Les fentes de retrait des charpentes anciennes

1  Fentes, gerces et fissures ?

Les fentes de retrait sont les fentes provoquées dans le bois par son séchage (ou dessiccation) après sa coupe¹. Elles sont généralement présentées dans les traités de charpenterie en même temps que les autres défauts du bois, avec les nœuds, le fil tort, les roulures, etc. Cependant la présence de fentes de retrait ne signifie pas nécessairement que le bois soit inadapté pour la construction, comme nous allons le voir dans cet article.

Les fentes de retrait sont désignées de diverses manières dans la littérature. Elles sont appelées fentes, fissures, fissures longitudinales, gerces, ou encore gerces de séchage. Nous retiendrons dans la suite le terme fente de retrait qui nous parait le plus adapté, et reviendrons à la fin de cet article sur les termes utilisés dans quelques traités de construction de l'antiquité au XIX^e siècle.

Fig 1: Défauts du bois
d'après Barré 1896 [3]

Les sources récentes auxquelles nous ferons référence dans cet article sont pour la plupart en anglais ou en italien. Les fentes de retrait sont nommées checks ou shakes² en anglais et fenditure longitudinali ou fenditure da ritiro en italien.

Les fentes de retrait ont les caractéristiques suivantes :

• elles apparaissent lors du séchage du bois
• elles suivent le sens du fil du bois, et ne traversent pas les fibres
• elles sont plus ouvertes à proximité des faces de la pièce qu'à l'intérieur, c'est-à-dire qu'elles forment un V avec la pointe dirigée vers l'intérieur
• elles sont dirigées suivant un plan radial, c'est-à-dire que le V qu'elles forment est dirigé vers le cœur du bois
• les fentes principales sont généralement isolées, car elles annulent la cause qui les a créé, et sont éventuellement accompagnées de fentes secondaires plus petites (Marzo [21, p.32], Yang et Normand 2012  [31, p.2])
• leur ouverture varie suivant les conditions d'hydrométrie : elles s'ouvrent par temps sec, et tendent à se refermer par temps humide (Marzo [21, p.32])

Fig 2: Fentes visibles dans la charpente de l'opéra du Château de Versailles
Jambettes, arbalétriers et aisseliers de la croupe, vue en contre-plongée

2  Apparition et facteurs d'influences

2.1  Développement des gerces

Taux d'humidité   Comme son nom l'indique, le taux d'humidité est une mesure de la quantité d'eau contenue dans le bois. Il est également appelé teneur en eau ou taux hygroscopique. Il diminue entre le moment de l'abattage de l'arbre et l'état final du bois mis en œuvre :

• lorsque le bois est fraîchement coupé, le taux d'humidité est encore égal à celui de l'arbre sur pied. Il est compris entre 30% et 200% suivant les essences, le plus souvent autour de 90 à 100% (Wood Handbook 2010[ 4-1][19])
• une fois coupé, le bois perd son eau libre, c'est-à-dire l'eau comprise dans les pores du bois. Le taux d'humidité descend jusqu'à atteindre 25 à 30%, que l'on appelle le point de saturation des fibres. Il n'y a pas de retrait dans cette phase. Le bois est dit ressuyé.
• le séchage se poursuit lorsque le bois perd une partie de son eau liée, c'est-à-dire l'eau retenue par interactions moléculaires. Le taux d'humidité descend pour atteindre un taux d'humidité d'équilibre avec l'extérieur, entre 8% et 20%. Dans cette phase de séchage, sous le point de saturation des fibres, se produit le retrait qui va provoquer l'apparition des fentes.

Mécanisme d'apparition des fentes   L'apparition des fentes de retrait est liée à deux propriétés du bois. La première propriété la très faible résistance du bois à la traction perpendiculairement à ses fibres. La seconde propriété est la variation de volume du bois avec son taux d'humidité

Le mécanisme d'apparition des fentes de retrait est le suivant. Considérons une grume de bois, composée pour simplifier de cernes extérieures et du cœur. Le retrait des cernes extérieures est plus important que celui du bois intérieur lors du séchage, pour deux raisons distinctes que nous verrons dans quelques instants. Le bois intérieur qui se contracte moins que les cernes extérieures empêche se faisant la déformation des cernes extérieures de se produire. Des contraintes de traction tangentielles apparaissent dans les cernes extérieures (en même temps que des contraintes de compression radiales à l'intérieur du bois). Ces contraintes de traction peuvent augmenter jusqu'à la limite de rupture, moment auquel apparaissent les fentes. Les fentes continuent à s'ouvrir une fois qu'elles ont apparu, si le taux d'humidité descend.

La différence de retrait entre les cernes extérieures et le cœur peuvent être dues :

• à l'anisotropie du bois, c'est-à-dire au fait que les propriétés du bois dépendent de la direction considérée. Pour tous les bois la variation dimensionnelle radiale est plus faible que la variation dimensionnelle tangentielle. La différence entre ces deux composantes conduit à une déformation plus importante pour les cernes extérieures que pour le cœur (même si le taux d'humidité est uniforme dans tout le bois - voir la démonstration mathématique dans Natterer et al. 2009 [22]).
• aux conditions de séchage. Si le bois sèche trop rapidement, les cernes extérieures peuvent atteindre un taux d'humidité bien inférieur à celui régnant encore à l'intérieur du bois, ce qui conduit à un retrait plus important pour les cernes extérieures que pour cœur (Wood Handbook 2010[19, p.13.7])

Par ailleurs, une fois connu le mécanisme de fendage lié à la non uniformité du retrait dans une section transversale d'une grume, un autre type de fendage dont nous n'avons pas parlé jusqu'ici est facilement décrit. Il s'agit des fentes d'extrémités (end check en anglais) qui apparaissent au niveau de l'extrémité d'une grume. En effet les transferts d'humidité se font plus rapidement dans le sens du fil du bois que transversalement (Yang et Normand 2012  [31, p. 3]). Cela conduit à l'apparition de contraintes différentielles de séchage entre le bois situé à l'extrémité de la grume et le bois situé vers l'intérieur de la grume. Si ces contraintes sont trop importantes, des fentes de retrait apparaissent à l'extrémité de la grume (Fig. 3).

Fig 3: Cas extrème de fente de retrait à l'extrémité d'une grume
d'après Record 1914 [25] / Project Gutenberg License