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Un matériau dont les champs d’application s’élargissent

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Un matériau dont les champs d’application s’élargissent

La passerelle TGV de Vaires-sur-Marne (77) entièrement réalisée en lamellé-collé en 2003 relie les deux quais de la gare en surmontant les voies ferrées sans difficulté. (Arch. : service architecture SNCF) (Doc. FIBC.) Pour la reconstruction de la halle de marché de Mantes-la-Ville (78), la charpente en lamellé-collé en Douglas prend appui sur plusieurs poteaux-parapluie placés en partie centrale. (Arch. : Aprah) (Doc. FIBC.)

Le lamellé-collé ou bois lamellé est une technique de fabrication ancienne qui consiste à contrecoller des lames multiples de bois raboté. Plus que jamais d’actualité, cette technique perdure et évolue constamment.

Le lamellé-collé, qui repose sur l’idée d’assembler plusieurs morceaux de bois n’est pas nouveau, puisqu’il remonte avant la période chrétienne. Au Japon, les arcs étaient déjà réalisés selon cette technique sophistiquée.

En construction, elle apparaît au xvie siècle en France. Familier de la charpente marine, l’architecte Philippe Delorme conçoit en 1548 des arcs en bois constitués de plusieurs sections de bois solidarisées entre elles par des clavettes, afin d’ériger des charpentes à fermes cintrées.
Ce nouveau procédé de lamellation évolue ensuite au contact d’architectes et d’ingénieurs imaginatifs. Au xviie siècle, le colonel Émy, directeur des fortifications de Bayonne (64), réalise des assemblages de planches en bois cintrées et fixées entre elles par des boulons et colliers de métal. À la fin du xviiie siècle, les militaires reprennent cette technique pour bâtir des casernes et des manèges et la modifient alors, pour réaliser des toitures plates aux couvertures simplifiées.
Puis, à la fin du xixe siècle, le charpentier allemand Otto Hetzer améliore le procédé en remplaçant les assemblages métalliques par de la colle caséine : la charpente en bois lamellé-collé est née. Entre 1906 et 1907, le brevet de ce nouveau matériau, déposé en Allemagne, en France et en Suisse, va littéralement révolutionner les pratiques traditionnelles de la charpenterie, en apportant d’autres dimensions à la structure et un haut degré de technicité. Cette technologie se développe largement par la suite dans les pays d’Europe, avec la construction, notamment, de hangars et de halls d’exposition de grande échelle. Si le Bois lamellé-collé ou « BLC » n’est pas le procédé le plus utilisé dans la construction en bois, il est toutefois en progression depuis cinq ans, à cause de ses multiples avantages et performances. À l’image d’un millefeuille géant, ce matériau unit plusieurs lamelles de bois massif, de 33 à 45 mm d’épaisseur en moyenne, par collage à plat et à fils parallèles.

Esthétique et liberté de formes

Le BLC permet surtout de fabriquer des pièces de grande dimension pour franchir d’imposantes portées, comme celles de 105 m pour le Palais des expositions d’Avignon (84), ou de 130 m pour le stade de Poitiers (86). C’est un procédé particulièrement fiable, puisque le bois employé, très résistant, est purgé, alors que le bois massif risque à tout moment de se fendre. Cette technique est très utilisée en charpente, pour les poutres notamment, où les possibilités de formes sont infinies. Les sections peuvent être parallélépipédiques, ovoïdes ou rondes et présenter une inertie constante (une même forme tout au long de la poutre) ou variable. Ainsi, la ligne directrice de la poutre peut être droite, brisée, dédoublée ou cintrée. Les poutres en lamellé-collé sont capables d’atteindre des portées gigantesques dépassant les 180 m, grâce à l’assemblage des pièces. Le BLC représente donc un outil créatif de premier ordre pour les architectes qui peuvent dessiner des géométries et configurations de charpentes en tout genre, à partir d’une écriture libre et contemporaine.
Par ailleurs, le lamellé-collé sert à former des dalles employées en plancher, en toiture et en mur et permet également de concevoir des systèmes constructifs variés « sur mesure ». En plus des poutres, le BLC peut être utilisé pour fabriquer des portiques, des fermes (sur piliers ou maçonnerie), des arcs (sur poteaux ou maçonnerie), des dômes, des systèmes tridimensionnels, des consoles ou encore des systèmes en porte-à-faux. La combinaison de ces éléments crée ainsi une grande diversité structurelle et architecturale. Ce matériau se prête aisément à son industrialisation, par la préfabrication légère et sèche des pièces de bois. En revanche, il ne fait pas l’objet d’une fabrication en série, excepté pour les poutres en I. À l’image d’un Meccano, la mise en œuvre des composants s’avère être rapide et propre (montage à sec) et génère par là même des économies substantielles. Plusieurs fabricants proposent des poutres et des solives en différentes sections et longueurs.

Matériau écologique et performant

La longueur maximale possible de 40 m découle des limites du gabarit routier de transport des éléments. Si la largeur courante d’une poutre droite oscille entre 6 et 24 cm, sa hauteur varie de 10 à 60 cm en moyenne et peut atteindre plus de 2 m, une hauteur maximale dictée par la dimension des raboteuses. Les poteaux, quant à eux, peuvent être profilés selon une base cylindrique variant de 10 à 24 cm de diamètre et 12 m de hauteur maximale, les profils spécifiques fabriqués pouvant être réalisés en fuseau, tronc conique ou pointe de crayon.
Parmi les nombreux atouts de ce matériau, beaucoup sont d’ordre écologique, puisque le bois est intrinsèquement naturel, recyclable, renouvelable et durable et qu’il se prête à l’écoconstruction. Il permet de polluer moins et de ne pas appauvrir les ressources naturelles de la planète. Étant un excellent puits de carbone, le BLC participe dès lors à la lutte contre le changement climatique. Les essences les plus couramment utilisées (environ 90 %) sont l’épicéa, le Douglas, et le sapin, des résineux poussant tous en Europe et dont les caractéristiques sont parfaitement connues. Les autres essences, telles que le pin sylvestre, le châtaignier, le chêne, le mélèze, le pin maritime, le robinier, le Western Red Cedar, le doussié, le tatajuba et l’iroko, sont, elles, moins fréquemment employées en France, étant bien plus onéreuses. Le choix d’une essence particulière relève de la disponibilité du bois sur le site d’implantation et de sa qualité. Les autres atouts du BLC sont liés à ses caractéristiques physiques qui en font un matériau léger et solide à la fois. Il participe à la performance globale d’un ouvrage en limitant notamment le risque de ponts thermiques. Et sa maîtrise du taux d’humidité, assurant la stabilité de l’ouvrage, se transcrit par des coefficients de rétractibilité connus et contrôlés. En terme de résistance mécanique, le classement du bois lamellé est directement lié à celui des lames de bois massif qui le composent.

De nombreux champs d’application

Dépendant de l’utilisation faite du BLC, les classes de résistance répertoriées permettent de connaître l’ensemble des caractéristiques mécaniques du matériau. Les plus couramment utilisées en structure lamellé-collé sont les classes GL 20, GL 24, GL 28 et GL 32. Le choix de la classe des planches employées s’effectue en fonction des efforts que celles-ci subiront. Quelle que soit la classe, la masse volumique du matériau se situe entre 350 et 500 kg/m3, un rapport performance/masse satisfaisant. Plus intéressante que celle du bois massif, la résistance mécanique du lamellé-collé varie de 20 à 40 MPa pour sa résistance en flexion, et de 21 à 29 MPa pour sa résistance en compression. Ce matériau présente également une haute résistance au feu et à la chaleur due à sa faible conductivité thermique, assurant une évacuation des personnes en toute sécurité. La vitesse de combustion connue et maîtrisée étant évaluée à 0,7 mm par minute. Il résiste aux ambiances agressives issues des produits chimiques stockés (potasse, soufre, chlorure de sodium, acide sulfurique, etc.) et aux milieux corrosifs chargés de chlore, comme pour les piscines, par exemple. De plus, le BLC est très robuste par rapport à son faible poids, car à résistance égale, il est cinq fois plus léger que le béton. Ce matériau de structure présente des caractéristiques isolantes, puisqu’il est dix fois plus isolant que le béton, treize fois plus que l’aluminium et trois cents fois plus que l’acier. Il contribue donc à améliorer l’efficacité énergétique d’un édifice. Ce matériau à caractère polyvalent recèle aussi de réelles qualités de pérennité provenant de son séchage maîtrisé, de sa stabilité dimensionnelle, de son dimensionnement précis et de son association propice avec d’autres matériaux (acier, béton, etc.). Par ailleurs, le lamellé-collé est l’objet d’une multitude de champs d’application, comme le domaine des bâtiments non-résidentiels, tout particulièrement.

Évolution de la réglementation

Grâce à ses performances de franchissement, il est couramment employé pour édifier des complexes sportifs, tels que gymnases, centres aquatiques, halles de sport, etc., dotés d’ossatures à grandes portées. Mais il sert également à construire des usines, des bâtiments commerciaux, d’activités et de bureaux, ainsi que des salles de spectacle, des halles de marché, des musées, des magasins et même des ouvrages de génie civil, comme des passerelles. Quant aux évolutions du lamellé-collé, elles concernent le cadre réglementaire qui repose sur trois types différents d’exigences liées au produit lamellé-collé, à la conception des ouvrages en BLC et à l’exécution des ouvrages. Auparavant établies au niveau national, ces exigences technico-réglementaires sont désormais de plus en plus définies sur le plan européen. Jusqu’en 2011, les exigences liées aux produits de construction étaient régies par une directive européenne donnant lieu à des adaptations réglementaires nationales, une étape intermédiaire en vue de l’harmonisation européenne.
Depuis 2011, un règlement européen remplace la directive et s’applique à tous les pays de l’U.E. Pour le BLC, la norme européenne NF EN 14080/Structures en bois-Bois lamellé-collé - Exigences permet le marquage CE. Elle décrit l’ensemble des contraintes de fabrication (mécanique, résistance au feu, santé, hygiène, etc.) des éléments de structure en lamellé-collé.
Pour la conception des ouvrages en BLC, le cadre national soumis aux Règles CB 71 est en train de céder la place aux Normes européennes de conception des ouvrages répondant à l’obligation progressive de conception (calculs et dimensionnement) se référant à l’Eurocode 5 (voir encadré).
Par ailleurs, depuis une dizaine d’années, le développement exponentiel des logiciels de CAO-DAO a contribué à faire évoluer considérablement l’usage du lamellé-collé, en complexifiant, notamment, le dessin des ossatures et par là même la morphologie des bâtiments.

N°317

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