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1 août 2013

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 XIXe siècle.
Défauts du bois : roulure, gerce, gélivure et cadranure
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])
Fentes de retrait sur la croupe de la charpente de l'opéra du Château de Versailles
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).
Fentes de retrait très importante à l'extrémité d'une grume
Fig 3: Cas extrème de fente de retrait à l'extrémité d'une grume
d'après Record 1914 [25] / Project Gutenberg License

2.2  Facteurs d'influences

Les facteurs suivants peuvent avoir une influence sur l'importance du fendage.
Essences de bois   Les différentes essences de bois ont plus ou moins tendance à fendre lors du séchage. En effet, plus la différence entre les variations dimensionnelles radiales et tangentielle sera importante, plus les contraintes de traction dues passage du bois de l'état vert à l'état sec seront importantes. Voir par exemple le Wood Handbook qui indique la tendance au fendage pour les essences utilisées comme bois de structure aux Etats-Unis (2010 [19]).
Conditions de séchage   Les conditions de séchage sont composés des conditions de stockage, du processus de séchage, de la température, de l'humidité de l'air, de la vitesse de renouvellement de l'air pour le séchage artificiel et du vent et de l'exposition au soleil pour le séchage naturel. Si ces conditions ne sont pas maîtrisées, elles peuvent conduire à un fendage très important du bois.
Yang et Normand signalent que les fentes de retrait apparaissent principalement sur les grumes coupées entre avril et octobre, et recommandent que la coupe ait lieu en hiver, et que l'écorce soit préservée, afin d'éviter l'apparition du fendage avant que les grumes puissent être mises dans des conditions de séchage contrôlées (Yang et Normand 2012 [31, p.12]).
Le Wood Handbook donne des indications sur les conditions de séchage utilisées aujourd'hui aux Etats-Unis. Les précautions à prendre pour le séchage du bois de construction sont connues depuis longtemps, comme nous le verrons à la fin de cet article (voir infra des exemples dans les traités anciens).
Equarrissage, coupe, grandeur   Les bois de brin3 sont plus susceptibles à subir des fentes de retrait que les bois sur quartier (voir Marzo 2006  [21, p.32] et LCPC 2008 [20, p.20] qui évoque seulement les bois rond). En effet le fait que le cœur ne soit pas inclus à l'intérieur de la pièce de bois dans le cas des bois sur quartier empêche la formation de contraintes fortes liées à l'anisotropie du bois. Des fentes peuvent néanmoins se produire sur les bois sur quartier si les conditions de séchage ne sont pas bonnes.
Le moment choisi pour l'équarrissage a également une influence sur les conditions de séchage du bois, et donc sur le risque de fendage. Hunot rapporte ainsi : "Pour les bois dits nerveux (avec un fort retrait tangentiel provoquant des fentes) comme le chêne, le frêne ou le charme, il est conseillé actuellement de les débiter rapidement avant la fin du séchage (Bary-Lenger 1999)" (Hunot 2001 [16, p.38]).
Nœuds   Les nœuds favorisent l'apparition des fentes dans leur voisinage (Wood Handbook 2010 [19, p.5.27]).
Chargement   Nous n'avons pas trouvé d'information sur l'influence du chargement sur l'apparition des fentes de retrait, à l'exception des résultats d'expériences sur des assemblages publiés par Bulleit et al. (1999 [6]). Ces derniers indiquent que l'étendue des fentes de retrait n'était pas différente entre les bois vert qui avaient séché en charge, et les bois vert qui avaient séché au repos. Ces expériences portaient sur des assemblages en chêne blanc, sapin douglas, et pin. Cette information est intéressante, car les charpentes médiévales étaient souvent construites avec du bois encore vert (voir Epaud 2007 [12, p.39], Hunot 2001 [16, p.35]). On peut donc supposer que le fait que les éléments de charpente soient chargés lors du séchage n'ait pas eut d'influence sur le développement ou non des gerces.

3  Effets des fentes de retrait sur la qualité des bois de construction

3.1  Des défauts parfois sans intérêt

Nous allons donner quelques points de référence concernant les effets des fentes de retrait sur la résistance des bois de construction. Pour commencer, notons que les fentes ne sont pas un défaut du matériau bois, mais une altération des sections résistantes. Esteban et al. écrivent à ce propos : "Il est important de remarquer que les fentes de retrait ne sont pas en elles-mêmes un défaut du matériau, parce que les fibres et le matériau conservent leurs caractéristiques intactes. Du point de vue mécanique, les fentes ont seulement pour conséquence une séparation longitudinale des fibres et quelques modifications de la section transversale, mais sans aucune réduction des caractéristiques mécaniques du matériau." (Esteban et al. 2010 [13], traduction de l'auteur).
Les fentes de retrait créent donc des discontinuités qui diminuent la résistance de l'élément de charpente considéré en réduisant les sections résistantes. Cependant nous allons voir que cette perte de résistance n'est pas nécessairement néfaste pour l'emploi de la pièce de bois concerné. Il faut se garder de toute généralité en la matière, et observer la pièce et l'emploi qui en est fait avant de pouvoir en tirer une conclusion.
Pour déterminer si une fente de retrait diminue la résistance d'un élément de charpente, il faut réunir les informations suivantes :
  • les caractéristiques de la fente :
    • sa longueur
    • sa profondeur, en prenant en considération la fente qui peut éventuellement se produire sur la face opposé (c'est un cas plus rare que celui de la fente sur une seule face)
    • son orientation par rapport à l'axe de la poutre, ce qui revient en pratique à s'intéresser à l'angle du fil du bois par rapport à l'axe de la poutre, puisque les fentes suivent le fil du bois comme nous l'avons indiqué plus haut
    • sa position sur la longueur de la poutre
  • la sollicitation de la pièce de bois considérée au niveau de la fente :
    • cisaillement (ex : aux abouts d'une poutre)
    • flexion (ex : à mi-portée d'une poutre)
    • compression (ex : poteau)
    • traction (ex : en pied d'un poinçon)
    • combinaison de ces effets (ex : entrait avec flexion et traction)
Nous donnons ci-dessous des indications sur la résistance, dans le cas d'une fente "non pathologique", c'est-à-dire une fente non traversante et de dimension limitée. Nous reviendrons plus loin sur les préconisations des normes concernant les fentes sur les bois de construction, qui permettent de borner de façon un peu plus objective le caractère pathologique ou non des gerces.

3.2  Résistance au cisaillement

Les fentes de retrait diminuent principalement la résistance au cisaillement, en réduisant les aires résistantes au cisaillement. Cependant le critère dimensionnant pour une poutre est généralement la flexion et non le cisaillement4, à tel point qu'il est difficile de conduire les expériences de manière à obtenir la rupture en cisaillement des poutres (voir par exemple Esteban et al. 2010  [13, p.121]). La perte de résistance due à une fente de retrait doit donc être rapportée à la sollicitation : si à l'endroit où apparaît la fente, la poutre est très peu sollicitée en cisaillement, la diminution de résistance n'a pas d'impact. En particulier les fentes positionnées sur les faces inférieures et supérieures des poutres n'ont généralement aucune conséquence sur la résistance, puisqu'elles se produisent dans un plan qui n'est pas sollicité en cisaillement (c'est le cas pour les fentes visibles sur les faces inférieures des éléments de charpente de la Fig. 2, en dehors des cas où ces fentes se cumulent à un autre défaut, comme le fil tort).
Si au contraire la fente est apparue à un point fortement sollicité, la poutre doit faire l'objet d'une vérification sur la section réduite. Les poutres en bois massif sont dimensionnées dans la pratique actuelle avec la théorie des poutres, mais des modèles plus poussés ont également été développés. Pour plus de détails concernant le dimensionnement des poutres au cisaillement, et concernant la validité des formules de dimensionnement par rapport aux résultats expérimentaux, voir Soltis et Gerhardt 1988 [27].
Dans le cas des assemblages à embrèvement, Thoma et al. ont conclu suite à leurs expériences que les fentes de retrait n'ont pas d'influence sur la résistance de ces assemblages du moment qu'ils ne sont pas localisés exactement à l'emplacement du plan de résistance au cisaillement de l'assemblage considéré. Ils ont observés que les fissures de rupture qui se développaient dans les plans de résistance au cisaillement des assemblages n'avaient pas tendance à rejoindre les fentes de retrait existantes à proximité (observations réalisées sur un nombre limité d'échantillons, voir détails dans Thoma et al. 2007 [28]).

3.3  Résistance à la flexion

Les fentes de retrait non pathologiques n'ont pas d'influence notable sur la résistance à la flexion si le fil du bois n'est pas tort. (voir par exemple les résultats de Esteban et al. 2010 [13] sur un nombre d'échantillons réduits).
Si le fil du bois est tort, les fissures peuvent alors devenir problématique pour la résistance (voir un exemple de rupture dans Marzo 2006  [21, p.32]).

3.4  Résistance à la compression et à la traction

Les fentes de retrait n'ont à priori pas d'influence sur la résistance à la traction et à la compression, puisque comme nous l'avons noté plus haut avec Esteban et al. 2010 [13], la résistance du matériau reste inchangé, ainsi que la section résistante5.

3.5  Préconisations des normes

Les normes européennes proposent une approche globale et locale du problème des fentes de retrait. Une approche globale, car la présence de fentes rentre en ligne de compte pour la détermination des classes de résistance à considérer dans le calcul6. Une approche locale car l'eurocode 5 (norme européenne pour le dimensionnement des structures en bois) prévoit une diminution de 33% de la largeur de la section considérée dans le cas de la vérification du cisaillement, pour prendre en compte la présence de fissures dans le cas du bois massif. La norme Suisse SIA va plus loin en limitant la contrainte de cisaillement à 50% de la contrainte admissible (ce qui revient du point de vue du calcul à diminuer de 50% la largeur, à contrainte admissible égale) lorsqu'on utilise des bois de cœur (bois de brin) afin de tenir compte de l'apparition des fentes (Natterer et al. 2099 [22]).

3.6  Désavantages pour la conservation du bois

Outre la diminution de la résistance des pièces de bois, les désavantages suivants, liés aux fentes de retrait, sont mentionnés dans la littérature :
  • dans le cas des éléments de charpente non protégées des eaux de pluies, les fentes de retrait peuvent former des "pièges à eau" qui favorisent la dégradation du bois. Le LCPC recommande dans ce cas (pour les ouvrages extérieurs de type pont etc.) de reboucher les fentes avec un mastic élastique (2008 [20, p.21]).
  • les fentes de retrait pourraient former un espace propice à la ponte des grosses vrillettes (deathwatch beetle) selon Feilden (2003 [14]).
  • dans le cas des bois traités, les fentes profondes peuvent exposer des parties intérieures du bois qui n'ont pas été atteintes par le traitement, et qui sont normalement protégés par les parties extérieures du bois (Wood Handbook 2010 [19, p.15.6]).
Le remplissage des fentes de retrait par un matériau dur n'est pas souhaitable, car si le taux d'humidité de la poutre augmente (par exemple suite à une infiltration accidentelle à travers la couverture), les fentes ont tendances à se refermer. Le remplissage, en entravant ce mouvement, créé des contraintes néfates (Marzo [21, p.31-32], Feilden 2003  [14, p.55]).

4  Les fentes de retrait dans les traités de l'antiquité au XIXe siècle

Après avoir détaillé ce que nous savons des fentes de retrait aujourd'hui, il est intéressant de se pencher sur ce qu'en disaient les anciens traités.
De architectura de Vitruve   Avant de nous intéresser aux traités de l'époque moderne, faisons un bref détour par l'antiquité. Nous n'avons pas trouvé de référence directe aux fentes de retrait dans De architectura de Vitruve. Cependant il est intéressant de noter que la période d'abattage préconisée par Vitruve (en automne ou hiver) correspond à peu près à celle préconisée aujourd'hui par Yang et Normand pour éviter l'apparition des fentes de retrait, comme nous l'avons vu plus haut (2010 [31]). Les raisons données par Vitruve pour éclairer son conseil ne font pas référence aux fentes de retrait, mais s'appuient sur une comparaison avec la grossesse (que nous ne reproduisons pas dans l'extrait ci-dessous) :
Le bois doit être abattu depuis le commencement de l'automne jusqu'à l'époque qui précédera celle où le Favonius commence à souffler : En effet, au printemps tous les arbres commencent à être en travail et reportent toute la vigueur de leurs propriétés sur le feuillage et les fruits annuels. [...]
Vitruve, De architectura, Livre II, vers -25 av. J.C.,
traduction par Choisy 1909 [7, p.102]
Les auteurs italiens du XVIe siècle   Dans De re aedificatoria (~1442-1452), après avoir donné les avis de différents auteurs antique, dont Vitruve, sur la meilleure saison pour abattre les arbres, Alberti indique les précautions à prendre pour protéger les bois qui viennent d'être abattus :
Quand la matière est abatue, il fault la mettre en lieu ou la grande ardeur du Soleil & les bouffées des ventz impetueux ne puissent que peu ou point nuye : & par expres celle des arbres qui proviennent d'eux mesmes ; Car ceulx la doivent estre tous cachez en l'ombre. Aceste cause les anciens Architectes s'accoustumoient a la frotter de fien, singulièrement de Beuf : Chose que Theophraste dict qu'ilz faisoient afin qu'estans les pores ou conduictz estoupez, & le flegme congelé dans les tiges, la force immoderée des vapeurs se peust distiller goutte a goutte, de sorte que les parties non seches venant ainsi a l'essuer, le rendissent agallement solides aussi bié que celles qui l'estoient desia. D'autres estimét que si on les tourne le bas en hault, elles sen sechent beaucoup mieulx.
Alberti, De re aedificatoria,
traduction française de Martin de 1553 [1]
Les conseils d'Alberti de protéger les bois qui viennent d'être abattus du soleil et du vent ressemblent fort à des mesures de protection pour limiter l'apparition des fentes de séchage. Il ajoute ensuite que les arbres qui proviennent d'eux-mêmes doivent être mis à l'ombre tout particulièrement. Avant d'éclaircir à quoi correspondent ces arbres, remarquons que Palladio s'inspire assez grandement du texte d'Alberti, et fait les mêmes préconisations7 que lui sur la protection contre le soleil et le vent, et préconise de d'abriter à l'ombre surtout l'arbre qui nait de lui-mêsme, sans être semé (Palladio 1581 [23], traduit par Fréart de Chambray 1650 [24]).
Il ne peut pas y avoir de doute ici sur le fait que les mesures de protection contre le soleil et le vent, et la conservation à l'ombre, ont pour objectif de limiter l'apparition des fentes de retrait. Si les traductions françaises du XVIe siècle sont assez obscures dans leur formulation, la traduction anglaise de Rykwert et al. de 1988 est on ne peut plus claire. Les arbres qui proviennent d'eux-mêmes correspondent à du bois avec une tendance inhérente à fendre - wood with an inherent tendency to split (1988 [2]).
Tagliati ; si riporranno in luogo, oue non vengano caldissimi Soli, nè impetuosi venti, nè pioggie : e quelli massimamente deono essere tenuti al coperto, che da se stessi nascono : &accioche non si fendano, & egualmente si secchino ; si ungeranno si sterco di bue.
Après qu'il aura esté abattu, il sera bon de le mettre en quelque lieu à l'abry des grandes chaleurs du soleil, aussi bien que de la pluie & du vent ; mais sur tout celuy qui naist de luy-mêsme, sans estre semé, doit demeurer à couvert ; & de peur qu'il ne se fende & pour qu'il se sèche également, on le frottera de fient de vache.
Palladio 1581 [23],
suivi de la traduction française de Fréart de Chambray de 1650 [24]
Autre conseil d'Alberti, qui est repris par Palladio, celui de frotter l'arbre abattu avec de la bouse de vache. Alberti associe cette pratique aux anciens architectes de l'antiquité, alors que dans la formulation de Palladio, cette préconisation est une préconisation destinée à ses lecteurs. Il n'est pas évident de comprendre à partir de ces deux textes, si les bouses de vaches devaient être étalées sur l'ensemble du bois, ou seulement aux extrémités des grumes pour diminuer la rapidité du séchage par ces extrémités, comme cela se fait aujourd'hui avec la paraffine et le silicone (Yang et Normand 2010 [31, p.12]).
Les indications données dans ces traités sur le traitement des écorces (conservation ou purge) des grumes avant équarrissage pourraient apporter d'autres informations liées au séchage, mais nous n'avons pas réuni suffisamment d'informations sur la question8.
Les auteurs français du XVIe au XVIIIe siècle   Delorme publie en 1561 ses Nouvelles inventions pour bâtir à petits frais. Il y indique une période plus réduite que Vitruve pour l'abattage des arbres : aux mois de Novembre, Décembre ou Janvier. Il préconise de ne pas abattre les arbres au moment où le vent d'occident souffle, car cela les fait fendre, reprenant en cela un précepte similaire à celui d'Alberti. Il présente une méthode d'abattage tirée de son expérience, où l'arbre est partiellement séché sur pied avant d'être abattu. Pour ce faire, une cerce est taillée sur le pourtour de l'arbre au niveau du pied, jusqu'au cœur, afin de laisser l'eau s'échapper par la base du tronc. Il ne fait pas référence explicitement à l'apparition des fentes pour justifier cette technique. Il indique que les arbres du côté d'orient et septentrion sont de meilleure nature que les arbres du côté du midi et du côté d'occident. Cependant il précise que les arbres du côté d'orient et septentrion tendent à fendre lorsqu'ils sont débités sitôt abattus, et que les charpentiers interprètent ce phénomène comme un signe de la force du bois. Delorme donne encore d'autres indications sur les conditions d'abattage et de conservation des grumes avant emploi, que nous ne mentionnons pas ici (1561 [9]).
Jousse est moins précis que Delorme, lorsqu'il publie en 1627 son traité Le théâtre de l'art de charpentier. Il indique les saisons propices pour l'abattage, qui correspondent à celles de Vitruve. Cette période d'abattage est choisie pour éviter les attaques parasitaires, mais Jousse ne fait pas référence à un avantage particulier du point de vue des fentes de retrait. Il ne donne pas d'autre indication sur la manière d'éviter l'apparition des fentes de retrait, ou plus généralement sur l'abattage des arbres (1627 [17, p. 4-5]).
Le texte de Delorme9 est repris par de nombreux auteurs par la suite (excepté Jousse ci-dessus). C'est le cas de Félibien qui indique lui aussi que les arbres du côté d'orient et septentrion ont tendance à se fendre si on les débite & qu'on les mette en pièces, incontinent aprés estre abatus. Il rapporte également que lorsque ces arbres fendent, les Charpentiers disent que c'est la force du Bois & sa bonté, ce qui est quelquefois vray. (Félibien 1676 [15, p. 114]). La Hire reprend également ces indications de Delorme, dans la réédition du traité de Jousse en 1702 (Jousse et de La Hire10 1702 [18]), mais cette fois-ci il n'est pas précisé que cela ne concerne que les arbres du côté d'orient et septentrion. Le texte de Delorme repris par ses successeurs au XVIIe et XVIIIe siècle évolue donc, sans qu'il soit possible de savoir si cette évolution correspond à un affinement du savoir ou à des imprécisions de transcription.
Aucun des auteurs français mentionnés jusqu'à présent (Delorme, Jousse, Félibien, de La Hire), pas plus que les traducteurs français d'Alberti et Palladio, ne définissent ni utilisent réellement le terme qui désigne le défaut du bois qui s'est fendu ou gercé. Les formulations des auteurs désignent toujours une action (le bois qui fend, qui gerce), mais n'utilisent généralement pas le mot désignant le défaut ainsi créé. Un peu plus tard, les gersures sont définies chez d'Aviler comme étant les cassures ou fentes dans le plomb, dans les enduits de plâtre, dans le bois & dans le fer (1755 [8]), alors que ce terme ne se rapporte qu'au fer chez Félibien (1676 [15, p. 606]), et au plâtre dans l'Encyclopédie de Diderot et d'Alembert (1757 [10]). Ainsi les termes utilisées pour désigner les fentes de retrait dans ces traités français du XVIe au XVIIIe siècle semblent être les termes gersures, cassures ou fentes, mais il règne un certain flou sur la question.
Rondelet, Emy, Viollet-le-Duc   Dans l'Art de bâtir, Rondelet indique pour quelques espèces leur plus ou moins grande propension à fendre relativement les unes aux autres, mais nous n'avons pas trouvé d'indications précises sur les fissures de retrait (Tome 4 partie 1, 1810 [26]).
Le texte de Emy en 1837 sur les fissures de retrait marque une rupture franche avec les traités précédents, et est à tout point de vue remarquable. Il définit clairement à la fois les caractéristiques géométriques des fissures, leur origine (pour partie), et en tire une conclusion nuancée sur les conséquences pour la résistance des pièces de bois concernées par les fissures. De plus, il s'oppose à la croyance reliant qualité du bois et l'apparition des fentes de retrait, que nous avions vu pour la première fois mentionnée chez Delorme en 1561, puis lu chez Félibien au XVIIe et dans la réédition du traité de Jousse au XVIIIe siècle.
Le bois fendu présente de longues fissures dans le sens du fil, qui pénètre profondément, et vont quelquefois jusqu'au cœur ; ces fentes proviennent d'une dessiccation trop rapide. Quelques personnes prétendent que cela vient de la bonne qualité du bois et prouve sa force, c'est une erreur, car les bois mous se fendent également. La désunion d'une partie des fibres d'une pièce de bois nuit certainement à sa force ; elle tend à partager une pièce en plusieurs parties qui ne peuvent avoir en somme la même force que la pièce entière. Ce n'est pas, du reste, une raison pour faire rejet les pièces fendues. Lorsque ce vice ne les affecte que légèrement, on peut les employer dans leur entier, en disposant d'ailleurs les principales fentes de telle sorte qu'elles nuisent le moins possible à leur force. Lorsque les fentes sont profondes et trop nombreuses, et qu'elles altèrent d'une manière trop considérable les pièces de bois, il faut refendre ces pièces ; et pour en tirer le meilleur parti on fait passer les traits de scie précisément par les principales fentes. [...]
Ce vice est, au surplus, un avertissement de ne pas compter sur une résistance égale à celle qu'aurait une pièce de bois si elle n'était pas fendue.
Emy 1837  [11, p.102]
Pour finir, notons que pour Viollet-le-Duc, les bois anciens utilisés pour la construction au Moyen-Age présentaient des qualités exceptionnelles, comme l'absence presque totale de nœuds, de gerçures [...] (1859 [30]), ce qui semble être pour le moins exagéré.
Entre théorie et pratique   Il faut pour conclure mentionner le fait que les traités anciens, si instructifs qu'ils soient, ne décrivent pas nécessairement la réalité des pratiques des charpentiers. Comme le note Epaud, "contrairement aux recommandations des traités de charpenterie écrits depuis le XVIe siècle par des architectes, des lettrés et non par des charpentiers, l'emploi quasi systématique de bois verts semble aujourd'hui avéré pour l'ensemble des constructions médiévales" (2007 [12, p.38]).

5  Conclusion

Les fentes de retrait sont des indicateurs précieux pour comprendre l'histoire d'une charpente, et plus généralement l'histoire de la mise en œuvre du matériau bois. En déformant les marques de charpentier, elles permettent par exemple, accompagnées d'autres observations, de déterminer si le bois a été taillé et mis en œuvre vert, ou après une période de stockage et de séchage (voir Epaud 2007 [12, p.39], Hunot 2001 [16, p.35]). Elles apportent également pour l'ingénieur des informations sur l'état interne du bois (présence de pourrissement) et sur l'inclinaison des fibres (Marzo [21, p.33]).
Notons pour finir qu'il reste certainement encore beaucoup de sources scientifiques ou historiques à explorer sur les fentes de retrait, comme par exemple les deux mémoires de Buffon sur ses expériences sur le bois, mais que nous n'avons pas mentionné jusqu'ici (1740 [4] et 1741 [5]).
Fente de retrait et fil tort sur la charpente de la tour César à Provins
Fig 4: Fente de retrait et fil tort
Charpente de la tour César à Provins
 
Article mis en ligne le : 01/08/2013.
Révisé le : 26/09/2013.

Bibliographie

[1]
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Notes:

1 Nous ne nous intéressons dans cet article qu'aux fentes apparaissant après l'abattage de l'arbre. Il existe d'autres cas d'apparition de fentes sur les arbres encore sur pied.
2 Les roulures, qui ne sont pas des fentes de retrait, sont nommées shakes en anglais et cipollature en italien. Feilden utilise cependant le terme shakes pour désigner les fentes de retrait (2003 [14])
3 "Le bois de brin est un tronc seulement équarri et n'est pas divisé longitudinalement pour être employé. [...] Le débitage sur quartier consiste, généralement après l'équarrissage, à diviser la pièce de bois en deux et plus souvent en quatre." Hunot 2001 [16]
4 Il faut cependant noter que dans le cas des poutres courtes de grande hauteur et fortement chargée (typiquement les poitrails des façades de maisons à boutique au rez-de-chaussée), il est possible que le critère dimensionnant devienne le cisaillement, et il faut alors étudier au cas par cas les fentes de retrait.
5 La section résistante du point de vue de la compression et de la traction change peu, puisque l'apparition de la fente est accompagnée d'une déformation globale de la section. Nous négligeons ici la variation de l'aire de la section due au retrait lui-même.
6  La norme NF B52-001 détermine le classement visuel des bois sciés, en prenant en compte notamment la longueur des fentes, et leur caractère traversant ou non. La norme NF EN 14081-1 impose des conditions sur la longueur des fentes également dans le cas d'un classement par machine.
NF B52-001 : Règles d'utilisation du bois dans la construction - Classement visuel pour l'emploi en structure des bois sciés français résineux et feuillus
NF EN 14081-1 : Structures en bois - Bois de structure de section rectangulaire classé selon la résistance - Partie 1 : exigences générales
7 Ce passage a déjà été relevé par Hunot, qui rapporte que Palladio suggère de le laisser sécher à l'ombre et de l'entourer de bouses de vaches pour éviter les fentes (2001 [16, p.34])
8 Voir en outre les écrits de Hunot sur les relations que l'on peut tirer entre la présence d'écorce sur les bois mis en œuvre d'une part, et les saisons d'abattage et les périodes de stockage en extérieur d'autre part (2001 [16, p34-35])
9 Nous supposons ici que Delorme est l'auteur des textes que nous avons cité, mais il est possible qu'il ait lui aussi repris ces passages chez d'autres auteurs que nous ne connaissons pas.
10 Gabriel-Philippe de La Hire, qui reprend et complète le traité de Mathurin Jousse publié pour la première fois en 1627 [17], est le fils de Philippe de La Hire. Cet extrait concernant les fentes et les gerces, et tiré du traité de Delorme de 1561, est ajouté par de La Hire au traité de Jousse, puisqu'il n'apparaît pas dans les versions précédentes du traité : "Les Arbres font sujets à se fendre & à se jercer, si on les débite aussi-tôt qu'ils sont abattus à cause de la grande humidité qui est dedans. Les Charpentiers disent que c'est la force du bois & sa bonté ce qui est quelque-fois vray." (Jousse et de La Hire 1702 [18, p. 8])