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23 juin 2013

Les tirants métalliques anciens

1  Tirants extérieurs et tirants intérieurs

Il existe dans les monuments anciens deux types de tirants en fer forgé principalement1 : les tirants extérieurs aux maçonneries, dont nous allons parler dans la suite, et les tirants intérieurs aux maçonneries, appelés généralement chaînages pour les distinguer des tirants extérieurs.
Nous avons choisi de parler ici principalement des tirants métalliques extérieurs aux maçonneries. Ces tirants, en étant visibles, sont plus souvent l'objet de choix de restauration. Faut-il les supprimer, ou les conserver ? Cette question revient fréquemment. Pour des raisons esthétiques ou historiques les architectes chargés de la restauration des monuments anciens peuvent choisir l'une ou l'autre solution. Ces opérations ont des implications sur la stabilité du bâtiment, et les effets des tirants doivent être estimés. A contrario les tirants intérieurs aux maçonneries sont souvent laissés en place, car le plus souvent leur présence n'est même pas connue.
Pour distinguer ces deux types de tirants dans la suite, nous appellerons les tirants intérieurs aux maçonneries chaînages, et les tirants extérieurs simplement tirants.
Les tirants peuvent être des éléments prévus dès la construction d'un bâtiment, ou bien rapportées ultérieurement pour le stabiliser. Ils sont utilisés dans les monuments anciens pour :
  • reprendre les poussées des couvrements, que ces derniers soient en pierre (voûtes) ou en bois (voûtes lambrissées ou en plâtre, charpentes)
  • stabiliser les murs qui déversent
  • maintenir les parements extérieurs des murs à double parements avec fourrure2 des tours, car ces parements extérieurs tendent à se séparer de la fourrure (Heyman 1992 [8])
  • reprendre les efforts de vent sur les cheminées (D'Aviler 1755 [3,Art. Ancre]). Les tirants ont alors une fonction de tirant-buton, généralement rendue possible par leur faible longueur.
Nous commencerons par étudier la terminologie et la représentation des tirants dans les traités d'architecture. Nous décrirons ensuite la typologie des tirants et de leurs pièces constitutives (corps du tirant, assemblages, ancres etc.). Nous terminerons par quelques remarques sur les formules de dimensionnement des tirants.

2  Terminologie et représentation

2.1  Tirant, chaîne et chaînage

Le mot tirant réserve quelques surprises. En effet, dans la littérature du XVIIe au début du XIXe siècle, le mot n'a pas toujours le sens que les ingénieurs lui donnent aujourd'hui. Il peut désigner :
  • une courte pièce métallique permettant de lier une poutre ou solive avec la maçonnerie (Félibien 1676 [7], Diderot et d'Alembert 1765 [5], Duhamel du Monceau 1767[6])
  • une pièce de charpente bois : entrait ou poinçon (Félibien 1676 [7], D'Aviler 1755 [3])
  • un tirant intérieur à la maçonnerie (D'Aviler 1691 [2])
  • un tirant extérieur à la maçonnerie (D'Aviler 1755 [3])
Par ailleurs, les termes chaîne et chaînage ont également été employés pour désigner ce qu'un ingénieur pourrait appeler aujourd'hui un tirant, avec des significations qui varient suivant les époques et les auteurs. Nous livrons ci-dessous les résultats d'une recherche rapide dans quelques traités du XVIIe au XIXe siècle.
Le Grand Siècle   Dans la deuxième moitié du XVIIe siècle, Félibien définit dans son dictionnaire un tirant comme "une poutre ou pièce de bois qui traverse d'une muraille à une autre, & sur laquelle sont posées les Forces, qu'elles empeschent de s'écarter" (Félibien 1676 [7, p.753]). Les forces désignent ici probablement les jambes de force ([7, p.598]), et le terme tirant renvoit donc dans le dictionnaire de Félibien seulement à une pièce de charpente : l'entrait. Félibien utilise d'ailleurs le terme tirant conjointement au terme entrait pour désigner l'entrait supérieur du brisis d'une charpente à la Mansart sur une des planches d'illustration de son traité ([7, p.130-131 Planche XVI]). Cependant, une autre utilisation du terme tiran est présente dans la description des planches de Félibien. Il utilise le terme tiran pour désigner une pièce métallique qu'il représente (Fig. 2) mais qu'il ne définit pas précisément. Il évoque seulement "les grosses pièces de fer qui s'emploient soit à faire des Ancres, & Tirans ; des Crampons & des Harpons, pour entretenir les murailles ; soit à lier ou attacher des Poutres ou des Tirans de bois, comme font les Boulons & Estriers [...]" ([7, p.206]). La pièce dessinée, est assez courte si on prend pour référence son épaisseur représentée, et pourrait correspondre à une pièce d'assemblage permettant de lier un about de poutre avec la maçonnerie. Il n'est pas donné d'indication sur la mise en œuvre de ce tiran par Félibien. Par ailleurs, Félibien ne définit que les chaisnes de pierre de taille qui sert à fortifier les murailles (p516), et des Chaisnette, petite chaisne faite de plusieurs anneaux de fer, ou autre metail. (p517). Nous n'avons pas trouvé d'entrée correspondant à des chaînes métalliques ou chaînages métalliques dans son dictionnaire.
Fig 2: Ancre (A) et Tiran (B)
d'après Félibien 1676 [7] Planche XXXIII - scanné par la BNF
D'Aviler donne dans son Cours d'architecture des indications sur les dimensions que doit avoir un tirant, dans le chapitre consacré à l'usage du fer dans les bastimens (1691  [2]). Ces tirants en fer semblent principalement correspondre à des tirants intérieurs aux maçonneries3. D'Aviler n'utilise pas dans ce chapitre le terme de chaîne.
Le XVIIIee siècle   Au milieu du XVIIIee siècle, dans une édition posthume du Dictionnaire d'Architecture de D'Aviler (1755[3]), le terme tirant sert à désigner une longue pièce [...] arrêtée par ses extrêmités par des ancres. Cette longue pièce est en bois4, et peut correspondre à un entrait, mais la description dans cet ouvrage pourrait également correspondre à une autre poutre située plus bas que la charpente, sous le maître entrait. Cependant, il existe également dans le Dictionnaire d'Architecture une sous-entrée pour le tirant de fer, qui corresponde à un tirant extérieur aux maçonneries (ce détail n'étant pas précisé explicitement). La définition d'une chaîne de fer correspond quant-à elle à un chaînage intérieur aux maçonneries dont nous avons parlé en introduction.
CHAîNE DE FER. C'est un assemblage de plusieurs barres de fer liées bout à bout par clavettes ou crochets, qu'on met dans l'épaisseur des murs des bâtimens neufs pour les entretenir, ou à l'entour des vieux, ou de ceux qui menacent ruine, pour le retenir, comme il a été pratiqué à l'entour de Saint-Pierre de Rome. On nomme encore cet assemblage, Armature.
[...]
TIRANT DE FER. Grosse & longue barre de fer, avec un œil ou trou à l'extrêmité, dans lequel passe une ancre, qui sert pour empêcher l'écartement d'une voûte, & pour retenir un mur, un pan de bois, ou une souche de cheminée.
D'Aviler 1755[3]
Le terme tiran dans l'article sur la serrurerie5 de l'Encyclopédie de Diderot et d'Alembert désigne la pièce métallique qui permet de transmettre les efforts de traction entre une poutre en bois et une ancre (Fig. 3). Cette courte pièce métallique ne correspond donc à aucune des deux définitions données dans l'édition du Dictionnaire d'Architecture de D'Aviler que nous avons rapporté ci-dessus. Les chaînes définies dans cet article de l'Encyclopédie se rapprochent plus de la conception actuelle du mot tirant, mais l'article semble faire référence principalement aux chaînes intérieures aux maçonneries6.
Le tiran (fig. 14.) est une barre de fer plat, d'environ cinq à six piés de long, repliée sur elle-même en A, & soudée, formant un œil quarré par le bout A, dans lequel on fait entrer l'ancre C jusqu'au milieu ; à l'autre bout est un talon pour être entaillé dans l'épaisseur des poutres qui traversent les murs de face, & être attaché aux extrémités avec des clous de charrette.
Les chaînes (fig. 15 Pl. II & 16 Pl. III) font le même effet que les tirans, à l'exception que les barres, quelquefois quarrées & quelquefois méplates, sont prises dans l'épaisseur des bâtimens, & ont une mouffle simple ou double par chaque bout.
Diderot et d'Alembert 1765 [5]
Fig 3: Ancre et Tiran
d'après Diderot et d'Alembert 1765 [5]

Fig 4: Chaînes
d'après Diderot et d'Alembert 1765 [5]
A la même époque, Duhamel du Monceau présente le même type de tirant court que les Encyclopédistes, servant d'assemblage entre la maçonnerie et un tirant en bois : "[...] si l'on met à l'autre extrémité de la même poutre un pareil bout de tirant ou un harpon avec son ancre, les deux murs opposés seront assez bien liés l'un à l'autre [...]". Puis il ajoute : "mais la liaison est encore plus parfaite quand la barre ou le corps du tirant traverse tout le bâtiment. Souvent, pour que rien ne paroisse, on noie cette barre dans un mur de refend, & l'ancre dans celui de face." ([6, p.44]). La pièce d'assemblage devient ici le tirant métallique long que nous connaissons, et il est ici masqué à l'intérieur du plancher. Duhamel de Monceau donne cependant à ce tirant le nom de chaîne, et distingue les chaînes simples des chaînes à moufles suivant leurs assemblages ([6, p.45]). Nous reviendrons sur cette distinction dans la partie consacrée aux assemblages.
La révolution industrielle   Au milieu du XIXe siècle, avec l'avènement des charpentes métalliques, le terme tirant est utilisé par les ingénieurs pour désigner les longues pièces tendues entre les pieds d'arbalétriers de ces nouvelles charpente. On trouve encore cependant l'utilisation du mot chaîne chez certains auteurs (par exemple dans Sganzin 1839 [16] qui parle de chaîne de tirage avec assemblage à Trait du Jupiter).
Notons enfin la définition que donne Viollet-le-duc pour les chaînages en 1859 : "Ce mot s'applique aux longrines de bois, aux successions de crampons de fer posés comme les chaînons d'une chaîne, ou même aux barres de fer noyés dans l'épaisseur des murs, horizontalement, et destinés à empêcher les écartements, la dislocation des constructions en maçonnerie." (Viollet-le-Duc 1859 [19]). Il appelle ensuite tirants les probables tirants métalliques qui s'assemblaient aux crampons encore en place à Vézelay à la naissance des arcs doubleaux.
Tirants extérieurs faiblement représentés   Dans les traités français du XVIIe et du XVIIIe, lorsqu'ils font référence à des pièces métalliques les termes tirant et chaîne correspondent principalement à des courtes pièces d'assemblages, ou bien à des chaînages intérieurs aux maçonneries. Seule exception notable parmi les traités mentionnés ici, l'édition posthume du Dictionnaire d'Architecture de D'Aviler (1755 [3]) qui décrit des tirants extérieurs aux maçonneries, sans toutefois être très explicite sur le caractère extérieur des tirants.
Les informations que nous avons pu recueillir sur les tirants antérieurs au XIXe siècle, concernent donc principalement les chaînages. Nous utiliserons tout de même ces informations, en faisant l'hypothèse raisonnable que les caractéristiques techniques des tirants et des chaînages devaient être proches, et à défaut d'informations plus précises.
Concluons cette partie en reconnaissant que le corpus réunit pour cette étude du vocabulaire reste très limité, et qu'il faudrait certainement encore creuser la question. Dans la suite de cet article, nous continuerons à utiliser le terme générique de tirant, même s'il est évident qu'il ne correspond pas nécessairement au terme employé à l'époque de la mise en œuvre des tirants.

2.2  Représentation

Nous utilisons dans cet article les traités sur les techniques de construction comme principale source d'information. Cette démarche est sujette à caution, car ces traités sont une représentation déformée de la réalité. Cette déformation, ou occultation de certains aspects techniques est claire concernant les tirants, puisque bien qu'il existe des exemples de tirants dès le Moyen-âge, ces tirants ne sont pas abordés par ces traités.
Par ailleurs, le détail du relevé des éléments métalliques est souvent laissé de côté sur les relevés du XIXe siècle. Timbert donne ainsi différents exemples à la cathédrale de Soissons et à la cathédrale de Beauvais, où les tirants existants n'ont pas été dessinés sur les représentations du dictionnaire raisonné de Viollet-le-Duc (Timbert 2007 [18])

3  Typologie des tirants

Nous présentons ci-dessous quelques aspects de typologie des tirants, en décrivant successivement les pièces suivantes :
  • le corps du tirant proprement dit, qui peut être composé de barres successives
  • l'assemblage de continuité, entre deux barres consécutives d'un tirant
  • l'assemblage d'extrémité, entre la barre d'extrémité et l'ancre
  • l'ancre
  • la suspente (éventuelle)

3.1  Corps du tirant

Le corps du tirant est constitué de barres. Les barres sont carrées ou rectangulaires (méplats). On peut noter à ce sujet la grande différence de section entre les tirants représentés dans l'Encyclopédie, de section assez carrée, et les tirants représentés par Duhamel de Monceau, où les tirants ont une section rectangulaire prononcée (comparer Fig. 7 et Fig. 8 avec Fig. 9).
La forme rectangulaire est liée au mode de façonnage des barres, le forgeage. Avec l'apparition du laminage au début du XIXesiècle, il alors possible d'obtenir des barres cylindriques plus facilement.
La longueur de chaque barre est limitée par la masse de métal que peut travailler le forgeron. Pour obtenir des barres plus longues, il faut donc recourir à des assemblages de plusieurs barres (assemblages de continuité) que nous décrirons plus loin. Viollet-le-duc indique que les barres composant les chainages libres (c'est-à-dire extérieurs aux maçonneries) mesuraient de 2 à 6m au XVe siècle (1859 [19]). Diderot et d'Alembert indiquent qu'il faut recourir à plusieurs barres au delà de 15 à 18 pieds de longueur (soit au delà de 5 à 6m - 1765 [5]).
A ses extrémités, la barre est le plus souvent repliée sur elle-même à la forge pour former des œils où sont passés les ancres.
A partir de 1825 les câbles métalliques font leur apparition en France, avec les ponts suspendus des frères Seguin en France (1826 [15]). Cependant, ils ne semblent pas avoir été employés comme corps de tirant au XIXe siècle (en dehors des tirants de charpentes), mais nous ne disposons pas d'informations précises sur ce point.

3.2  Assemblages de continuité

Les assemblages de continuité permettent de lier plusieurs barres entre elles afin d'allonger la longueur du tirant. Ils forment avec les assemblages d'extrémité les points faibles des tirants du point de vue de la résistance.
Soudage à la forge   Les assemblages peuvent être créés par soudage à la forge. Deux barres sont liées entre elles après chauffage à blanc et martelage des extrémités. Dans ce procédé le métal n'atteint pas sa température de fusion. Duhamel du Monceau décrit le procédé ainsi :
La Figure 2 représente deux morceaux de fer A & B, qu'on a forgés en flûte, ou qu'on a amorcés pour les souder ensemble. Quand on a donné à l'un & à l'autre une chaude suante, on les pose sur la table d'une enclume C, & en les forgeant ils se réunissent au point de ne faire qu'un seul morceau , quelques Forgerons prétendent qu'il faut, en amorçant les pièces A & B former des inégalités qui entrent les unes dans les autres, comme le voit Figure 3. Quelquefois on goupille les pièces qu'on veut souder, Figure 4 ; mais il faut éviter, autant qu'on le peut, de suivre cette pratique [...]
Duhamel du Monceau 1767 [6, p.41]
Fig 5: Soudage à la forge
d'après Duhamel du Monceau 1767 [6] - scanné par la BNF
Assemblages mécaniques   Les premiers assemblages pour lequel nous avons trouvé une description dans la littérature, sont les assemblages des chaînes libres du XVe siècle, qui sont représentés par Viollet-le-Duc (Fig. 6). Ces assemblages utilisent des clavettes métalliques (voir figure suivante).
Fig 6: Chainage
d'après Viollet-le-duc 1859 [19] - wikisource
D'autres assemblages sont décrits dans l'Encyclopédie. "Les chaînes [...] ont une mouffle simple ou double par chaque bout ; si ces chaînes (fig. 16) passent quinze ou dix-huit piés, alors on pratique au milieu une ou deux mouffles (fig 17 & 19). Ces mouffles sont composées de plusieurs manières ; les unes (fig. 17) sont composées simplement de deux crochets pris l'un dans l'autre ; les autres (fig. 18 & 19) sont faites en talon par chaque bout des deux barres posés l'un sur l'autre & liés ensemble avec des viroles AA, qui serrent à mesure qu'on les chasse ; lorsque l'on juge à propos de faire serrer les chaînes en les raccourcissant, on fait passer entre les deux talons une serre B, qui les oblige de s'écarter à mesure qu'on l'enfonce."
Fig 7: Assemblage simple à crochets
d'après Diderot et d'Alembert 1765 [5]
Fig 8: Assemblage à talons
d'après Diderot et d'Alembert 1765 [5]
En 1767, Duhamel de Monceau distingue les assemblages pour chaine simple (Fig 8 dans Fig. 9) et les assemblages pour chaine à moufle (Fig 9 dans Fig. 9). La chaîne simple correspond à ce que Rondelet appellera plus tard un assemblage à charnière. Il est proche dans son principe des assemblages du XVe décrit par Viollet-le-duc, avec l'utilisation d'une forte clavette H qu'on forme un peu en coin, pour qu'en la chassant les chaînes soient tendues. La chaîne à moufle est l'assemblage de deux barres à l'aide d'un troisième élément : le chaînon (Fig 11 dans Fig. 9). Là encore, une clavette (Fig 14 dans Fig. 9) est utilisée pour tendre les chaînes.
Fig 9: Assemblages
d'après Duhamel du Monceau 1767 [6] - scanné par la BNF
En 1817 Rondelet appelle ces assemblages de continuité nœuds de chaînes. Il distingue les assemblages à crochets, à charnière, à moufles à clavettes, à talons avec liens (Rondelet 1817 [14]). Ces appelations couvrent l'ensemble des assemblages évoqués jusqu'à présent. Les assemblages à talons avec liens semblent proches des assemblages à trait de Jupiter, dessinés par Sganzin (1839 [16]), et mentionnés par Viollet-le-Duc dans son article chaînage (1859 [19], Fig. 6 ci-dessus).
Fig 10: Noeuds de chaînes
d'après Rondelet 1817 [14] - scanné par la BNF
Le développement des charpentes métalliques au milieu du XIXesiècle conduit naturellement a un développement technique des assemblages des tirants nécessaires à ces charpentes. Apparaissent alors les assemblages à lanterne, avec utilisation d'un filetage à l'extrémité des barres du tirant, et les assemblages à jours parallèles en tôles, qui exigent des boulons résistants (voir figures ci-dessous). Les anciens assemblages à trait de jupiter et à clavettes continuent à être présentés dans les traités de construction de la fin du XIXesiècle (Denfer 1894 [4], Barré 1896 [1]). En 1859 lors de la parution de son article chaînage, Viollet-le-Duc indique "On tendait la chaîne fortement en frappant sur les clavettes, comme on le fait aujourd'hui pour les chaînages dont les bouts sont assemblés à traits-de-Jupiter." Les anciens assemblages de tirants ont ainsi cohabité un certain temps avec les assemblages à lanterne qui les ont progressivement remplacé.
Fig 11: Assemblages à lanterne
d'après Denfer 1894 [4] - scanné par la BNF
Fig 12: Assemblages par joues parallèles en tôles réunissant des pièces concourantes
d'après Mathieu 1863 Planche 15-16 [11] - scanné par la BNF

3.3  Assemblages d'extrémité

Les assemblages d'extrémité sont formés dans la grande majorité des cas par une ancre passée à travers un œil. Sinon, l'extrémité de la barre peut être fendue de manière à former une queue de carpe lorsque l'extrémité du tirant ne traverse pas la maçonnerie. La résistance à la traction et à la compression de ce type d'ancrage est limitée, par rapport à un assemblage avec ancre.
Patte donne les précisions suivantes concernant les œils de tirant et leur résistance :
Comme toutes les expériences démontrent que la solidité d'un tiran réside principalement dans son œil, & que c'est d'ordinaire son endroit foible, il s'ensuit que la forme ne sçauroit être indifférente : entre les deux manières usitées, soit de le courber en crochet, soit de le couder quarrément en le fermant comme un anneau, je pense que la première est préférable à la seconde, & cela par deux raisons : l'une est que, quand l'œil d'un tirant est quarré, il occupe plus de place dans la pierre, ce qui oblige d'affamer d'autant le sommier où il doit être enfermé ; l'autre est qu'un crochet doit être plus solide, attendu que, pour former un œil quarré, il faut remettre cinq ou six fois le fer à la forge, d'où il résulte que le tiran est en cet endroit presque toujours calciné & à demi-brûlé, ce qui lui ôte de la consistance ; au lieu que, pour le courber en crochet, il suffit de le chauffer deux ou trois fois.
Patte 1769 [13]
Avec le développement des filetages et des écrous, un nouveau type d'assemblage d'extrémité est apparu, où le corps du tirant traverse l'ancre. L'extrémité du tirant est fileté, et permet le blocage de l'ancre avec un écrou. Nous n'avons pas d'information sur la période d'apparition de ce type d'assemblage (probablement le XIXe siècle).

3.4  Ancres

Les ancres sont des pièces métalliques, qui une fois passées à travers l'œil ou la boucle de l'extrémité du tirant empêchent le déplacement de la maçonnerie. D'Aviler indique que ce terme est une métaphore tirée des ancres des bateaux (1755 [3,Art. Ancre]).
Elles peuvent être apparentes ou noyées dans la maçonnerie, et existent sous de nombreuses formes : droites et sans décor, en S, en double S, en X, en Y, en T etc. Duhamel du Monceau donne les méthodes de façonnage de quelques ancres (1767 [6, p.44]).
Fig 13: Ancres
d'après Duhamel du Monceau 1767 [6] - scanné par la BNF
L'agencement des ancres de cheminées est un peu particulière, car elles doivent permettre la reprise des efforts de traction et de compression dans le tirant (tirant-buton). Elles sont alors jumelées de chaque côté de la cheminée.
Fig 14: Double ancre pour cheminée
d'après Duhamel du Monceau 1767 [6] - scanné par la BNF
Les ancres droites possèdent un talon pour empêcher l'ancre de glisser7 à travers l'œil. Les barres droites sont généralement positionnées à la verticale ou à 45o, et assez rarement à l'horizontale.
La dimension de l'ancre doit être suffisante pour permettre de répartir les efforts sur le parement du mur, sans quoi des désordres liés au poinçonnement du mur pourraient apparaître.
La taille et le style des ancres peuvent constituer des indices pour permettre de dater, ou au moins de regrouper les ancres par période de travaux sur un bâtiment, lorsque les données sur l'historique de la construction et des renforcements font défaut.

3.5  Suspentes

Pour éviter que le tirant ne montre une flèche trop importante, des suspentes pouvaient être mis en place afin de soulager le tirant environ à mi-portée.
Le tirant et sa suspente ont alors un fonctionnement proche de celui des charpentes avec entrait et poinçon de fermette, où le poinçon peut permettre de soulager l'entrait d'une partie de son poids propre. Il est intéressant de noter ici que justement l'entrait et le poinçon peuvent être dénommés tirants selon la définition qu'en donne Félibien (1676 [7]).
Nous n'avons trouvé aucune référence pour le moment des suspentes dans les traités de construction.

4  Formules de dimensionnement

Nous n'avons pas trouvé d'information précise sur la manière dont était choisie la grosseur des barres en fer forgé pour les tirants avant le XIXe siècle. Il est indiqué dans les traités que les points faibles des tirants sont les assemblages (œil, crochets etc. - voir D'Aviler 1691 [2, p. 217], Patte 1769 [13]). La grosseur des barres devait probablement être choisie suivant des règles de proportion à l'édifice, dont nous n'avons pas retrouvé le détail. D'Aviler indique après avoir donné quelques exemples de grosseur : il est impossible d'écrire sur ce sujet, sans un détail ennuyeux, à cause de la variété des Ouvrages & de la differente pratique des Ouvriers (1691 [2, p. 218]).
Au XIXe siècle le développement de la mécanique permet d'établir des formules simples pour le dimensionnement. Une présentation intéressante des formules de dimensionnement des tirants est donnée par Navier dans son Résumé des leçons (1839 [12, p. 170-173]). Il prend en compte notamment les variations de températures auxquelles sont soumis les tirants, et les dilatations et contraction qui en résultent.
La dilatation du fer fut également utilisé de façon ingénieuse au conservatoire des arts et métiers, pour redresser un mur qui avait déversé sous la poussée d'une voûte. Le tirant installé était chauffé, et on profitait de son allongement pour serrer l'écrou à son extrémité. Lors du refroidissement, le tirant ramenait le mur vers sa position d'équilibre (Denfer 1894[4, 104.], qui cite Rondelet).
L'estimation de la résistance des tirants anciens est une science inexacte, en raison d'une part de l'hétérogénéité des matériaux, et d'autre part de la difficulté d'estimation de la résistance des assemblages, qui sont généralement le point faible. Il faudrait pour aborder ce sujet ici avoir auparavant fait un bilan des résistances des métaux, ce que nous ferons dans un prochain article.

5  Conclusion

Au delà des tirants extérieurs aux maçonneries que nous avons évoqué ici, les pièces métalliques utilisées pour la construction ont fait l'objet d'une redécouverte dans la seconde moitié du XXe siècle. L'article de Taupin (1996 [17]), intitulé Le fer des cathédrales, constitue une étape de cette redécouverte. Des thèses et articles on récemment été publiées à ce sujet, comme par exemple L'Héritier L'utilisation du fer dans l'architecture gothique : les cas de Troyes et de Rouen. (2007 [9]), L'Héritier et al. 2012 [10].
Les planches de l'Encyclopédie sont peut-être le meilleur moyen de se familiariser avec les formes de ces éléments métalliques, dont on ne devine le plus souvent qu'une petite partie lors des sondages sur le terrain. Ces planches sont disponibles en intégralité à ces adresses : Planche I, Planche II, Planche III et Planche IV.
La problématique de l'utilité des tirants visibles pour les constructions anciennes est récurrente sur les chantiers de restauration. Il est donc important de disposer du maximum d'information sur ces derniers, et la connaissance de leur histoire est un premier pas pour mieux comprendre ces systèmes. La présentation ci-dessus reste incomplète, nous la compléterons au fil du temps. Les sources écrites laissées par les constructeurs eux-mêmes (comptes de fabrique) pourraient éclairer un peu plus notre présentation des tirants. Ce travail reste à faire.
 
Article mis en ligne le : 23/06/2013.
Révisé le : 30/06/2013.

Bibliographie

[1]
P.  BARRé et L.  BARRé : Memento de l'architecte et de l'entrepreneur. Théorie pratique et législation du bâtiment. E. Bernard, Paris, 1896. URL http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k58247805.
[2]
A.-C. D'AVILER : Cours d'architecture qui comprend les ordres de Vignole. Paris, 1691. URL http://architectura.cesr.univ-tours.fr/Traite/Notice/ENSBA_LES223.asp?param=.
[3]
A.-C. D'AVILER : Dictionnaire d'architecture civile et hydraulique et des arts qui en dépendent. C.-H. Jombert (Paris), 1755. URL http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k50422d.
[4]
J.  DENFER : Charpenterie métallique - Menuiserie en fer & Serrurerie, vol. 1 de Encyclopédie des travaux publics. Gauthier-Villars, Paris, 1894. URL http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k910002.
[5]
D.  DIDEROT et J.  D'ALEMBERT : Serrurerie. Encyclopédie, ou Dictionnaire raisonné des sciences, des arts et des métiers, 1765. URL http://fr.wikisource.org/wiki/L%E2%80%99Encyclop%C3%A9die/1re_%C3%A9dition/Volume_17#SERRURERIE.
[6]
H.-L. DUHAMEL DU MONCEAU : Art du serrurier. Descriptions des Arts et Métiers. Paris, 1767. URL http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k5408471w.
[7]
A.  FéLIBIEN : Des Principes de l'architecture, de la sculpture, de la peinture et des autres arts qui en dépendent, avec un dictionnaire des termes propres à chacun de ces arts. J.-B. Coignard, Paris, 1676. URL http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/btv1b86268296.
[8]
J.  HEYMAN : Leaning towers. Meccanica, 27(3): 153-159, 1992.
[9]
M.  L'HéRITIER : L'utilisation du fer dans l'architecture gothique : les cas de Troyes et de Rouen. Thèse de doctorat, Université Panthéon-Sorbonne - Paris I, fév. 2007. URL http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00295179.
[10]
M.  L'HéRITIER, P.  DILLMANN, A.  TIMBERT et P.  BERNARDI : The Role of Iron Armatures in Gothic Constructions : Reinforcement, Consolidation or Commissioner's Choice. In Nuts & Bolts of Construction History, Paris, juil. 2012. Picard. URL http://www.icch-paris2012.fr/.
[11]
E.  MATHIEU : Etude générale sur les charpentes en fer (3e article). Nouvelles annales de la construction, mars 1863. URL http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/cb32826369p/date.
[12]
C.-L. NAVIER : Résumé des leçons données à l'école des ponts et chaussées, sur l'application de la mécanique à l'établissement des constructions. Hauman et Compagnie, Bruxelles, 1839. URL www.google.fr/books?id=iVQJAAAAIAAJ.
[13]
P.  PATTE : Mémoires sur les objets les plus importans de l'architecture. Rozet, Paris, 1769. URL http://books.google.fr/books?id=455W5xde--IC.
[14]
J.  RONDELET : Traité théorique et pratique de l'art de bâtir. Tome 4 / Partie 3, vol. 6. l'auteur (Paris), 1817. URL http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k86640z.
[15]
M.  SEGUIN : Des ponts en fil de fer. Bachelier, Paris, 2e édn, 1826. URL http://www.bma.arch.unige.it/.
[16]
J.  SGANZIN : Programme ou résumé des leçons d'un cours de constructions, avec des applications tirées spécialement de l'art de l'ingénieur des ponts et chaussées. Carilian-Goeury et Vor. Dalmont, Paris, 4e édn, 1839. URL http://gilbert.aq.upm.es/.
[17]
J.-L. TAUPIN : Le fer des cathédrales. Monumental, (13): 18-27, 1996.
[18]
A.  TIMBERT : Les illustrations de dictionnaire raisonné : le cas de la cathédrale de Noyon et des églises de l'Oise. In Viollet-le-Duc à Pierrefonds et dans l'Oise. Editions du Patrimoine Centre des monuments nationaux, 2007. URL http://editions.monuments-nationaux.fr/fr/le-catalogue/bdd/livre/664.
[19]
E. Viollet-le DUC : Chaînage. Dictionnaire raisonné de l'architecture française du XIe au XVIe siècle, 1859. URL http://fr.wikisource.org/wiki/Dictionnaire_raisonn%C3%A9_de_l%E2%80%99architecture_fran%C3%A7aise_du_XIe_au_XVIe_si%C3%A8cle/Cha%C3%AEnage.

Notes:

1 Il existe également parfois des tirants dans les escaliers suspendus en pierre ou en bois, qui ne correspondent ni aux tirants extérieurs ni aux chaînages évoqués ici.
2 Fourrure : désigne le remplissage intérieur entre les parements d'un mur double. Egalement appelé blocage ou remplissage.
3 D'Aviler parle d'œil et de crochet concernant ces tirants, la combinaison des deux termes correspondant plus probablement à un tirant intérieur à la maçonnerie plutôt qu'à la courte pièce d'assemblage sur une poutre bois décrite dans l'Encyclopédie
4 D'Aviler ne précise pas la nature de cette longue pièce, mais cette dernière pouvant être chanfreinée et à huit pans, il ne fait guère de doute que cette pièce est en bois.
5 Les passages les plus intéressants concernant les tirants, les ancres et les chaînes dans l'article serrurerie de l'Encyclopédie sont les suivants (Diderot et d'Alembert 1765 [5]). Les figures sont représentées pour la plupart ci-dessus.
" Du nombre des gros fers, les ancres, fig. 12 & 13 les tirans, fig 14, les chaînes, fig. 15 & fig. 16 Pl. III, sont ordinairement les plus chargés, parce qu'ils retiennent l'écartement des murs de face, & de refend, occasionné par la poussée des voûtes, le poids des planchers, des combles, & aussi ont-ils pour cela plus besoin que d'autres de se trouver sains & sans défauts.
Les ancres & les tirans ne pouvant être d'aucune utilité l'un sans l'autre, sont inséparables. Une ancre (fig. 12. & 13.) est une barre de fer quarrée proportionnée au tiran (fig. 14.) d'environ trois ou quatre piés de long sur un pouce ou deux de grosseur, quelquefois droit (fig. 12.) & quelquefois en esse (fig. 13). Le tiran (fig. 14.) est une barre de fer plat, d'environ cinq à six piés de long, repliée sur elle-même en A, & soudée, formant un œil quarré par le bout A, dans lequel on fait entrer l'ancre C jusqu'au milieu ; à l'autre bout est un talon pour être entaillé dans l'épaisseur des poutres qui traversent les murs de face, & être attaché aux extrémités avec des clous de charrette, fig. 76. Pl. VI.
Les chaînes (fig. 15 Pl. II & 16 Pl. III) font le même effet que les tirans, à l'exception que les barres, quelquefois quarrées & quelquefois méplates, sont prises dans l'épaisseur des bâtimens, & ont une mouffle simple ou double par chaque bout ; si ces chaînes (fig. 16) passent quinze ou dix-huit piés, alors on pratique au milieu une ou deux mouffles (fig 17 & 19). Ces mouffles sont composées de plusieurs manières ; les unes (fig. 17) sont composées simplement de deux crochets pris l'un dans l'autre ; les autres (fig. 18 & 19) sont faites en talon par chaque bout des deux barres posés l'un sur l'autre & liés ensemble avec des viroles AA, qui serrent à mesure qu'on les chasse ; lorsque l'on juge à propos de faire serrer les chaînes en les raccourcissant, on fait passer entre les deux talons une serre B, qui les oblige de s'écarter à mesure qu'on l'enfonce. "
6 L'expression dans l'épaisseur des bâtimens pourrait cependant également correspondre aux chaînes extérieures aux maçonneries
7 "L'ancre est quelquefois droite comme AB (planche IV, Fig. 1), & en ce cas elle n'est autre chose qu'un barreau d'un pouce ou dix-huit lignes en quarré, auquel on soude un talon C, pour qu'il ne coule point dans la boucle C du tirant A (Fig. 2)." Duhamel du Monceau 1767 [6]