Les assemblages jouent un rôle fondamental dans la construction en bois, assurant la liaison de plusieurs pièces entre elles et la transmission des sollicitations mécaniques. Ils sont le pilier de la stabilité et de la durabilité des structures en bois, qu'il s'agisse de charpentes traditionnelles, de maisons à pans de bois, ou d'ouvrages plus contemporains. L'expertise dans la réalisation de ces jonctions est primordiale pour garantir la sécurité et la performance de l'édifice. Les assemblages par entailles, en particulier, représentent une méthode ancestrale et éprouvée, dont la diversité et la subtilité méritent d'être explorées en détail.
Qu'est-ce qu'un Assemblage dans la Construction Bois ?
Dans le domaine de la construction bois, un assemblage désigne la jonction entre deux ou plusieurs pièces de bois. Ces liaisons sont cruciales car elles permettent non seulement de solidariser les éléments structurels, mais aussi de transmettre les forces et les charges qui s'exercent sur la structure. Sans assemblages robustes, une construction en bois serait incapable de supporter les contraintes de vent, de neige, ou le poids propre des matériaux. La conception et la réalisation des assemblages nécessitent une compréhension approfondie des principes de la mécanique du bois et des efforts subis par la structure.
Il existe principalement deux grandes familles d'assemblages : les assemblages par entailles et les assemblages par juxtaposition. Les assemblages par entailles, qui seront notre principal sujet d'étude, impliquent la création de formes spécifiques (entailles) sur les pièces de bois pour qu'elles s'emboîtent parfaitement. Les assemblages par juxtaposition, quant à eux, utilisent des éléments de fixation externes comme des pointes, des vis, des boulons ou des agrafes pour joindre les pièces.
La vérification des assemblages, qu'ils soient à entailles ou par juxtaposition, est une étape indispensable dans le processus de conception structurelle. Elle implique de déterminer la rigidité de l'assemblage, ce qui est essentiel pour le calcul de la déformation globale de la structure, ainsi que sa capacité résistante, c'est-à-dire sa faculté à supporter les charges sans rupture. Une analyse rigoureuse de ces deux aspects garantit la sécurité et la longévité de la construction.
Les Assemblages à Entailles : Une Tradition Riche et Variée
Les assemblages à entailles sont caractérisés par la découpe précise de formes spécifiques dans le bois, permettant aux pièces de s'emboîter de manière mécanique. Cette méthode, souvent considérée comme l'art de la menuiserie et de la charpenterie, offre une grande variété de solutions adaptées à des besoins structurels spécifiques.
2.1 L'Embrèvement : Transmission d'Efforts entre Pièces Inclinées
L'embrèvement est un type d'assemblage particulièrement utile pour connecter deux pièces de bois qui forment un angle. Son rôle principal est de transmettre des efforts de compression entre ces deux éléments inclinés. Les forces sont transmises par la surface de contact frontale créée par l'entaille.
La forme de l'embrèvement peut varier, donnant lieu à différentes appellations : embrèvement avant, embrèvement arrière (également appelé à gorge), ou embrèvement double. Ces variations permettent d'optimiser la transmission des efforts et la stabilité de l'assemblage en fonction de l'inclinaison des pièces et des charges attendues. Pour assurer le positionnement et le maintien latéral de l'assemblage, on utilise souvent des éléments de fixation tels qu'une vis, une pointe ou un boulon.
Un cas d'usage spécifique de l'embrèvement est son application en tête d'arbalétrier pour les toitures dont la pente est inférieure à 45%. Dans ce contexte, l'embrèvement en gorge à pleine section est généralement privilégié. L'embrèvement peut également être utilisé pour renforcer un assemblage tenon-mortaise, notamment lorsque celui-ci est soumis à de fortes sollicitations. Selon sa conception et la dimension des pièces, il peut être qualifié d'embrèvement découvert ou à couvert, offrant ainsi différentes capacités de résistance et de protection contre les éléments.
2.2 Le Tenon-Mortaise : L'Élégance Ancestrale
L'assemblage tenon-mortaise est sans doute l'un des assemblages les plus anciens et les plus emblématiques de la charpenterie traditionnelle. On le retrouve dans les charpentes de toutes les époques, témoignant de sa fiabilité et de sa polyvalence.
Cet assemblage peut se décliner sous différentes formes : à vif (sans arasement des pièces), traversant (le tenon traverse entièrement la mortaise) ou non traversant (le tenon s'arrête à l'intérieur de la mortaise). Il existe également des variantes classiques et renforcées, offrant une résistance accrue.
Le tenon-mortaise est capable de transmettre des efforts de compression ou de cisaillement entre deux pièces inclinées, avec un angle généralement compris entre 60° et 120°. Pour garantir la stabilité de l'assemblage en cas d'inversion d'effort, un dispositif complémentaire tel qu'une pointe ou un boulon est souvent utilisé. Les chevilles à tire permettent une mise en place avec une légère précontrainte, améliorant ainsi la rigidité de l'assemblage.
Il est important de noter que les assemblages en tenon-mortaise sont généralement déconseillés dans les ouvrages d'extérieur, comme les pergolas ou les terrasses, afin de prévenir les risques de rétention d'eau, qui pourraient entraîner la pourriture du bois.
La diversité des tenons-mortaises est remarquable, avec de nombreuses variantes spécifiques :
- Tenon-mortaise débouchant à clef : Ce type d'assemblage est particulièrement efficace pour bloquer la pièce lorsqu'elle est soumise à la traction. Son aspect apparent peut également apporter une dimension esthétique à la structure.
- Tenon-mortaise "mordâne" ou "bec de canard" : Utilisé notamment dans les planchers au droit des linçoirs, cet assemblage renforce le tenon. Sa réduction progressive de section permet d'éviter les concentrations de contraintes, améliorant ainsi la résistance à la fatigue. Il peut être chevillé dans une mortaise borgne ou débouchant avec une clef, le tenon passant reprenant les efforts de traction.
- Tenon-mortaise "à chaperon" ou "à barbe" : Le tenon présente un épaulement oblique et prolongé. Cet assemblage est particulièrement adapté lorsque la pièce porteuse présente une faiblesse (flache) au droit de la mortaise.
- Tenon-mortaise "à paume" : Le tenon est doté d'un épaulement inférieur et est coupé obliquement à son extrémité. Cette conception spécifique permet un renforcement volontaire de l'assemblage.
- Le faux tenon ou "pigeon" : Il s'agit d'une liaison utilisée entre des pièces coupées en onglet ou droites et parallèles. Le faux tenon peut être débouchant, borgne, chevillé ou à clef, offrant une grande flexibilité d'application.
- Le tenon dit "oulice" : On le retrouve fréquemment dans les maisons à pans de bois ou à colombage. L'extrémité du tenon n'est pas coupée à l'arasement, mais d'équerre par rapport à la face. La pièce qui reçoit ce tenon s'appelle une tournisse et est généralement chevillée à tire.
- Le tenon bâtard : Ce tenon ne possède qu'un seul épaulement et est assemblé à mi-bois dans sa mortaise.
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2.3 Mi-bois et Moisage : Simplicité et Renforcement
Bien que souvent perçu comme un assemblage simple, le mi-bois est fréquemment employé, notamment dans le cadre du moisage. L'idée est d'entailler les deux pièces de bois de manière symétrique (par miroir) pour qu'elles s'emboîtent. Ce type d'assemblage est généralement renforcé par vissage ou boulonnage pour assurer une parfaite solidarité.
Il existe plusieurs configurations de mi-bois :
- Mi-bois en bout : Les extrémités des pièces sont entaillées.
- Mi-bois en "T" : Une pièce est entaillée pour venir s'encastrer dans l'autre, formant un "T".
- Mi-bois d'onglet : Utilisé pour des assemblages à 90°.
- Mi-bois en queue d'aronde : La forme de l'entaille est trapézoïdale, offrant une grande résistance à l'arrachement.
- Mi-bois avec entaille triangulaire : Une entaille en forme de triangle est pratiquée.
Le moisage, quant à lui, consiste à assembler une pièce de bois prise en sandwich entre deux autres pièces. Cette technique permet d'augmenter la section et donc la résistance d'un élément, comme un poteau ou une poutre.
Les différentes formes de moisage incluent :
- Le moisement lisse : Les pièces extérieures sont simplement plaquées contre la pièce centrale.
- Le moisement à une entaille : Une entaille est pratiquée sur la pièce centrale pour recevoir les pièces latérales.
- Le moisement à double entailles : Deux entailles sont pratiquées sur la pièce centrale.
- Le double moisement : Deux pièces sont moisées de chaque côté d'une pièce centrale.
- Le poteau moisé : Un poteau est renforcé par des pièces latérales moisées.
Il est à noter que les poteaux moisés sont à éviter dans les ouvrages d'extérieur, à moins que la structure ne soit conçue pour être démontable, afin de prévenir les problèmes d'humidité et de dégradation.
2.4 Enfourchement ou Gargouille : L'Étreinte Solide
L'enfourchement, également connu sous le nom de gargouille, est un assemblage qui présente des similitudes avec le tenon-mortaise et inclut parfois des éléments de mi-bois. Sa structure caractéristique est composée d'au moins trois parties : une pièce centrale, qui agit comme un tenon, est littéralement étreinte par deux pièces latérales appelées "joues". Cette conception offre une excellente stabilité et une forte résistance.
Les principaux types d'enfourchement sont :
- Enfourchement simple ou en bout : L'assemblage est réalisé à l'extrémité des pièces.
- Enfourchement "T" : La pièce centrale forme un "T" avec les joues.
- Enfourchement double : Deux pièces centrales sont encadrées par des joues.
- Enfourchement multiple : Une configuration plus complexe avec plusieurs pièces centrales.
2.5 Queue d'Aronde : Un Verrou Naturel
L'assemblage en queue d'aronde est une méthode reconnue pour sa capacité à résister à l'arrachement. Il se compose d'un tenon de forme trapézoïdale, positionné à l'extrémité d'une pièce, qui s'emboîte dans une rainure de forme correspondante dans la pièce porteuse.
Cette technique offre plusieurs variantes :
- Traversante : Le tenon traverse complètement la rainure.
- Non traversante : Le tenon s'arrête à l'intérieur de la rainure.
- Plat ou arrondi : La forme de la rainure peut être plate ou légèrement arrondie, ce qui permet d'obtenir un assemblage plus discret, voire invisible.
La queue d'aronde est particulièrement appréciée pour sa robustesse et son esthétique, la rendant idéale pour les tiroirs, les caissons et certaines charpentes décoratives.
2.6 La Paume : Le Support Dédié
La paume est une entaille spécifique réalisée sur une pièce de bois porteuse, telle qu'une muralière ou un linçoir. Sa dimension est calculée en fonction de la section de la pièce qui viendra reposer sur elle, le plus souvent une solive. La paume assure un support stable et sécurisé pour la pièce qui la surmonte.
Il existe plusieurs types de paumes :
- La paume simple : Une entaille basique pour le repos de la pièce.
- La paume grasse sans repos : L'entaille est plus large, offrant une plus grande surface de contact.
- La paume grasse avec repos : Combine une large surface de contact avec un léger dénivelé pour un maintien optimal.
- La paume droite : L'entaille est réalisée de manière rectiligne.
- La paume droite avec tasseau : Similaire au mi-bois, elle intègre un tasseau pour un renforcement supplémentaire.
Pour renforcer davantage la paume droite avec tasseau, il est possible d'intégrer des vis de renfort à l'extrémité, au niveau de la zone de mi-bois. Ces vis préviennent le fendage du bois et contribuent à reprendre les efforts d'appui, garantissant ainsi la longévité de l'assemblage.
2.7 L'Enture : L'Art de Joindre Bout à Bout
L'enture est une technique d'assemblage qui permet de joindre deux pièces de bois bout à bout. Elle peut être mise en œuvre dans des directions variées : horizontale, verticale ou inclinée. L'enture est essentielle pour allonger des pièces de bois qui, autrement, seraient trop courtes pour l'usage prévu. Pour garantir une solidité optimale, il est crucial que les sections de bois ne soient pas trop faibles au niveau de l'enture.
Pour les assemblages verticaux et inclinés, comme ceux des poteaux et des chevrons, on utilise fréquemment les assemblages à sifflet. Ces entailles sont conçues pour contrer efficacement les efforts de compression :
- Sifflet simple : Une coupe simple en biais.
- Sifflet désabouté : La coupe est décalée sur la pièce.
- Sifflet désabouté biais : Une combinaison de désaboutage et de coupe biaisée pour une meilleure adaptation.
Pour les assemblages horizontaux, plusieurs options existent :
- Coupe à sifflet désabouté avec crochet : La coupe est réalisée en sifflet désabouté et complétée par un crochet pour un maintien accru.
- Le trait de Jupiter : Une entaille complexe et très résistante, souvent utilisée dans les charpentes traditionnelles.
- L'enture de mi-bois : Une variante de l'enture où les pièces sont entaillées en mi-bois avant d'être assemblées. Elle est aussi appelée "enture de continuité".
Dans le cas de l'enture à mi-bois, un renforcement supplémentaire peut être apporté en moisant des plaques métalliques de part et d'autre de l'assemblage. En règle générale, l'enture est réalisée au droit des appuis pour une meilleure répartition des charges.
Les Assemblages par Juxtaposition : Fixation Mécanique
Outre les assemblages par entailles, la construction bois fait appel à des méthodes de fixation par juxtaposition, qui utilisent des éléments externes pour lier les pièces. Ces assemblages sont souvent plus rapides à réaliser et peuvent être adaptés à des situations où les entailles seraient complexes ou moins efficaces.
3.1 Assemblage Cloué, Visé ou Agrafé : La Fixation Courante
Ces trois types d'assemblages partagent le même principe de fixation : l'utilisation d'éléments métalliques pointus pour solidariser les pièces de bois. Ils peuvent être classés selon la manière dont les efforts sont transmis :
- Assemblage travaillant en simple cisaillement : Les éléments de fixation sont soumis à un effort de cisaillement dans une seule direction.
- Assemblage travaillant en double cisaillement : Les éléments de fixation sont soumis à un effort de cisaillement dans deux directions, offrant une résistance accrue.
- Assemblage lardé : Une technique où les clous ou vis sont insérés de manière oblique pour améliorer la tenue.
Ces méthodes sont largement utilisées pour des assemblages moins critiques ou comme renforts dans des structures plus complexes.
3.2 Assemblage Boulonné : La Force de la Traction
Les assemblages boulonnés impliquent l'utilisation de boulons traversant les pièces de bois, souvent accompagnés d'écrous et de rondelles. Comme pour les assemblages cloués et visés, on distingue :
- Assemblages travaillant en simple et double cisaillement : Les boulons résistent aux forces de cisaillement. Ces configurations sont fréquemment utilisées pour assembler des éléments moisés, où des pièces sont plaquées contre une pièce centrale.
- La couronne de boulon : Il s'agit d'un assemblage moisé spécifique qui permet d'obtenir un encastrement plus solide. Cette technique est particulièrement employée lors de chargements importants ou pour de grandes portées, où les boulons sont soumis à des contraintes de cisaillement significatives.
3.4 Assemblage par Anneau ou par Crampon : Le Renfort Ciblé
Pour renforcer la résistance des assemblages boulonnés, des dispositifs tels que les anneaux et les crampons peuvent être intégrés.
- Assemblage par anneau : Dans ce cas, on évalue la résistance de l'anneau au cisaillement, tandis que le boulon lui-même n'est pas directement pris en compte dans le calcul de résistance de l'anneau. Il existe deux types d'anneaux : ceux utilisés pour les assemblages bois-bois, et ceux pour les assemblages bois-métal.
- Assemblage par crampon : Lorsque l'assemblage est réalisé avec des crampons, on cumule la résistance offerte par les crampons et celle des boulons. Ces systèmes sont particulièrement efficaces dans les bois de faible densité. Les fabricants fournissent généralement des indications précises sur la masse volumique maximale des bois compatibles avec leurs crampons.
Ces systèmes de renforcement sont cruciaux dans les situations où les assemblages sont soumis à des contraintes élevées, garantissant ainsi la sécurité et la pérennité de la structure en bois.
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