Bien qu'il s'agisse d'une matière première renouvelable par excellence, réutilisable et recyclable, le choix du bois comme matériau de structure implique de veiller à sa provenance, aussi bien en termes géographiques que d'exploitation forestière. Les éléments de structure en bois ont l'avantage d'être de formes très variées, du bois rond aux poutres en bois lamellé-collé, et les éléments de grande portée sont une alternative intéressante au béton.
Ces éléments sont mis en œuvre au sein d'un système de structure qui constituera l'épine dorsale d'un élément du bâtiment, ou de l'entièreté de celui-ci.
Le premier tableau ci-dessous – « Le bois comme matériau de structure » - dispense des informations générales sur le bois et valables pour le matériau sous toutes ses formes en application structurelle.
Ensuite, le deuxième tableau comparatif – « Eléments de structure en bois » - répertorie les différentes catégories d'éléments de structure en bois disponibles sur le marché.
Le bois est un matériau naturel, produit par les arbres à partir d'eau, de CO2 et de soleil.
Il s'agit de la matière ligneuse et compacte, plus ou moins dure, formée par les vaisseaux transporteurs de sève, aux parois riches en cellulose et en lignine, et qui constitue le tronc, les racines et les branches des plantes ligneuses.
Le bois se compose généralement d'environ 50% de carbone, 42% d'oxygène, 6% d'hydrogène, 1% d'azote et 1% d'éléments divers. On retrouve ces principaux constituants organiques sous forme de cellulose (50%) et de lignine (20%).
Usage
La palette de produits modernes est très vaste. Elle va de l'ossature dite classique (i.e. montée entièrement sur chantier) aux éléments en bois massif préfabriqués et découpés sur mesure en usine en passant par les éléments préfabriqués sous forme de caissons pouvant être remplis d'isolation thermique.
Avantages
Matière première renouvelable amplement disponible localement (de nombreuses exploitations forestières belges fournissent du bois de structure de qualité) et dans un rayon de 500 km (nord de la France, Pays-Bas, Allemagne de l'Ouest).
Les certifications FSC et PEFC offrent une garantie pertinente en matière d'exploitation forestière durable. Elles pratiquent un contrôle annuel.
Les déchets de scierie sont facilement intégrés dans la production d'autres produits de construction à base de bois (ex. panneaux OSB, MDF, à base de fibres de bois, isolants thermique à base de bois…)
Couramment assemblés mécaniquement, les éléments de structure en bois sont facilement démontables et peuvent être réutilisés.
Facilité de mise en œuvre et de découpe
Poids limité
Potentiel élevé de préfabrication en atelier des éléments, permettant une meilleure maîtrise des déchets de construction.
Possibilité de réalisation d'éléments de grande portée
Eléments en bois massif : commande sur mesure avec découpe précise informatisée en atelier sur base des plans d'exécution.
En application structurelle, lorsqu'un élément de structure en bois n'est pas exposé en environnement extérieur, il ne nécessite pas de traitement.
Technique de mise en œuvre sèche (n'appelle pas d'eau)
Les éléments de grande portée (planchers massifs, poutres lamellées-collées, éléments de charpente préfabriqués) constituent une alternative intéressante au béton.
Filière bien développée, et entreprises spécialisées présentes sur le marché en suffisance.
Réutilisable et recyclable
Inconvénients
Les éléments de structure en bois ne contribuent pas à l'inertie du bâtiment. Bien que les ossatures, poteaux-poutres et charpentes permettent la mise en œuvre d'une épaisseur d'isolation thermique importante sans augmentation de l'épaisseur totale de l'élément de construction, le choix de l'isolant thermique est essentiel : privilégier un isolant à haute densité afin d'augmenter l'inertie de l'enveloppe.
Utilisé seul, le bois mis en œuvre sous forme d'ossature ou de structure de type poteau-poutre n'est pas facilement applicable aux bâtiments de grande taille. Dans le cadre de tels projets, il se combine couramment avec d'autres éléments de structure, tels le béton et les structures métalliques.
Il importe de s'assurer de la provenance du bois, autant en termes de gestion et d'exploitation forestière durable (FSC et PEFC – le bois non certifié par un de ces programmes n'est pas une option durable) qu'en termes d'origine (l'impact du transport d'un bois de provenance géographique éloignée n'est pas à négliger, et ce certainement lorsque les distances de transport par voie routière sont importantes).
La transmission des bruits dans les structures en bois constitue un point d'attention et doit faire l'objet d'une étude soignée afin de garantir le confort acoustique dans le bâtiment.
Demande une étude détaillée dès l'esquisse du projet.
La Belgique connaît les classes de durabilité suivantes pour le duramen (l'aubier appartient toujours à la classe V):
classe de durabilité naturelle I : très durable (plus de 25 ans*) ;
classe de durabilité naturelle II : durable (de 15 à 25 ans*) ;
classe de durabilité naturelle III : moyennement durable (de 10 à 15 ans*)
classe de durabilité naturelle IV : peu durable (de 5 à 10 ans*)
classe de durabilité naturelle V : très peu durable (moins de 5 ans*)
Il convient de préciser que ces valeurs sont définies pour un poteau enfoncé dans le sol : les éléments de structure en bois hors sol et non exposés aux intempéries ne demandent pas la prescription d'un bois de classe de durabilité I ou II.
Le tableau ci-dessous détaille, pour tous les types de produits de structure en bois disponibles sur le marché, la plage des dimensions courantes, l'usage, les avantages et inconvénients. Au sein d'un même bâtiment, plusieurs éléments de structure en bois différents peuvent bien entendu être combinés.
Le bois rond est le bois abattu ou façonné en bille ou rondin avant sa première conversion industrielle.
Il n'existe pas de norme européenne portant sur le classement du bois rond.
Pièces de bois obtenues à partir de bois ronds, par découpe dans le sens longitudinal. Les découpes peuvent suivre plusieurs étapes successives, afin d'atteindre les dimensions souhaitées
Bois de structure à section rectangulaire avec aboutage (collage bout à bout) à entures multiples, collées.
Essences utilisées : l'épicée, le pin, le douglas, le mélèze, le sapin (bois résineux).
Dimensions courantes
Diamètre : 8 à 20 cm
Longueur : jusqu'à 6 m
Les sections de bois les plus fréquentes qui sont produites en scierie sont reprises dans le tableau ci-dessous.
Largeur : 40 à 140 mm
Hauteur : 60 à 240 mm
Longueur : jusqu'à 15m
Usage
Poteaux
Ossature bois
Poteau-poutres
Poutres
Plancher
Toiture
Poutres
Lamelles de lamellé-collé
Membrures de poutres en I
chevrons
Avantages
Pas ou très peu de déchets générés (aucune transformation industrielle de la matière première)
Si l'intégrité des fibres a été conservée, et si le fil du bois a été respecté, le bois rond possède une très grande résistance mécanique, notamment en compression.
Très grand choix de sections et longueurs, permettant de choisir l'élément avec précision et d'éviter une surconsommation de matière
Facilité de découpe et de mise en œuvre (en ce compris en auto-construction)
Assemblage mécanique Possibilité de travailler en dimensions standardisées et avec des éléments découpés sur mesure en atelier
Facile à démonter
Grandes portées possibles
Préfabrication
Economie de matières
Possibilité de travailler en dimensions standardisées et avec des éléments découpés sur mesure en atelier
Inconvénients
Il n'existe pas de norme européenne portant sur le classement du bois rond.
Champ d'application limité aux poteaux
Longueur limitée
En résineux (les essences associées aux fonctions structurelles), le rendement de sciage est de 60% maximum. Les 40% restants deviennent des déchets (valorisables).
Pour les portées de grande taille, le recours au contre-collé, contre-cloué ou lamellé-collé s'impose
Mise en œuvre par collage
Dimensions courantes du bois de sciage
Les dimensions mentionnées correspondent à des bois bruts, sauf dans le cas des bois d'ossature qui sont rabotés et chanfreinés
Sources des informations : « Bois – guide pour le bon usage », (2012), Hout Info Bois
Eléments linéaires reconstitués par collage de lames de bois de grande épaisseur aboutées ou non.
Les éléments se composent de 2 à 5 lames d'épaisseur de 45 à 80 mm.
Essences utilisées : l'épicéa, le douglas, le pin, le mélèze et le sapin.
Eléments formés de membrures en lamelles d'épicéa (3mm d'épaisseur chacune), et d'une âme formée par 3 couches d'OSB (10mm d'épaisseur chacune).
Les membrures sont pressées sur l'âme après l'application d'une colle au phénol, suivi d'un durcissement thermique.
Dimensions courantes
Section maximale : 260 x 320 mm
Longueur : en théorie infinie
Hauteurs disponibles : 200, 220, 240, 300, 360 et400 mm.
Largeur : 39mm
Les longueurs standard sont 12 et 14 m
Usage
Bois empilés
Ossature bois
Poteau-poutres
Poteaux
Poutres
Plancher
Grandes portées
Structure
Toiture
Plancher
Avantages
Permet de couvrir de très grandes portées : solution intéressante économe en matière (limitation du nombre d'appuis intermédiaires)
Grâce au faible nombre d'appuis nécessaires, ces éléments permettent de réaliser des espaces ouverts et très flexibles en termes d'aménagement
Stabilité dimensionnelle et mécaniques élevée
Facilité de découpe à l'aide d'appareils de sciage adaptés
Pour les poutres en I : grande économie de matière et utilisation de produits issus de sous-filières (très faible quantité de bois vierge utilisé et recours aux matières premières récupérées en fin de chaîne de fabrication de produits en bois vierge).
Inconvénients
Nécessite (sauf en cas de longueur réduite) l'utilisation d'un engin de levage lors de la pose.
Nécessite (sauf en cas de longueur réduite) l'utilisation d'un engin de levage lors de la pose.
Présence de colles : vérifier leur composition et veiller à garantir la qualité de l'air des espaces dans lesquels ces éléments sont apparents (principalement en cas de volumes confinés)
Sources des informations : « Bois – guide pour le bon usage », (2012), Hout Info Bois et fabricants
Elements de structure en bois (suite)
Bois lamellé-collé
Panneaux massifs à plis croisés (contre-collés ou contre-cloués)
Elément de structure formé par l'aboutage et le collage de lamelles de bois dont l'épaisseur est inférieur ou égale à 45 mm, avec fil parallèle.
Les lamelles, en bois massif, sont de classe mécaniques identique ou différente.
La teneur en colle est inférieure à 3% par m³.
Essences utilisées : le sapin, l'épicéa, le pin, le douglas, le mélèze, le chêne, le châtaignier.
Composés de planches collées ou clouées entre elles en couches croisées à angle droit.
Les panneaux comptent 3, 5 ou 7 couches de planches de bois massif.
Dimensions courantes
Largeur : 60 à 210 mm
Hauteur : 100 à 200 mm
Longueur : jusqu'à 150m
Epaisseur : de 50 à 800 mm
Largeur : de 62,5 à 480 cm
Longueur : jusqu'à 24 m
Usage
Poutres à section et à inertie variables (comprenant les arcs et les portiques)
Grandes portées
Structure
Toiture
Plancher
Avantages
Permet de couvrir de très grandes portées : solution intéressante économe en matière (limitation du nombre d'appuis intermédiaires)
Grâce au faible nombre d'appuis nécessaires, ces éléments permettent de réaliser des espaces ouverts et très flexibles en termes d'aménagement
Stabilité dimensionnelle et mécaniques élevée
Facilité de découpe à l'aide d'appareils de sciage adaptés
Grace aux plis croisés, ce type de produit offre des performances mécaniques élevées, dues à la répartition des charges dans toute la structure.
Couramment préfabriqué et découpe en atelier sur base des plans d'exécution informatisés, permet une très grande précision
Rapidité de mise en œuvre
Utilisable pour des bâtiments de grande taille et hauteur (une structure entièrement réalisée à l'aide de ces éléments est possible).
Inconvénients
Nécessite (sauf en cas de longueur réduite) l'utilisation d'un engin de levage lors de la pose.
Présence de colles : vérifier leur composition et veiller à garantir la qualité de l'air des espaces dans lesquels ces éléments sont apparents (principalement en cas de volumes confinés)
Solution couteuse, rentable pour des bâtiments de moyenne et grande taille
Nécessite une préparation très précise du dossier d'exécution (en ce compris la localisation précise de toutes les trémies et gaines) : l'adaptation des éléments sur chantier anéantirait les avantages de la préfabrication
Sources des informations : « Bois – guide pour le bon usage », (2012), Hout Info Bois et fabricants