Les différents systèmes constructifs bois

L’ossature bois, héritière des constructions à colombages, est de loin le système le plus utilisé parmi les systèmes constructifs disponibles (plus de 80 % des nouvelles constructions, rénovations et extensions en Belgique).

La structure est constituée d’un squelette d’éléments verticaux de faible section, disposés à intervalles réguliers selon un entraxe de 40 ou 60 cm et reliés entre eux par des éléments horizontaux de même section, le tout formant des cadres. La distance de placement des montants est déterminée en fonction des charges à reprendre et de la dimension des éléments standardisés.

Tous ces éléments peuvent être préfabriqués en atelier, amenés sur chantier et montés en un temps record.

La mise hors d’eau d’une maison individuelle en ossature bois est réalisée en quelques jours et le second œuvre peut alors débuter sans délai puisque, contrairement aux constructions en maçonnerie, la construction bois ne nécessite pas de temps de séchage entre les différentes phases de montage. En outre, sa légèreté lui permet de s’adapter à tous les terrains.

A chaque élément son rôle

Dans ce type de construction, chaque élément constitutif des parois joue un rôle spécifique.

L’ensemble des charges (toitures et poids de la structure supérieure) est repris par les montants. La stabilité structurelle est assurée par les panneaux de contreventement (à base de copeaux collés, particules ou contreplaqués), par les liens de faîtage (sablière périphérique, …) et par les pièces de quincaillerie (tirants, feuillards en acier, …).

Généralement, les montants de structure sont en résineux de différentes essences telles que l’épicéa, le pin sylvestre, le douglas ou le mélèze.

Pour les panneaux de contreventement, on utilise en Belgique des panneaux de particules, de fibre de bois ou de multiplis (contreplaqué composé au moins de 5 plis) dont la composition est adaptée à la reprise d’efforts transversaux. De fait, tous les types de panneaux n’ont pas les propriétés mécaniques suffisantes pour assurer le contreventement.

Un système énergétiquement performant

L’avantage majeur de l’ossature bois est de pouvoir loger une isolation importante (14 cm d’épaisseur au minimum) entre les montants puisque 90 % des parois sont constitués de vide. Une isolation poussée qu’il est par ailleurs possible de renforcer en appliquant un isolant complémentaire sur la face intérieure et/ou extérieure.

La construction à ossature bois répond ainsi de manière très performante aux exigences thermiques actuelles.

Si le système à ossature est aujourd’hui très répandu, c’est aussi parce qu’il permet une liberté de formes et une souplesse quasi illimitées, qu’il peut être facilement préfabriqué en usine et offre une systématisation économique, un affranchissement par rapport aux conditions climatiques extérieures ainsi qu’une réduction des délais de construction.

Historiquement plus récent sur notre continent, le système poteaux-poutres consiste à monter une structure comparable à celles que l’on peut voir dans les bâtiments en béton.

Une construction poteaux-poutres est constituée d’une structure primaire de poteaux verticaux et de poutres horizontales organisée en large trame régulière et stabilisée par des éléments de contreventement. Elle est complétée par une structure secondaire qui intègre les planchers. Les murs intérieurs et extérieurs ne sont pas porteurs et sont placés librement.

Ce système, dont l’exécution peut être rapide, consiste donc à créer une sorte de grande structure ouverte supportant les planchers et la toiture et à créer des parois de remplissage (souvent en ossature en bois) par la suite.

Le squelette poteaux-poutres présente un moins grand nombre de pièces de bois que le système à ossature mais les dimensions de leur section sont par contre plus importantes.

Des espaces dégagés

Les parois possèdent leur propre structure et sont soit insérées partiellement entre les poteaux, soit placées du côté extérieur ou du côté intérieur.

Ce type de construction offre une grande diversité architecturale et les possibilités de transformation sont illimitées.

Outre l’adaptabilité des surfaces ainsi créées, l’avantage réside dans la possibilité d’exprimer architecturalement la dissociation de la structure, des parois et des planchers, en utilisant par exemple de très larges baies vitrées.

Des portées importantes peuvent être atteintes, offrant de grands espaces dégagés. Les poteaux peuvent s’élancer sur la hauteur d’un étage ou sur toute la hauteur du bâtiment.

Cinq types de structure poteaux-poutres

Avec le concept poteaux-poutres, le système d’assemblage des éléments définit largement le parti architectural et les possibilités de reprise des charges.

Il est donc recommandé de réaliser un pré-dimensionnement en début de projet afin de guider celui-ci vers l’un ou l’autre système constructif.

On distingue 4 types de structures poteaux-poutres :

Poteau simple et poutre dédoublée : la structure secondaire du plancher se dépose sur les poutres, engendrant une hauteur importante.
Poutre simple et poteau dédoublé : la structure du plancher peut être intégrée à l’épaisseur des poutres, limitant en hauteur l’encombrement de l’ensemble.
Poutre en appui contre le poteau : dans ce système, les poteaux sont continus et les poutres viennent s’assembler sur les 4 côtés du poteau, à une hauteur déterminée.
Poteau à enfourchement : dans ce système, la poutre est continue et “enfourchée” sur des poteaux faisant la hauteur de l’étage.

Il existe trois catégories : les panneaux massifs contrecollés, les panneaux massifs contre-cloués et les panneaux massifs chevillés.

Une construction dite en panneaux massifs est composée de panneaux de grande dimension, composés de plusieurs plis croisés (d’ou l’intitulé CLT = cross laminated timber) qui jouent un rôle porteur et définissent l’enveloppe du bâtiment par les murs, les planchers et les toitures.

Les panneaux massifs chevillés, contrecollés et contre-cloués possèdent à peu de choses près les mêmes caractéristiques. Les différences essentielles résident dans l’assemblage et dans l’usage que l’on peut en faire : pour le contre-collé, les différentes épaisseurs de planches sont assemblées par collage ; pour le contre-cloué, elles le sont par des clous en aluminium et pour le chevillé, avec des chevilles en bois.

Ces systèmes sont structurellement très proches, à ceci près que le contre-cloué ne peut pas, à l’heure actuelle, être utilisé en plancher. Un système de gitage traditionnel permettra d’installer les planchers.

De grandes performances mécaniques

Les panneaux massifs contrecollés sont élaborés à partir de lames de bois (généralement en épicéa) collées entre elles, à l’aide d’une colle polyuréthane sans solvant, à plis croisés. Ils sont utilisés pour les murs porteurs, la toiture et les planchers en étage.

En fonction de leur utilisation, les panneaux comportent 3, 5 ou 7 couches.

Grâce à la disposition croisée des planches, les variations dimensionnelles sont considérablement réduites et les performances mécaniques, ainsi que la rigidité, largement augmentées. Ils peuvent être fabriqués en grandes dimensions, jusqu’à 16,50 m de longueur par 2,95 m de hauteur. En fonction du format des panneaux et des exigences techniques, les épaisseurs des planches varient entre 13 et 40 mm.

Le CLT contre-cloué nécessite, quant à lui, un système de gitage traditionnel pour mettre les planchers en œuvre. Cette limitation structurelle explique pourquoi le CLT contre-cloué est presque exclusivement utilisé pour les habitations unifamiliales et rarement pour les constructions multi-étages.

Quant au DLT (Dowel Laminated Timber ou panneaux chevillés), il s’agit d’un panneau de bois massif dont la fabrication ne nécessite ni colle ni clous : on utilise des chevilles de bois dur pour assembler les planches de bois orientées dans le même sens. Cette particularité en fait le seul produit d’ingénierie 100% bois.

Des délais réduits au maximum

Le rapport avantageux « poids/performances » facilite le transport ainsi que la mise en œuvre des éléments à l’aide d’une grue de chantier. Ce travail de manutention se trouve également simplifié par la précision des taillages effectués sur les panneaux et par les facilités d’assemblage des panneaux entre eux.

La solidité de ce type de construction conjuguée à une mise en œuvre aisée, du fait de la préfabrication de la quasi-totalité des éléments, permet de monter des bâtiments de plusieurs étages sans difficulté. Ce qui a valu au secteur de la construction bois d’investir le domaine des immeubles multi-étages (immeubles de bureaux ou à appartements), et ce, à des prix concurrentiels.

En vêture de façade, toutes les solutions sont envisageables, en particulier les bardages bois horizontaux ou verticaux, les bardages dérivés du bois, les panneaux bois, métalliques ou composites, les enduits extérieurs sur isolants (RPE), bardages céramique ou verre, etc.

Issu de la technique traditionnelle de la cabane en rondins appelée également le fuste (constructions faites de fûts ou de troncs d’arbres empilés et entrecroisés aux angles), le système en madrier empilé consiste en un empilement de poutres profilées, emboîtées les unes dans les autres en leur rive et qui forment les parois portantes.

Les madriers peuvent être en bois massif ou en contrecollé multiplis. Les bois mis en œuvre sont de type pin sylvestre ou épicéa. Un madrier peut être d’une pièce sur toute sa longueur ou reconstitué par aboutage de plusieurs éléments de bois.

De plus en plus souvent, les madriers sont assemblés (en atelier) par le biais de doubles rainures et languettes sur leur longueur et de cornières métalliques au croisement des éléments. Ces systèmes d’assemblage plus récents sont préférés aux systèmes traditionnels par entailles diverses.

Attention au tassement

Le système par empilement horizontal exige une extrême attention en raison du tassement inévitable des pièces de bois. Ce tassement est dû aux variations d’humidité et aux charges appliquées à la structure. Les variations dimensionnelles qui en résultent peuvent être maîtrisées grâce à des précautions d’assemblage prises au cours du chantier (joints ajustables, fixation provisoire des éléments, raidisseurs métalliques, …).

Pour contourner le phénomène de tassement, des systèmes de parois en bois massif dans lesquelles les poutres sont disposées verticalement ont été aussi développés. Dans cette configuration, la charge du bâtiment s’applique dans le sens des fibres du bois (sens selon lequel le tassement du bois est négligeable) et les variations d’humidité n’entraînent alors que peu de mouvements des éléments structurels.

Le type de madrier utilisé a son importance, chacun présentant des propriétés mécaniques spécifiques.

Du bois apparent à l'intérieur

Dans nos régions, l’épaisseur du mur massif varie en général entre 5,6 cm et 9 cm, ce qui est insuffisant en matière de performances thermiques des parois. Il est donc nécessaire d’y ajouter un complexe isolant, en général par l’extérieur. Dans ce cas, les madriers porteurs sont placés à l’intérieur. L’isolant est alors protégé par une membrane pare-pluie qui est elle-même recouverte d’une sous-structure pouvant accueillir, par exemple, un bardage.

Si les éléments structuraux sont à l’extérieur de la paroi, l’isolant devra alors être placé côté intérieur (au détriment de la surface habitable). Cette dernière option est néanmoins rarement retenue étant donné la volonté des maîtres d’ouvrage, qui optent pour ce système constructif, de laisser le bois apparent à l’intérieur.

L’avantage majeur d’une construction en madriers empilés est d’être isolée de manière continue sur la face extérieure de la structure, ce qui permet une gestion optimale des ponts thermiques.

Les systèmes constructifs bois