Les systèmes constructifs bois

jeudi 2 novembre 2023 | Les matériaux bio-sourcés

En une : Réalisation Léonard Charpente (Habitat Naturel n°65)

On dis­tingue deux grands types de sys­tèmes construc­tifs bois : les construc­tions en ossa­ture bois (sque­lette por­teur), les plus répan­dues en France, et les construc­tions en bois mas­sif (bois empi­lé et pan­neaux mas­sifs) et pour chaque type, se dis­tinguent encore les construc­tions indus­tria­li­sées (élé­ments cali­brés en usine) des construc­tions arti­sa­nales (tra­vail du bois sur le chan­tier). 

L’ossature bois

Chantier d'une maison à ossature bois. Réal. Charpente Merlot
Chantier d’une mai­son à ossa­ture bois. Réal. Charpente Merlot

Les struc­tures ver­ti­cales regroupent l’ossature bois, le colom­bage et le poteau-poutre. L’ossature bois est direc­te­ment issue de la tech­nique de construc­tion à colom­bage : une struc­ture consti­tue un sque­lette por­teur, des élé­ments de pare­ment et d’isolation viennent fer­mer les murs. Dans la tech­nique du colom­bage, l’ossature était le plus sou­vent en chêne, entiè­re­ment assem­blée à tenons et mor­taises et par des che­villes en bois. Les murs étaient consti­tués de tor­chis, mélange de paille, de terre et de chaux ou de briques. Ces mai­sons étaient entiè­re­ment démon­tables pour pou­voir être trans­por­tées.

Ossature plateforme

Maison individuelle à ossature bois réalisée à Hultehouse (57). Maître d’œuvre : Philippe Hertschuh / HB Menuiserie. Architecte : Jean-Claude Grebert. Photo : Soprofen (Tradi Véo)
Maison indi­vi­duelle à ossa­ture bois réa­li­sée à Hultehouse (57). Maître d’œuvre : Philippe Hertschuh / HB Menuiserie. Architecte : Jean-Claude Grebert.
Photo : Soprofen (Tradi Véo)

La tech­nique de l’ossature bois a été mise au point aux États-Unis, il y a plus d’un siècle. La struc­ture est géné­ra­le­ment en rési­neux. Elle porte des pan­neaux dits “sand­wich” com­por­tant une suc­ces­sion de maté­riaux ayant cha­cun un rôle déter­mi­nant pour la sta­bi­li­té, l’étanchéité à l’air et à l’eau, l’isolation et le pare­ment exté­rieur et inté­rieur. On recon­naît l’ossature plate-forme (la plus répan­due) à ce que les mon­tants d’ossature ne font la hau­teur que d’un étage. À chaque niveau, le soli­vage posé sur les murs qui viennent d’être mon­tés est recou­vert d’un plan­cher qui sert lui-même de pla­te­forme pour mon­ter l’étage sui­vant.

La variante poteau-poutre

Chantier d'une maison en ossature poteau-poutre avec remplissage paille en auto-construction. Voir n°93.
Chantier d’une mai­son en ossa­ture poteau-poutre avec rem­plis­sage paille en auto-construc­tion. Voir n°93.

Les bois employés sont de forte sec­tion et de plus en plus sou­vent lamel­lés-col­lés ou contre-col­lés. Les mon­tants ver­ti­caux ont espa­cés de un à plu­sieurs mètres, ils portent des poutres éga­le­ment de forte sec­tion qui à leur tour portent les soli­vages des plan­chers. Les espaces sont rem­plis avec une ossa­ture bois ou d’autres maté­riaux comme le verre, les brique de chanvre, la paille etc. Toutes les solu­tions de rem­plis­sage sont pos­sibles. Les fortes sec­tions des bois, bien sou­vent appa­rents à l’intérieur comme à l’extérieur, per­mettent de très grandes baies vitrées du sol au pla­fond, une archi­tec­ture très aérée avec des mez­za­nines et des puits de lumière. Le prix de revient est plus éle­vé que celui de l’ossature bois plate-forme.

Des murs « sandwichs »

Chantier d'une maison passive, Construction Millet Bois, voir n°47.
Chantier d’une mai­son pas­sive, Construction Millet Bois, voir n°47.

Les murs d’une construc­tion à ossa­ture, quelle que soit la tech­nique emprun­tée, sont consti­tués d’une suc­ces­sion de maté­riaux (sous forme de pan­neau ou de film) ayant cha­cun un rôle déter­mi­nant pour l’étan­chéi­té à l’air et à l’eau et l’iso­la­tion. Le mur est com­po­sé en pre­mier lieu d’une ossa­ture avec un pan­neau de contre­ven­te­ment, ou “voile tra­vaillant” (pan­neau de par­ti­cules, de contre­pla­qué ou d’OSB) qui assure la rigi­di­té de la struc­ture. Derrière ce pan­neau, côté inté­rieur, on place un iso­lant entre les mon­tants d’ossature (pan­neaux rigides, semi-rigides, rou­leau ou vrac). Il sera recou­vert d’un pare-vapeur (ou frein-vapeur), qui per­met­tra un pas­sage homo­gène de la vapeur d’eau de la mai­son vers l’extérieur. Agrafé, le pare-vapeur doit être par­fai­te­ment étanche à l’air : un adhé­sif per­met­tra de sou­der les lés entre eux et de gérer les points sin­gu­liers des menui­se­ries, des prises élec­triques etc. Vient enfin, le pare­ment inté­rieur, (plaque de plâtre, lam­bris…) posé sur une ossa­ture bois secon­daire.

Eco construction systèmes constructifs bois : ossature bois

De l’autre côté, on place un éven­tuel iso­lant par l’extérieur, puis un pare-pluie éga­le­ment étan­chéi­fié à l’adhésif sauf si les pan­neaux iso­lants assurent déjà cette fonc­tion. Enfin, le pare­ment exté­rieur (enduit sur pan­neaux iso­lants, bar­dage posé sur ossa­ture bois secon­daire etc.).

Source : Fibois-Aura

La pré-fabrication des systèmes constructifs bois

S’il est pos­sible de mon­ter tous les élé­ments sur un chan­tier, la majo­ri­té des construc­teurs ont recours aux pan­neaux pré-fabri­qués en ate­lier, prêts à être posés sur le chan­tier. Ces com­po­sants indus­triels concernent les murs, les char­pentes, les plan­chers et les toi­tures. L’industrialisation des com­po­sants bois per­met de garan­tir des bois secs, mon­tés à l’abri des intem­pé­ries, dans le res­pect des normes de concep­tion et de fabri­ca­tion. Ils béné­fi­cient de mar­quages de qua­li­té (Acerbois, CTBOB, CTB CI, etc) super­vi­sés par des orga­nismes indé­pen­dants. Le dimen­sion­ne­ment des dif­fé­rentes pièces pour la construc­tion d’une mai­son à ossa­ture bois est cal­cu­lé selon les règles CB 71 et Eurocode 5 et dans le res­pect des règles du DTU 31.2.

Murs et charpentes

Les pan­neaux de murs sont de plus en plus sou­vent fabri­qués en ate­lier par des machines entiè­re­ment auto­ma­ti­sées à com­mande numé­rique, d’une grande fia­bi­li­té. Ils peuvent être manu­por­tables (moins de 80 kg, 120 cm maxi­mum), ce qui per­met de construire dans des zones non acces­sibles aux camions. Les grands pan­neaux sont mani­pu­lables avec une grue de camion ou avec une grue de chan­tier. La légè­re­té des com­po­sants per­met des chan­tiers plus rapides avec moins de frais de trans­ports et moins de nui­sances liées au déchar­ge­ment. Selon le degré de fini­tion déjà réa­li­sé en ate­lier (menui­se­ries, iso­la­tion, pare­ments inté­rieurs et exté­rieurs, fini­tions…), les pan­neaux sont dits “ouverts”, “semi-ouverts” ou “fer­més”. Sur le chan­tier, la seule dif­fi­cul­té sera de soi­gner l’étanchéité entre les pan­neaux.

La char­pente indus­tria­li­sée met en œuvre des fer­mettes par oppo­si­tion à la char­pente tra­di­tion­nelle qui met en œuvre des bois de sec­tions beau­coup plus impor­tantes. Aujourd’hui plus de 65 % des mai­sons indi­vi­duelles construites en France le sont avec une char­pente indus­tria­li­sée. Ce suc­cès tient à la rigueur et à la sou­plesse de concep­tion et de fabri­ca­tion de cette char­pente, à sa sim­pli­ci­té de mise en œuvre et à son excellent rap­port délai/qualité/prix. Toutefois, le déve­lop­pe­ment de robots de taille de char­pente a per­mis de rendre la char­pente tra­di­tion­nelle tout aus­si com­pé­ti­tive aujourd’hui.

Surélévation urbaine à Poissy (78) en modules 3D.  Les éléments sont entièrement préfabriqués en usine pendant 1 mois et sont livrés et posés sur le toit directement en 1 journée. Bailleur Vilogia - Virtuel Architecture - entreprise CMB à Mauléon (79) - Kerto LVL de Metsä Wood.
Surélévation urbaine à Poissy (78) en modules 3D. Les élé­ments sont entiè­re­ment pré­fa­bri­qués en usine pen­dant 1 mois et sont livrés et posés sur le toit direc­te­ment en 1 jour­née. Bailleur Vilogia – Virtuel Architecture – entre­prise CMB à Mauléon (79) – Kerto LVL de Metsä Wood.

Vers la 3D ?

Plus un mur est pré­fa­bri­qué en ate­lier, plus il est contrô­lé et moins il y a de risque de désordre lors de la pose sur chan­tier. C’est pour­quoi quelques fabri­cants se lancent aujourd’hui dans la fabri­ca­tion de modèles en 3 dimen­sions. Cette construc­tion modu­laire per­met de limi­ter les tra­vaux sur le chan­tier à la dalle ou aux plots de béton et à la cou­ver­ture. Il y a moins de liber­té archi­tec­tu­rale, les modules étant stan­dar­di­sés, mais bien d’autres avan­tages. Ils sont assem­blés entre eux, les jonc­tions étant invi­sibles par la suite. Les cana­li­sa­tions et le câblage élec­trique sont conçus pour favo­ri­ser un bran­che­ment rapide sur les réseaux. La mai­son est mon­tée en quelques heures par une grue. Seules la cou­ver­ture et les fini­tions sont réa­li­sées sur le chan­tier par les équipes de mon­tage. L’absence de sous-trai­tance limite consi­dé­ra­ble­ment les risques de désordres et de retard et per­met de pro­po­ser des mai­sons bois per­for­mantes à des prix très abor­dables pour les pri­mo-accé­dants ou les petits bud­gets, à une vitesse sur­pre­nante. 

Le bois massif

Madrier empilé, réal. Polarlifehaus, Arch. Natura Concept (voir n°71).
Madrier empi­lé, réal. Polarlifehaus, Arch. Natura Concept (voir n°71).

C’est l’une des plus anciennes tech­niques de construc­tion. Le terme évoque les cha­lets de nos alpages, mais recouvre en réa­li­té une mul­ti­tude de tech­niques dont le seul point com­mun est l’empilage de bois. Les tech­niques anciennes sub­sistent encore. Les arti­sans écorcent et taillent leurs fûts sur le chan­tier avec des outils simples : tron­çon­neuse, com­pas, plane… Il en résulte un style rus­tique, où la marque de l’outil donne un cachet unique. Mais la majo­ri­té des construc­tions en bois mas­sif est indus­tria­li­sée.

Certaines fustes ont brillamment passé le test d'étanchéité à l'air . Photo : Eric Mougel.
Certaines fustes ont brillam­ment pas­sé le test d’é­tan­chéi­té à l’air . Photo : Eric Mougel.

Les mai­sons en bois mas­sif peuvent être construites par empi­lage de ron­din (bois rond) ou, plus fré­quem­ment, par empi­lage de madriers (plans sur 4 faces). Quelle que soit la tech­nique, il est pos­sible de réa­li­ser tous les styles d’architecture avec le bois mas­sif, y com­pris des mai­sons ultra contem­po­raines en ron­din, comme on en voit beau­coup aux États-Unis, où le bois mas­sif est asso­cié à une image de réus­site sociale. L’essentiel de la fabri­ca­tion de ces mai­sons ou cha­lets est assu­ré par des indus­triels en rési­neux. Les bois sont séchés dans des fours, trai­tés par trem­page ou par auto­clave contre les cham­pi­gnons, les insectes et les moi­sis­sures. Rondins et madriers sont usi­nés et cali­brés par des machines à com­mande numé­rique de très haute pré­ci­sion. Les pas­sages de gaines élec­triques sont per­cés en ate­lier à l’intérieur des murs en bois. La taille des madriers ou ron­dins varie selon les construc­teurs et selon le cli­mat.

Les limites de por­tée et de résis­tance ont été repous­sées par les nou­veaux maté­riaux (bois contre-col­lés, bois lamel­lés-col­lés…) qui per­mettent éga­le­ment de limi­ter les pro­blèmes de tas­se­ment et de retrait du bois des pre­mières années. Le séchage pro­dui­ra des fentes (le retrait tan­gen­tiel est le double du retrait radial ce qui pro­duit des ten­sions), qui ne met­tront pas en cause la bonne iso­la­tion des murs ni leur résis­tance méca­nique. Des entailles bien pla­cées per­met­tront de gui­der ces fentes aux endroits les moins visibles. Les joints per­mettent d’améliorer l’étanchéité à l’air des mai­sons en bois mas­sif empi­lé.

systèmes constructifs bois : Schéma construction en bois massif

Il est tou­jours pos­sible d’ajouter une iso­la­tion inté­rieure ou exté­rieure, pour la ren­for­cer et res­pec­ter ain­si la régle­men­ta­tion en vigueur, ce qui mal­heu­reu­se­ment en aug­mente le coût.

Les panneaux autoportants massifs : le CLT

Construction passive en CLT en Bretagne. Arch. Alice Pamela. Voir n°95
Construction pas­sive en CLT en Bretagne. Arch. Alice Pamela. Voir n°95

Les murs sont com­po­sés de pan­neaux lamel­lé-croi­sés, auto-por­tants épais (jusqu’à 30 cm), consti­tués de plu­sieurs couches de bois croi­sées et col­lées (3, 5, 7 voire plus). Ces pan­neaux ne néces­sitent pas d’ossature por­teuse. Ils s’assemblent entre eux par rai­nures et lan­guettes et sont glis­sés entre deux sablières rai­nu­rées au moyen d’une grue. Une iso­la­tion par l’extérieur est ensuite posée avant le pare­ment de façade, ce qui garan­tit une excel­lente per­for­mance ther­mique et l’étanchéité à l’air. On les uti­lise pour les murs, les plan­chers ou en sous-toi­ture. Ils res­tent visibles de l’intérieur, des cavi­tés per­mettent de pas­ser tous les câbles et gaines tech­niques. Le sys­tème de fabri­ca­tion en “plis croi­sés” évite l’apparition de fentes, que cer­tains trouvent ines­thé­tiques, et garan­tit une sta­bi­li­té dimen­sion­nelle dans le temps. L’intérêt de ce sys­tème, c’est que l’épaisseur d’isolant n’est plus dic­tée par l’épaisseur des mon­tants d’ossature por­tant les murs. Comme le bois se trouve du côté chauf­fé du mur et que sa teneur en humi­di­té est de 9 %, un trai­te­ment chi­mique n’est plus néces­saire. En outre, les colles uti­li­sées sont non émis­sives. Ces voiles de bois sont natu­rel­le­ment iso­lants et ils pro­curent une bonne iso­la­tion pho­nique de la construc­tion par leur masse.

Systèmes constructifs bois : CLT

Ils per­mettent de réa­li­ser des construc­tions anti­sis­miques. Les pan­neaux sont usi­nés sur mesure par com­mande numé­rique avec la plus grande pré­ci­sion. De l’accroche des pan­neaux CLT pour la grue jusqu’au rai­nu­rage des murs pour un assem­blage par­fait, en pas­sant par des per­fo­ra­tions pour les bou­lons et vis d’assemblage, tout est pré­vu pour que le mon­tage soit le plus rapide pos­sible. Les pièces sont numé­ro­tées et un contrôle qua­li­té est effec­tué à dif­fé­rentes étapes de la fabri­ca­tion. Les dimen­sions maxi­males sont limi­tées par le trans­port. Ce sys­tème construc­tif est rapide et le mon­tage d’une mai­son hors d’eau peut se faire en une jour­née à 3 per­sonnes et une grue. 

Source : Lignotrend

Chantier d'une maison individuelle en KLH, Arch. Matthieu Colau.
Chantier d’une mai­son indi­vi­duelle en KLH, Arch. Matthieu Colau.

Pour en savoir plus sur le CLT, lire notre article dédié ici.

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