Fiche de révision : Assemblages et charpentes en bois

📋 Plan du Cours

1. Assemblages à mi-bois
2. Assemblages par enfourchement
3. Assemblages à tenon et mortaise
4. Assemblages à queues d’aronde
5. Assemblages cachés par lamelles et tourillons
6. Éléments et règles de charpente
7. Dimensionnement des pièces de toiture
8. Fermettes industrielles
9. Assemblages traditionnels
10. Connecteurs de charpente moderne
11. Ouvertures de toiture et isolation par sarking
12. Matériaux de couverture

📖 1. Assemblages à mi-bois

★ À maîtriser

• Dans un assemblage à mi-bois, chaque pièce est entaillée sur la moitié de l’épaisseur totale, avec un ajustement possible si l’une des pièces est plus épaisse ou plus large.

Compléments

• L’assemblage à mi-bois en L est d’équerre, à 90°, et le tracé des arases s’obtient en superposant les deux pièces.

📌 Le mi-bois en croix réunit deux pièces à angle droit, tandis que le mi-bois en X ou en croix de Saint-André les réunit selon d’autres angles.

• Des arasements en ligne brisée formant des repos réduisent les possibilités de mouvement entre les pièces d’un mi-bois en croix ou en X.

• Le mi-bois en T est une variante du mi-bois en croix et sert notamment au montage des traverses intermédiaires d’un cadre de porte ou de meuble.

• Pour un mi-bois d’aboutage, allonger le recouvrement améliore la résistance et augmente la surface disponible pour planter des vis.

📖 2. Assemblages par enfourchement

🔑 Notions clés & Définitions

• Enfourchement : Un mi-bois particulier composé d’au moins trois parties : un tenon central enserré par deux joues latérales.

★ À maîtriser

• L’enfourchement d’angle à 90° est plus résistant qu’un mi-bois simple pour fabriquer un cadre.

Compléments

• Pour réaliser la partie femelle d’un enfourchement, scier d’abord ses deux côtés parallèles, puis évider la partie au ciseau à bois.

• L’enfourchement à pièces multiples permet de réunir deux traverses sur un même poteau, par exemple pour prolonger une structure légère comme une pergola, et son dessous ne laisse rien voir.

• Un enfourchement double ou triple augmente le nombre de tenons lorsque l’épaisseur le permet, afin de renforcer l’équerrage et la résistance par collage; le travail à la machine à bois est préférable.

• L’enfourchement à flottage comporte une joue supplémentaire saillante sur la pièce portant le tenon, qui est donc plus épaisse; il est utilisé notamment en bas de porte ou de fenêtre.

📖 3. Assemblages à tenon et mortaise

🔑 Notions clés & Définitions

• Épaulements : Les parties droites de la section situées autour du tenon et en contact avec la pièce mortaisée.

★ À maîtriser

📌 Dans un assemblage à tenon et mortaise, le tenon est la partie mâle et la mortaise la partie femelle.

• La solidité de l’assemblage à tenon et mortaise dépend de l’ajustement parfait, qui garantit l’équerrage et l’absence de jeu.

Compléments

• Le tenon se découpe à la scie; la mortaise se creuse au bédane ou au ciseau à bois, ou au foret à bois avant rectification au ciseau.

• Pour les assemblages minces à tenon et mortaise, la règle des tiers utilisée pour les enfourchements reste applicable.

• Pour les grosses pièces, le tenon peut être carré ou décalé, auquel cas il est dit bâtard.

📌 Le tenon à vif entre entièrement dans la mortaise sans épaulement ni arasement, tandis que le tenon bâtard ne possède qu’un épaulement.

• Le renfort d’épaulement réduit généralement d’un tiers la largeur du tenon lorsque la mortaise est trop proche de l’angle; le renfort peut être coupé en biais pour être plus discret.

• Le double tenon reçoit les tenons de deux pièces dans une mortaise et permet un assemblage en T invisible; si les pièces à tenon sont plus étroites, il s’agit de tenons bâtards.

📖 4. Assemblages à queues d’aronde

🔑 Notions clés & Définitions

• Queue d’aronde : Le vide situé entre deux tenons en forme de trapèze; bien réalisée, elle peut se passer de collage et sert principalement pour les tiroirs.

★ À maîtriser

📌 La queue d’aronde simple, dite découverte, est visible des deux côtés, tandis que la queue d’aronde recouverte masque l’assemblage, notamment en façade de tiroir.

Compléments

• Pour qu’un assemblage à queue d’aronde résiste à la traction dans un tiroir, les découpes de bout sont réalisées sur les côtés et non sur le fond.

• La queue d’aronde recouverte se réalise en choisissant une façade plus épaisse ou en réduisant la longueur des queues.

• La queue à plat joint ou en T sert principalement au montage des traverses de lit sous le sommier et est souvent borgne, sans traverser entièrement le longeron.

• La queue perdue ou cachée combine une coupe d’onglet et une queue d’aronde; elle est invisible une fois les pièces réunies et son tracé et son exécution sont très difficiles.

💡 Astuce mémo

Imagine les queues trapézoïdales qui s’emboîtent et se verrouillent.

📖 5. Assemblages cachés par lamelles et tourillons

🔑 Notions clés & Définitions

• Tourillon : Une cheville de bois cannelée, chanfreinée à ses extrémités, enfoncée à mi-bois dans les deux pièces à assembler.

★ À maîtriser

• Un assemblage à lamelles loge une pièce en bois dur dans une rainure ouverte sur les côtés à assembler.

Compléments

• La lamelle et sa rainure sont ovoïdes, une forme facile à découper avec une fraise spéciale ou une lamelleuse.

• La lamelle offre une surface d’encollage supérieure à celle du tourillon et permet des assemblages plus résistants, en particulier avec les panneaux de particules.

📌 Le diamètre du tourillon ne doit jamais dépasser la moitié de l’épaisseur du panneau de chant; sa longueur vaut quatre fois son diamètre et il ne doit pas pénétrer au-delà des deux tiers de l’épaisseur du panneau de parement.

📖 6. Éléments et règles de charpente

🔑 Notions clés & Définitions

• Sablière : Une panne généralement de plus faible section, scellée sur le chaînage de la maçonnerie; elle est parfois appuyée sur l’entrait de la ferme, bien que cela ne soit pas conseillé.
• Faîtière : Une panne située au sommet de la toiture et délardée sur deux côtés pour tenir compte des deux versants.

★ À maîtriser

• Une charpente traditionnelle superpose généralement à l’équerre la ferme porteuse, les pannes appuyées sur la ferme, les chevrons ou empannons cloués sur les pannes, puis les liteaux ou voliges qui supportent la couverture; elle comporte aussi des solivages.

• Les chevrons supportent la couverture, sont posés dans le sens de la pente et parallèlement, puis cloués sur les pannes, en tête sur la faîtière et en rive sur la sablière.

Compléments

• L’écartement des chevrons est compris entre 40 et 60 cm selon la charge de toiture et la section des liteaux de couverture.

• Les références de conception mentionnées pour les charpentes en bois sont le DTU 31.1 (charpente), le DTU 31.2 (maisons et bâtiments à ossature bois), les règles CB 71 (calcul et conception), le DTU BF 88 (bois feu) et l’Eurocode 5.

💡 Astuce mémo

Ferme → pannes → chevrons → liteaux ou voliges.

📖 7. Dimensionnement des pièces de toiture

★ À maîtriser

• Les tableaux de dimensionnement distinguent les couvertures légères de poids inférieur à 30 kg/m², les couvertures lourdes de poids inférieur à 60 kg/m² et les couvertures très lourdes de poids inférieur à 80 kg/m².

• La ferme sur blochet, de portée courante inférieure à 12 m, s’apparente à une ferme à entrait retroussé, mais le pied de l’arbalétrier ne transmet pas de poussée aux murs.

• La ferme sur blochet est une ferme à deux articulations dont la flexion de l’arbalétrier est reprise par les blochets, à la manière d’une ferme sur poteau.

• La charpente de croupe comprend :

  • un empannon
  • une panne sablière dans le sens du pignon
  • un chevron d’arêtier
  • une ferme
  • une panne sablière dans le sens du long pan

Compléments

• Pour les couvertures légères, les sections de panne dépendent de la portée, de l’entraxe des pannes et de la pente du toit; les tableaux donnent des sections en millimètres pour des portées de 2,5 à 5,0 m et des entraxes de 1,0 à 2,5 m.

• Pour les couvertures lourdes et très lourdes, les tableaux donnent les sections de panne selon la portée et l’entraxe, pour des portées de 2,5 à 5,0 m et des entraxes de 1,0 à 2,5 m, toutes pentes.

• La pente du toit est présentée en pourcentage et en degrés, avec les correspondances 57 % pour 30°, 83 % pour 40° et 120 % pour 50°.

📌 Si aucun dispositif n’empêche la neige de glisser sur la toiture, le dimensionnement utilise les valeurs correspondant à une pente de 30°; sinon, les valeurs indiquées ne s’appliquent pas.

• Les chevrons sont usuellement espacés de 60 cm et posés sur au moins trois appuis.

• Pour les lattes et liteaux, les sections et entraxes maximaux indiqués sont 27 × 27 mm et 50 cm, 27 × 40 mm et 60 cm, ou 40 × 40 mm et 90 cm pour les tuiles; 18 × 40 mm et 30 cm ou 14 × 40 mm et 20 cm pour les ardoises; et 63 × 75 mm et 150 cm pour les plaques ondulées.

• La ferme à la Mansart pour combles aménageables est présentée avec une portée courante de 8 à 12 m, des contre-fiches et des poteaux moisés.

💡 Astuce mémo

Le blochet reprend la flexion que le pied de l’arbalétrier ne transmet pas aux murs.

📖 8. Fermettes industrielles

★ À maîtriser

• Les formes de fermes citées pour les combles non aménageables sont :

  • la ferme en W
  • la ferme en double W
  • la ferme en M
  • la ferme en éventail

• Les formes citées pour les combles aménageables sont :

  • la ferme en A
  • la ferme à la Mansart
  • la ferme boiteuse
  • la ferme à entrait porteur

• Dans le contreventement des fermettes, les barres rouges s’opposent au flambement des arbalétriers et sont appelées antiflambage.

Compléments

• Le pin épicéa est l’essence la plus utilisée en France pour fabriquer les fermettes, qui peuvent aussi être produites en douglas ou en peuplier.

• Dans le contreventement des fermettes, les barres bleues apportent la stabilité d’ensemble de la charpente.

• Dans le contreventement des fermettes, les barres vertes rejoignent les nœuds et sont appelées barres filantes ou lisses sur entrait.

📖 9. Assemblages traditionnels

★ À maîtriser

• Le tenon et mortaise en biais relie l’arbalétrier, pièce disposée dans le sens de la pente, à l’entrait horizontal.

• Dans le tenon à biais à repos, une entaille dans la pièce mortaisée crée une butée qui répartit mieux les charges que le tenon tronqué seul.

Compléments

• La liaison entre l’entrait et le poinçon central est un tenon-mortaise qui conserve un jeu d’au moins 2 cm entre les deux pièces et peut être renforcé et réglé par un étrier métallique boulonné.

• Une variante de l’assemblage à queue d’aronde relie les solives à plat joint sur les muraillères, notamment lorsque le plafond reste apparent.

• Dans l’enfourchement de panne faîtière, la panne horizontale fait office de tenon et s’emboîte en tête du poinçon vertical.

• Dans le moisement, l’arbalétrier est serré entre deux entraits et l’ensemble est verrouillé par une cheville ou un boulon.

• Les assemblages à sifflet en coupe biaise peuvent recevoir des repos pour réduire les glissements et être bloqués par des chevilles en bois.

📖 10. Connecteurs de charpente moderne

🔑 Notions clés & Définitions

• Connecteur : Pièce métallique qui permet d’unir deux éléments.

★ À maîtriser

• La résistance d’un assemblage par connecteur dépend de sa fixation aux supports, qui subit les tractions et les effets de cisaillement, et donc du bois utilisé et de son degré d’humidité.

📌 La vis ou le clou utilisé avec un connecteur doit avoir un diamètre adapté au trou et une longueur d’ancrage dans le bois d’au moins 8 fois son diamètre.

Compléments

📌 Pour fixer une équerre renforcée, il faut utiliser tous les trous d’un même diamètre, soit les 6 ou 8 petits trous, soit les 3 gros trous de chaque côté de l’équerre.

• Les étriers invisibles se logent dans une rainure à l’extrémité des solives et sont solidarisés par des broches latérales ; leur talon sert seulement à caler la solive et ne supporte pas la charge.

• Les équerres renforcées se fixent généralement par-dessus les croisements et peuvent avoir un renfort central, deux renforts latéraux ou aucun renfort pour les liaisons sans sollicitation.

💡 Astuce mémo

Fixations adaptées → résistance de l’assemblage.

📖 11. Ouvertures de toiture et isolation par sarking

🔑 Notions clés & Définitions

• Chevêtre : Pièce de bois qui soutient les solives ou les poutres pour créer une ouverture de plancher ou de toit, supporte les extrémités coupées en reportant les charges sur les éléments porteurs adjacents et stabilise la trémie.
• Lucarne : Surélévation locale de la toiture destinée à la mise en place d’une fenêtre.
• Trémie : Espace libre aménagé dans un plancher ou une toiture pour laisser passer un escalier, un ascenseur, un conduit ou une cheminée.
• Noulet : Assemblage de pièces de charpente placé à l’intersection de deux combles de hauteur différente, à l’arrière de certaines lucarnes.

• Jouée : Face latérale triangulaire d’une lucarne, souvent recouverte de zinc ou d’ardoises.

★ À maîtriser

• 🔄 La mise en œuvre du sarking suit cet ordre :
  1. Le parement intérieur sert de support sur le chevronnage.
  2. Le pare-vapeur est posé horizontalement et en continu au-dessus du parement.
  3. L’isolation thermique est généralement installée en deux couches croisées
  4. L’écran de sous-toiture est posé sur l’isolant.
  5. Les contre-chevrons sont fixés sur les chevrons en traversant les couches précédentes.
  6. Les liteaux sont cloués sur les contre-chevrons.
  7. La couverture est posée de bas en haut.

Compléments

• Le pare-vapeur du sarking contrôle les transferts de vapeur d’eau depuis l’intérieur et présente une valeur Sd supérieure à 18 m.

• L’écran de sous-toiture protège contre les intempéries et évacue l’humidité ; le type HPV, à haute perméabilité à la vapeur d’eau, se plaque sur l’isolant.

💡 Astuce mémo

Parement → pare-vapeur → isolant → écran → contre-chevrons → liteaux → couverture.

📖 12. Matériaux de couverture

★ À maîtriser

• La couverture en zinc à joint debout est recommandée pour les toitures et façades exposées aux intempéries, assure une étanchéité maximale et convient aux formes cintrées ou complexes.

📌 La couverture en zinc à joint debout est recommandée pour une inclinaison minimale de 3° ; ses joints ont une hauteur de 25 mm pour une épaisseur de 5 mm.

📌 La tuile plate couvre les toits à forte pente, avec un minimum de 45°, selon le principe du recouvrement ; elle ne s’emboîte pas et se pose à joints croisés sur des liteaux cloués perpendiculairement aux chevrons.

• Les panneaux photovoltaïques convertissent la lumière solaire en électricité, les panneaux thermiques produisent de la chaleur et les panneaux hybrides produisent à la fois de l’électricité et de la chaleur.

Compléments

• La couverture en zinc à tasseaux facilite le démontage pour l’entretien ou les réparations, réduit le nombre d’outils nécessaires et permet de créer des ombres, des formes et des reliefs variés.

• Le bac acier est constitué de longues plaques de tôle nervurée ou plissée assemblées pour couvrir de grandes surfaces ; il existe en versions simple peau, avec ou sans feutre anti-condensation, avec doublage isolant en sous-face ou en sandwich isolant entre deux tôles.

• L’ardoise est une roche de schiste, plus coûteuse et nettement plus lourde que la tuile, adaptée aux pentes raides et aux courbes de toiture.

• Les panneaux photovoltaïques peuvent être installés en autoconsommation seule ou en autoconsommation avec revente.

• Le prix moyen indiqué pour 1 kWh d’électricité est de 20 centimes, tandis que le tarif de rachat depuis 2025 est de 4 centimes par kWh.

💡 Astuce mémo

Photovoltaïque : électricité ; thermique : chaleur ; hybride : les deux.

📊 Tableaux de synthèse

Assemblages à queue d’aronde