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Dispositif | Eléments de structure en bois

Eléments de structure en bois

© Unkas Photo / Shutterstock.com

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.

Au sein d'un même bâtiment, plusieurs types d'éléments de structure en bois peuvent bien entendu être utilisés : voir sous « Mise en œuvre spécifique ».

Le bois comme matériau de structure

Description
  • 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.
Ecobilan (*)

Eléments de structure verticaux:

  • De 1a (bois certifié FSC ou PEFC) à 1b (bois non certifié)

Eléments de structure horizontaux :

  • De 1a (éléments d'ossature) à 2a (bois massif)
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.
Pose
  • voir sous « Mise en œuvre spécifique »
Durée de vie théorique
  • 75 ans
Fin de vie
  • À privilégier : Réutilisation d'élément complet, réutilisation pour des systèmes de coffrages
  • Deuxième choix : recyclage (fabrication de planches, panneaux, sciures ou copeaux de bois)
  • Troisième choix ; valorisation énergétique
  • A éviter : Mise en décharge

Essences des bois utilisables en structure

Les feuillusLes résineux
ChèneChâtaignierDouglasEpicéaMélèzePin
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Masse volumique [kg/m³]650 à 760640510460580500
Stabilité dimensionnellePeu à moyennement stableMoyenne MoyenneMoyenneMoyenneMoyenne
Classe de durabilité

Aubier : V

Duramen : II à III

Aubier : V

Duramen : II

Aubier : V

Duramen : III

Aubier : V

Duramen : IV

Aubier : V

Duramen : III

Aubier : V

Duramen : III à IV

  • 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.

Résistance en flexion

[N/mm²]

957381718079

Résistance à la compression

[N/mm²]

504540454147
Cisaillement8,49,19,46,510,47,5

(*) Données issues du classement NIBE, consulté en juillet 2013. A noter que NIBE propose également une évaluation, par typologie et taille de bâtiment, des structures « mixtes » (ex. murs porteurs en béton combinés avec des planchers en structure bois). Consulter http://www.nibe.info

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.

Elements de structure en bois

Bois rondBois de sciageBois massif aboutté

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Source : huetbois.be

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Source : bilderholz.com (hors ligne)

image45.jpegSource : ihb.de

Description
  • 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
Pose
  • voir sous « Mise en œuvre spécifique »

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

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Sources des informations : « Bois – guide pour le bon usage », (2012), Hout Info Bois

Elements de structure en bois (suite)

Bois massif reconstitué ou contre-colléPoutres en I

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Source : http://www.gipeblor.com

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Source : jonckheerewood.be

Description
  • 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)
Pose
  • voir sous « Mise en œuvre spécifique »

Sources des informations : « Bois – guide pour le bon usage », (2012), Hout Info Bois et fabricants

Elements de structure en bois (suite)

Bois lamellé-colléPanneaux massifs à plis croisés (contre-collés ou contre-cloués)

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Source : http://www.ageka.fr

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Source : http://www.cre-habitat.be

Description
  • 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
Pose
  • voir sous « Mise en œuvre spécifique »

Sources des informations : « Bois – guide pour le bon usage », (2012), Hout Info Bois et fabricants

mis à jour le 01/01/2013

N° de Code : G_MAT02 - Thématiques : Matière - Thématiques secondaires : Chantier | Déchets | Inertie thermique | Isolation thermique - Composants du projet liés : Mur extérieur | Mur intérieur | Ossature bois | Plancher | Toiture