme en Europe à ce moment, était construit un système de fermes avec arbalétrier plus massives, entre lesquelles des chevrons soutenaient les pannes. De même, des patins ou sabots ainsi que des jambes de force en nombre impressionnant assuraient la rigidité et la stabilité de la charpente.
Puis, avec l’épreuve du temps, le système structural se simplifie : les arbalétriers disparaissent, remplacés par les chevrons dits « portant ferme », de telle sorte que le système structural s’allège et qu’un moins grand nombre de pièces de charpente est requis pour l’érection et la performance structurale de la charpente.
Graduellement, les moulins à scie se multiplient et offrent du bois de sciage à prix abordable et des pièces de bois de section de plus petites dimensions, considérant, entre autres, la rareté de la matière première et l’éloignement progressif des marchés d’approvisionnement en bois (Figure 4).

1) Charpente de toiture, XVIIe et début XVIIIe siècles;
2) Charpente de toiture, Fin XVIIIe et début XIXe siècle;
3) Charpente de toiture, fin XIXe et XXe siècle

Séchage du bois

En charpenterie comme en menuiserie, le bois doit être séché avant d’être utilisé, et ce, afin d’éviter le rétrécissement et les déformations. Autrefois, les arbres étaient coupés au milieu de l’hiver, au moment où le taux d’humidité était le plus bas, et empilés sur des cales afin que par ventilation naturelle le bois sèche graduellement et que son taux d’humidité s’abaisse. Plusieurs mois étaient nécessaires pour que le bois se vide de sa sève et qu’il atteigne un taux d’humidité acceptable à sa mise en œuvre, sans avoir subi des déformations et des fissurations qu’un séchage trop rapide aurait entraînées.
Aujourd’hui, le bois est emmagasiné dans des fours à sécher qui activent le processus naturel et permettent d’obtenir des conditions raisonnables, quoique le bois sur le marché possède un taux d’humidité plus élevé que l’idéal. Une bonne pratique à suivre consiste à commander le bois d’avance et à l’empiler à l’extérieur en le protégeant des intempéries pour en compléter le séchage naturel avant sa mise en œuvre.

Problèmes les plus fréquents

Il n’est pas rare d’observer dans des combles remaniés ou dans des sous-sols aménagés des problèmes qui affaiblissent la structure. Il peut s’agir :

  1. de chevrons coupés;
  2. de jambes de force enlevées;
  3. de solives entaillées;
  4. d’éléments supprimés ou dégradés qui amènent des déformations, des déplacements ou des tassements préjudiciables à la stabilité du bâtiment. (Figure 5)

Facteurs naturels de dégradation

Des facteurs « naturels » de dégradation peuvent aussi affaiblir les structures de bois. Les plus courants sont :

  1. un surplus d’humidité ou une infiltration d’eau qui provoque la pourriture de la charpente;
  2. des insectes qui ravagent la charpente (capricornes des maisons, termites, fourmis charpentières, vrilles);
  3. des champignons qui se développent sur les parties trop humides. Le champignon le plus fréquent est le merulius lacrymans. Les champignons peuvent détruire toutes les essences de bois et même traverser une maçonnerie de bonne épaisseur, causant des dégâts importants. (Figure 6)

Le bois, matière organique, vieillit, se dégrade et se décompose sous l’action de microorganismes. Le bois ne résiste guère à l’œuvre du temps à moins d’être tenu constamment au sec ou d’être protégé adéquatement par le bon détail d’exécution ou par exemple à l’aide de peinture. Dès que le bois atteint un taux d’humidité supérieur à 20 %, sa résistance peut diminuer de 90 % en quelques mois à peine.

Solutions et méthodes d'intervention

On ne devrait pas entreprendre des travaux de modification, de transformation ou d’aménagement des combles d’une maison ancienne sans avoir au préalable acquis une bonne connaissance des techniques et des méthodes de taille et d’assemblage. Chaque pièce de la charpente joue un rôle précis dans le fonctionnement structural de l’ensemble. Utiliser les bonnes méthodes de réparation ou de remplacement des pièces abîmées permet de préserver l’histoire du bâtiment et d’assurer sa stabilité.

  1. Examiner régulièrement les combles et les endroits où la charpente est accessible pour déceler les signes de défaillance, de dégradation ou d’infiltration d’eau.
  2. Corriger les problèmes de condensation ou d’infiltration d’eau afin d’éviter une dégradation irréversible de l’ouvrage. Deux endroits sont particulièrement à surveiller : les extrémités des solives encastrées dans les murs, dont elles pompent l’humidité ; les sablières et leur point de liaison avec les chevrons des fermes.

Problèmes aux solives et à la liaison chevrons/sablière

Différentes approches sont possibles pour réparer les extrémités des solives encastrées ou la liaison des chevrons et de la sablière :

  1. Renforcer les parties encastrées au moyen d’une gaine ou d’un fer angle boulonné ou encore en insérant une lame de métal au cœur de la pièce au moyen de colle époxy;
  2. Remouler les pièces de bois avec de la pâte à l’époxy dans la continuité des parties saines de la poutre;
  3. Remplacer l’extrémité des solives en la liant au reste de la poutre à l’aide d’assemblages choisis en fonction des pressions exercées (Figure 7).

 

Figure 7 : Restauration de solive : 1) Fixer à l'aide de boulons des cornières métalliques sur les côtés de la solive; 2) Insertion d'une lame métallique au cœur de la pièce (coller à l'époxy); 3) Insertion de tige d'acier et solive injectée d'époxy ; 4) Assemblage d'une nouvelle extrémité de solive saine à l'aide d'ne entenure à « trait de Jupiter ».

Assemblage

L’une et l’autre de ces interventions nécessitent une bonne connaissance des techniques traditionnelles et devraient être entreprises avec la collaboration de professionnels ou d’ouvriers compétents en la matière. Par exemple, le remplacement d’une extrémité d’un chevron ne fait pas appel au même type d’assemblage que le remplacement d’une partie d’une solive. De nombreux assemblages existent ainsi selon qu’un élément de la charpente subit des efforts de flexion, de compression ou de traction, comme illustrent certains assemblages types ci-après dessinés (Figure 8).

Figure 8 : Différents types d’assemblages 1) enture à sifflet double; 2) enfourchement à tenons apparents; 3) enture à tenons croisés; 4) assemblage à paume; 5) assemblage à paume avec renfort

Problèmes d'insectes et de champignons

En cas d’infestation d’insectes ou de champignons, il est prudent de recourir à des spécialistes, qui identifieront le type d’insectes ou de champignons et proposeront les correctifs appropriés.

  1. Enlever tout le bois infesté et réparer les pièces de la même manière que pour les pièces de bois atteintes de pourriture;
  2. Traiter le tout avec du pentachlorophénol ou appliquer tout autre traitement recommandé contre la pourriture et les insectes;
  3. Appliquer un fongicide et maintenir l’espace sec et ventilé pour se débarrasser des champignons.

Main d'oeuvre

  1. Le coût de l’intervention est fonction de sa nature et de son importance. Prendre le temps d’obtenir des soumissions et une description des travaux suggérés pour comparer et juger de leur pertinence.
  2. Pour obtenir des références d’experts ou d’artisans spécialisés dans la réfection des charpentes, consulter le répertoire de l’Association des propriétaires de maisons anciennes du Québec (APMAQ) ou le bureau régional du ministère de la Culture et des Communications. Les entreprises d’extermination se retrouvent dans les pages jaunes de même que les fournisseurs et fabricants d’acier pour les renforts ou les ferblanteries.

Conseils

  1. Ne modifier ou n’intervenir sur une structure que si vous connaissez l’impact qu’aura l’intervention sur le comportement de la charpente.
  2. Consulter un ingénieur, un architecte ou un charpentier compétent en structures traditionnelles afin d’établir la meilleure méthode d’intervention et d’identifier les assemblages, renforts ou supports nécessaires, notamment dans le cas d’une charpente qui a subi des modifications substantielles au fil des ans.
  3. Utiliser dans la conservation et la remise en état de la charpente le même bois aux mêmes dimensions et avec le même type d’assemblage. À cet égard, une observation minutieuse de la charpente et de ses éléments permettra une meilleure connaissance de ses particularités et une compréhension de sa dynamique.

Bibliographie

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Ces fiches techniques remaniées et illustrées sont le résultat d’une collaboration étroite entre le magazine Continuité, Action Patrimoine et leur auteur, l’architecte François Varin. Veuillez noter qu’elles se veulent un outil d’accompagnement pour guider la réflexion en matière d’intervention sur le patrimoine bâti; elles ne remplacent en rien l’expertise et le travail d’un professionnel.

© François Varin, Éditions Continuité et Action patrimoine. Révisions: François Varin, Louise Mercier et Alexandra Michaud. 
Dessins techniques: Alexandra Michaud ©