Bois de brin et bois refendu


1  Débitage des grumes

1.1  Bois de brin

Le bois de brin est un bois qui comporte le cœur de l’arbre. Il est tiré d’une grume (un tronc) qui n’est pas redivisé longitudinalement. Un arbre ne permet d’obtenir qu’un seul bois de brin, sauf si la poutre obtenue est redécoupée en poutres de moindre longueur. Le cœur est plus ou moins centré sur l’axe de la poutre suivant la régularité de la grume de départ (Fig. 2). Le bois de brin peut être équarri1, c’est à dire qu’il est taillé de manière à obtenir une section carrée ou rectangulaire (Fig. 1), ou bien laissé en l’état pour obtenir un bois rond. Le bois de brin correspond à un bois avec cœur enfermé selon la nomenclature de la norme NF B50-002. On parle également de section avec cœur.
Fig 1: Bois de brin équarri
d’après Charpente Pl I.fig.2 de l’Encyclopédie de Diderot et d’Alembert 1753-1772 – planche.eu
About de solive en bois de brin visible sur pan de bois à Poitiers About de solive en bois de brin visible sur pan de bois à Poitiers About de solive en bois de brin visible sur pan de bois à Poitiers
Fig 2: Abouts de solives en bois de brin, Poitiers

1.2  Bois refendu

Le bois refendu ou bois de refente est obtenu à partir de la division longitudinale de la grume, généralement en deux ou quatre morceaux. Cette division est appelée refente. La refente est réalisée le plus souvent par sciage, et généralement les auteurs opposent simplement bois de brin d’une part, et bois de sciage d’autre part . La refente des bois de brin peut être également réalisée à la hache, mais ce procédé est plus rare (Epaud 2007 [10,p.55]). Le terme bois de sciage peut également désigner les pièces de faible épaisseur, planches et madriers, mais nous le l’utiliserons pas sous ce sens dans la suite. Le terme bois de quartier est parfois utilisé pour désigner les bois refendus, avec le terme correspondant de débitage sur quartier. Le bois refendu correspond à un bois avec cœur à découvert selon la nomenclature de la norme NF B50-002. On parle également de section à cœur fendu.

1.3  Prééminence du bois de brin

Dans les charpentes de combles anciennes, les bois de brin sont beaucoup plus utilisés que les bois de refente. Les études archéologiques en Normandie et en Anjou ont montré que les éléments de charpente mis en œuvre dans ces régions sont presque uniquement des bois de brin pendant la période romane et gothique (Hunot 2001 [15,p.45], Epaud 2007 [10,p.56]). A partir du XVIe siècle, la refente est utilisée en Anjou, pour les éléments de dimension réduite, comme les faux-entraits, jambette et aisseliers.
Pour les planchers, il semble que les solives de brin soient également privilégiées. Les traités du XVIIIe siècle indiquent que les solives de courte portée peuvent cependant être en bois de sciage. Les solives d’enchevêtrure doivent elles être systématiquement être en bois de brin2 .

2  Traités du XVIIe au XIXe siècle

2.1  Opposition aux solives de sciage

Au XVIIe siècle, les traités d’architecture que nous avons consulté définissent le terme de bois de brin ou solives de brin, mais ne font pas de commentaire particulier sur la résistance de ce type de solive par rapport aux solives de sciage (Savot 1624 [22], Félibien 1676 [11], d’Aviler 1691 [6]). La première opposition aux solives de sciage que nous avons trouvé dans la littérature date de 1691. En effet, Bullet recommande l’utilisation des bois de brin dès que la portée des solives dépasse 15 pieds (environ 4m80) (1691 [5,p.225]). Cette observation, tantôt formulé en tant que préconisation (chez Bullet), tantôt en tant qu’observation des pratiques constructives des charpentiers, se retrouve dans divers traités du XVIIIe siècle2. Pour les solives présentant des assemblages, comme les solives d’enchevêtrures, seul le bois de brin est préconisé par les traités, y compris par Le Camus de Mézières3.
En 1740 et 1741, Buffon présente deux mémoires à l’Académie des sciences sur la force des bois, après avoir réalisé de nombreuses expériences. Il est catégorique sur la qualité des bois de brin, ou plutôt sur la mauvaise qualité des bois de sciage. Il affirme que « […] ces solives de sciage sont fort mauvaises, & que l’usage en devroit être proscrit.  » (1740 [4,p.459]).
En 1810, Rondelet souligne lui aussi avec force l’avantage des bois de brin sur les bois de sciage (voir citation ci-dessous). Après lui, la référence aux bois de brin sera moins fréquente au XIXe siècle, même si on la retrouve par exemple chez Bosc4 en 1875 et 1879.
Les bois de sciage qu’on emploie beaucoup depuis quelque tems pour les solives, sous prétexte d’économie ne sont pas aussi forts que les bois de brin, c’est-à-dire que si l’on refend en deux une solive de 8 pouces en bois de brin, les deux moitiés posées de champ porteront moins que la solive entière. Cette différence vient de ce que le bois de brin étant formé de couches circulaires concentriques oppose plus de résistance que lorsque ces couches ne forment que des demi-cercles A et B fig. 4 qui le rendent plus compressible d’un côté que de l’autre […] L’expérience relativement aux bois méplats prouve que dans les bois de sciage comme dans les bois de brin, chaque morceau d’un pièce de bois refendue en deux, porte moins de la moitié de ce que porte la pièce entière, de sorte qu’un travée de plancher de 16 pieds dans œuvre composé de douze solives carrées de 8 pouces de grosseur, en bois de sciage ou en bois de brin posées à 12 pouces de distances les unes des autres, sera plus forte que si elle était formée de 24 solives de 8 pouces sur 4 posées de champ et à 6 pouces de distance, quoique dans l’un et l’autre cas, il se trouve la même quantité de bois et plus de dépenses pour les solives refendues.
Rondelet 1810 [21,p.134-136]
Arguments en faveur des bois de brin   Les raisons avancées pour justifier cette préférence pour les bois de brin varient suivant les auteur. Tous ne prennent pas la peine de détailler ces raisons.
Commençons par Buffon, qui est le plus catégorique concernant la mauvaise qualité des solives de sciage, et dont l’usage devrait être interdit selon lui (1740 [4]). Il n’est pas très clair sur les raisons qui sous-tendent cette affirmation, à tel point que Le Camus de Mézières se servira des résultats de Buffon quelques années plus tard pour essayer de montrer qu’ils ne sont pas incompatibles avec l’utilisation de bois de sciage. Nous reviendrons longuement sur ce sujet dans la suite. Le rejet de Buffon des solives de sciage semble provenir de deux constations expérimentales.
Premièrement Buffon débute ses expériences par l’étude de barreaux de petites dimensions. Il remarque que la résistance de ces barreaux diminue fortement dès que les couches ligneuses ne sont pas contenues entièrement dans le barreau, mais tranchées sur une des faces (p.456). Les couches ligneuses ne sont pas parallèles entre elles, puisqu’elles forment des cônes, et il est donc difficile pour Buffon d’éviter de trancher ces cônes lors de la confection des barreaux. D’une part ce phénomène complique les expériences, puisqu’il faut s’assurer de la perfection du barreau, et d’autre part il met en lumière la perte de résistance dès que le fil du bois est tranché. Il remarque de plus que la structure des bois de brin est bien différente de celle de ses petits barreaux : « une poutre quarrée est composée d’un cylindre de continu de bon bois bien solide, & de quatre portions angulaires tranchées d’un bois moins solide & plus jeune. » (p.457) Ces observations sur les barreaux le conduisent à poursuivre ses expériences, mais cette fois-ci sur des éléments plus important : des poutres entières.
Deuxièmement, il met en évidence avec ses expériences sur les barreaux que la plus grande résistance du bois est atteinte près du centre du tronc. Le bois situé près de la circonférence du tronc (hors aubier), est lui moins résistant (Les arbres testés par Buffon sont des chênes).
Nous supposons donc que Buffon rejette les bois de sciage car ces derniers nécessitent de trancher plus les fibres du bois, et ne contiennent pas, ou pas totalement, la partie la plus résistante du bois. Cependant ce lien de causalité n’est pas clairement exprimé par Buffon.
Quelques années plus tard, Desgodets indique que c’est l’inclusion du cœur de l’arbre au milieu de la solive qui la rend plus roide5.
Parcieux et Peronnet, qui interviennent dans la controverse qui oppose Le Camus de Mézières aux charpentiers en 1766, indiquent que le sciage, en tranchant nécessairement les fibres qui ne sont pas parfaitement alignées sur l’axe de la grume, affaiblit la section6. Une explication similaire est avancée par Patte en 17697 .
En 1810, Rondelet avance un nouvel argument, qui prend cette fois-ci la structure concentrique des cernes en compte. Il indique que les cernes sont nécessairement plus résistantes lorsqu’elles forment un cercle complet, plutôt que découpées en demi-cercles (voir citation supra).
Estimation du gain de résistance   Nous n’avons pas trouvé d’estimation chiffrée de la supériorité du point de vue de la résistance des bois de brin par rapport aux bois refendus dans les traités. Cette absence n’est pas anodine, nous le verrons.
Buffon, qui a conduit les expériences les plus complètes en France sur les bois ne quantifie pas cette différence. Il aurait pourtant été le mieux placé pour juger de cette différence, puisqu’il conduisit ses expériences sur des bois de brin, tandis que d’autres auteurs se contentaient de limiter leurs expériences à de petits échantillons (e.g. Duhamel du Monceau 1767 [9]).
En 1769, Patte estime que « les bois de brin ont, à grosseur égale, beaucoup plus de force pour porter des fardeaux que ceux de sciage » (Patte 1769 [20,p.121]). Selon lui le gain de résistance est important, mais n’est pas chiffré.
Le Camus de Mézières, dont nous reparlerons, évite habillement de quantifier la perte de résistance due à la refente des bois pour obtenir les bois de sciages dont il s’est fait le défenseur (1782 [17]). C’est pourtant sur cette perte de résistance que s’appuient ces adversaires pour rejeter le système de solives refendus qu’il propose.
Rondelet indique que chaque solive obtenue par la refente en deux d’un bois de brin ou de sciage portera moins de la moitié de ce que pourrait porter la pièce entière (voir citation ci-dessus [21,p.136]). Notons que si le sciage de refente des bois n’avait aucun impact sur la résistance du bois, chaque morceau porterait exactement la moitié de ce que pourrait porter la pièce entière. Rondelet indique donc une cette diminution de résistance est réelle, mais il ne la quantifie pas.

2.2  La recherche de l’économie, et les bois de sciage

Controverse   L’intérêt des sections rectangulaires est déjà connu depuis bien longtemps lorsque le Camus de Mézières intervient à l’Ecole Militaire à Paris en 1762, puis travaille à la construction d’une caserne la rue Mouffetard en 1765. Son opposition frontale à la corporation des charpentiers n’est pas basée sur l’utilisation de sections rectangulaires, mais plutôt sur le débitage des bois de brins en des sections rectangulaires élancées.
Le différent qui oppose Le Camus de Mézières aux charpentiers date des années 1760. Nous utiliserons pour étudier cette problématique l’ouvrage qu’il publie en 1782, dont le titre indique son ambition : « Traité de la force des bois. Ouvrage essentiel, qui donne les moyens de procurer plus de solidité aux edifices, de connoître la bonne et la mauvaise qualité des bois, de calculer leur force, et de ménager près de moitié sur ceux qu’on emploie ordinairement » (1782 [17]). Il présente dans ce livre l’historique de son procédé de construction des planchers avec solives de sciage rectangulaires, et ses motivations. Il revient en détail sur le procès et reproduit les extraits des procès-verbaux de l’Académie des Sciences, qui a été consulté dans le cadre du procès8. Il donne également un compte-rendu des expériences réalisées au XVIe et début XVIIIe siècle par Parent, Bélidor et Buffon principalement, sur la résistance du bois. Notons que nous n’avons utilisé ici que les informations fournies par Le Camus de Mézières, et que nous ne disposons pas des arguments exacts avancés par les charpentiers.
Le Camus de Mézières indique que le procès intenté par la corporation des charpentiers au propriétaire de la caserne rue Mouffetard prenait pour prétexte la sécurité publique. Selon ses détracteurs, le plancher que l’architecte avait conçu n’était pas suffisamment résistant pour reprendre les charges à porter (p.12). L’élancement transversal des solives est en effet unique pour l’époque : 2 pouces de large, pour 6 pouces de hauteur, soit un rapport $h/b$ égal à 3. Les poutres ont également une section rectangulaire marquée : 6 pouces de large, et 12 pouces de hauteur, soit un rapport $h/b$ égal à 2. De telles sections ne pouvaient être obtenues que par refente des bois.
Deux reproches principaux sont fait à ce nouveau système. Premièrement, les bois de sciage présenterais une durabilité moindre que les bois de brin. Nous ne nous attarderons pas sur cette question. L’autre reproche serait que « le bois de refente est trop foible pour la construction » (p.293).
Pour bien comprendre ce débat, il faut prêter attention au contenu exact de l’accusation. L’accusation que rapporte Camus de Mazières n’est pas uniquement que le bois de refente serait moins bon que le bois de brin, mais que le bois de refente n’est tout simplement pas admissible pour la construction.
Rappelons que Buffon exclut l’utilisation les solives de sciage pour la construction, et l’accusation des charpentiers n’est donc pas à priori illégitime pour les connaissances de l’époque : les écrits du savant ayant conduit les expériences les plus avancés sur les bois (Buffon) semblant être de leur côté.
Défense de Le Camus de Mézières    Les éléments concrets de la défense de Le Camus de Mézières concernant la résistance des bois de brin et des bois de sciage est contenu dans les pages 217-218. Il commence par récapituler les enseignements tirés des expériences de Parent, Bélidor, Buffon, etc. dont il fait le résumé9. Puis il poursuit, en réinterprétant les résultats des expériences de Buffon, dans le but de réhabiliter la refente par sciage des bois de brin. Selon lui, Buffon « après avoir semblé la proscrire en termes très-précis [voir citation de Buffon ci-dessus] », donne dans ses observations de la résistance des petits barreaux les données nécessaires pour remettre en question sa condamnation des bois de sciage. Il indique que si l’orientation des plans formés par les cernes est verticale, « alors la piece conserve toute sa force », et que cette observation peut « aisément être appliquée aux bois de refente ». Il retourne ainsi à son avantage les observations expérimentales de Buffon.
Le Camus de Mézières fait ainsi dire à Buffon l’inverse de ce que ce dernier avait explicitement écrit. Il n’avait pas besoin d’aller aussi loin pour gagner l’argument, comme nous allons le voir. Peut-être faut-il voir dans ce geste la manifestation de l’opposition très forte qui l’a vraisemblablement opposé aux charpentiers, opposition dont la force transparaît encore des années après ce procès de 1766 dans cet ouvrage de 1782 (voir les mots très durs qu’il a à l’encontre de certains charpentiers et constructeurs pp.11,251).
Le Camus de Mézières admet (de façon surprenante étant donné ce qu’il avait fait dire précédemment à Buffon) que la résistance des bois de refente peut être plus ou moins altérée par le sciage, mais qu’il suffit que cette diminution de résistance soit compensée par l’utilisation d’une section appropriée 10.
Hors, la résistance des sections rectangulaires est bien établie au milieu du XVIIIe siècle. Si la théorie est peu utilisée en pratique, un de ses corollaire, la meilleure résistance des sections posées sur champ, ne peut pas être contestée, nous aurons l’occasion de revenir sur ce point dans un prochain article.
Ce qu’explique Le Camus de Mézières, c’est qu’il choisira une section rectangulaire appropriée pour compenser la perte de résistance due à l’utilisation des bois de sciage.
Dénouement de la controverse   Les Académiciens apportent leur jugement à la controverse. Dans les deux cas, les académiciens rendent un avis nuancé, qui reconnaît l’utilité du nouveau système, tout en soulignant qu’il a probablement été poussé trop loin lors du chantier de la caserne. 11
La méthode de refente est donc modifiée par Le Camus de Mézières, pour prendre en compte les remarques de l’Académie des Sciences. En 1782, la méthode est légèrement différente par rapport à celle utilisée en 1765 pour la caserne de la rue Mouffetard. Le Camus de Mézières indique que les bois de brin ne doivent être refendus que dans un sens. Un bois de sciage de 12 pouces de haut doit donc être pris dans un bois de brin équarri de 12 pouces, et non de 24 pouces. Il recommande de ne pas conserver la tranche centrale qui contient le corps médullaire qui est toujours spongieux, & par conséquent est une matiere tendre & imparfaite (p.269). Ce bois de sciage correspond à ce qui est appelé aujourd’hui section hors-cœur . La combinaison de ces deux conditions limite grandement les sections que l’on peut obtenir par refente du bois. La refente d’un bois de brin carré ne permet d’obtenir que deux bois de sciage, si on limite l’élancement transversal $h/b$ à 3. On est donc loin des 6 bois de sciage obtenu pour chaque bois de brin par Camus de Mézières pour la caserne de la rue Mouffetard (Fig. 3).
Solives de sciage d'après la méthode de Camus de Mézières
Fig 3: Solives de sciage
à g. découpage pour la caserne, à d. après modification de la méthode
De plus l’utilisation des solives de sciage nécessite de plus un certain nombre de précautions précisées en 1782. Les bois ne doivent pas avoir de fil tors. Le Camus de Mézières recommande également que la longueur de solives ne dépasse pas 15 pieds, afin de limiter l’impact du « défaut d’alignement dans la direction des fibres », qui existe toujours plus ou moins (pp.270,271,278).
Ces modifications font perdre une bonne partie de l’intérêt du système constructif proposé par Le Camus de Mézières, et la limitation de la longueur des solives de sciage à 15 pieds renvoi à la préconisation que Bullet faisait déjà en 1691 (voir supra).
Le système proposé par le Camus de Mézières est probablement arrivé trop tôt, puisque l’utilisation des solives nettement rectangulaire en bois ne se développera pas avant la fin du XIXe siècle (nous reviendrons sur ce point dans un prochain article sur les sections rectangulaires en bois massif).
Rôle des calculs de résistance   Peut-être que la difficulté principale de Le Camus de Mézières pour convaincre ses contemporains, est que bien que son raisonnement sur les sections rectangulaires ne soit pas novateur en soit, il s’appuie sur le calcul. Or d’une part le calcul reste très peu répandu pour les planchers, et d’autre part il ne dispose pas de la donnée essentielle de son problème : l’estimation chiffrée de la perte de résistance des solives de sciage par rapport aux solives de brin.
Il reconnaît que le bois de sciage n’est pas aussi résistant que le bois de brin (voir supra). Il propose ensuite le mode de calcul suivant. Les expériences réalisées lui donnent la charge $Q$ à laquelle résiste une poutre, chargée dans les conditions expérimentales. Il applique ensuite des facteurs de sécurité successifs sur la charge $Q$ :
  • facteur 2 (diminution de moitié de $Q$), pour tenir compte de la variabilité de la résistance des bois, tant entre différents troncs, qu’à l’intérieur d’un même tronc
  • facteur 3/2 pour tenir compte de la différence d’appui entre les expériences et celles des solives et poutres de plancher
  • facteur 2 pour tenir compte de la durée de charge
  • facteur 4/3 pour limiter la flèche de la poutre
Cela conduit donc à un facteur de sécurité de 8 : la charge à laquelle peut être soumise une poutre doit être huit fois inférieure à celle pour laquelle la poutre casse selon les expériences réalisées. Le Camus de Mézières note que prendre seulement le huitième est bien plus prudent que prendre le quart ou la moitié comme le font les autres auteurs. Mais cette disposition est justifiée pour « parer encore l’affoiblissement de ces mêmes fibres coupées ou tranchées par le sciage » (p.277)
En définitive, Le Camus de Mézières n’a pas les moyens en l’absence de chiffre précis sur la perte de résistance des bois de sciage de monter un raisonnement convaincant basé sur le calcul.
Maintenant que nous connaissons les arguments de Le Camus de Mézières, il apparaît que la citation de Rondelet de 1810 sur les bois de sciage, reproduite ci-dessus, est une réponse adressée aux lecteurs de Le Camus de Mézières. Et il est facile pour Rondelet, puisque la perte de résistance n’a pas été chiffrée, de rejeter les bois de sciage, simplement en indiquant que cette perte de résistance existe.

2.3  Le bois de brin au XIXe siècle

L’importance accordé au bois de brin par Rondelet semble disparaître progressivement au XIXe siècle. En 1837, Emy détaille le processus de sciage de long, qui permet ou bien d’équarrir, ou bien de débiter en plusieurs éléments une pièce équarrie. Il ne mentionne pas l’influence de ce processus sur la résistance du bois de sciage obtenu (pp.137-150 – équarrissage à la scie de long, scierie à lame droite, scierie à lame circulaire). Nous n’avons pas trouvé dans son ouvrage de référence à la supériorité des bois de brin sur les bois de sciage. En 1892, Denfer mentionne dans son traité sur la charpenterie en bois les bois de brin ou de tige et les bois de sciage (p.14), mais il n’en tient pas compte pour le dimensionnement (par exemple p.72 – 1892 [7]).
Cette désaffection pour les propriétés des bois de brin accompagne l’apparition des sections nettement rectangulaires à la fin du XIXe siècle.

3  Regard contemporain sur les bois de brin

Nous avons vu jusqu’à présent quels étaient les arguments avancés dans les traités jusqu’au XIXe siècle pour juger la qualité du bois de brin, par rapport du bois de sciage. Aujourd’hui, les références au bois de brin ont (presque) complètement disparu des livres qui enseignent aux ingénieurs le calcul des charpentes bois. Il faut donc aller chercher ailleurs pour réunir les informations nécessaires pour avoir un regard critique sur les bois de brin.
Nous définirons quelques propriétés utiles du duramen et de l’aubier, puis nous étudierons les arguments des traités anciens sur la résistance des bois. Nous verrons ensuite quels sont les enseignements des expériences actuelles.

3.1  Propriétés du duramen et de aubier

Définitions   Pour la plupart des espèces, la coupe du tronc fait apparaître deux zones distinctes. Une partie centrale, plus foncée, appelée duramen, et une couronne formée des dernières cernes formées par l’arbre, plus claire, appelée aubier. Suivant les espèces, la différence de couleur peut-être plus ou moins forte, voir inexistante. Le duramen est encore appelé bois de cœur, ou encore bois parfait.
Le tronc croit par cernes annuelles. Les cernes les plus anciennes forment le cœur de l’arbre. Les cernes les plus récentes forment l’aubier, la partie vivante du bois, qui assure les fonctions de transport (eau, sève) et de stockage. Au fur et à mesure de la croissance de l’arbre, ces cernes sont recouvertes par de nouvelles cernes, et vont progressivement perdre leur fonctions : l’aubier se transforme en duramen, dont les vaisseaux sont bouchés, et qui n’a pas de fonction de stockage. La limite entre aubier et duramen évolue donc avec le vieillissement de l’arbre. Après l’abattage de l’arbre, cette limite est fixée.
Propriétés de l’aubier   L’aubier et le duramen ont des propriétés différentes, en particulier vis-à-vis de la durabilité. L’aubier est plus sensible aux attaques des champignons et des insectes que le duramen. L’aubier est généralement regardé comme inférieur au duramen probablement pour cette raison.
Cependant, après que le bois ait atteint son taux d’humidité d’équilibre, il n’y a pas de différence marquée de résistance entre l’aubier et le duramen (Bamber 1987 [1,p.6], FPL 2010 [12,7.5]).
En l’absence de traitements préventifs efficaces pour assurer la durabilité de l’aubier, ce dernier n’était pas utilisé pour les charpentes anciennes. L’équarrissage des sections était réalisé de manière à ne conserver que le duramen. L’aubier pouvait toutefois subsister au niveau des arêtes, en particulier au niveau de la tête de l’arbre. En Anjou, Hunot a noté une diminution progressive de l’exclusion de l’aubier, entre les XIIe et XIIIe siècles, où les bois sont équarris en ne laissant que peu d’aubier, jusqu’au XVIIe et XVIIIe siècle, où une partie importante de l’aubier est laissée en place (Hunot 2001 [15,p.44]).
Propriétés du duramen   A l’intérieur du duramen, les propriétés du bois varient progressivement entre le centre de l’arbre et la circonférence près de l’aubier. Ces variations ne sont pas les mêmes suivant les essences, l’âge de l’arbre, ou encore son taux d’humidité. Dans le cas de certains résineux, la densité du bois augmente du centre vers la circonférence (Duhamel du Monceau 1767 [9,p.457], Natterer et al. 2004 [19]). C’est également le cas pour le peuplier (Kord et al. 2010 [16]). A contrario, les expériences de Buffon ont montré pour le chêne, dans le cas du bois vert, que la densité et la résistance du bois diminue du centre vers la circonférence. Il indique qu’un barreau « pris à la circonférence, près de l’aubier, est moins fort qu’un pareil morceau pris au centre de l’arbre » p.458. Ce résultat reste vrai pour le chêne sec (Guilley et al. 1999 [14], Vavrcik et Gryc 2012 [23]).
Cette variation de la résistance du bois a évidemment un intérêt pour étudier la résistance des bois de brin.

3.2  Réexamination des hypothèses des traités

Le centre de l’arbre n’est pas nécessairement la partie la plus résistante. C’est même le contraire qui se produit pour certaines essences de résineux. De plus, le pourrissement du bois peut parfois commencer au centre de la poutre, comme le note Le Camus de Mézières, ou Denfer. Ce dernier préconise d’ailleurs de refendre les larges poutres pour s’assurer qu’elles ne comportent pas de défaut masqué au centre. Le fait que le bois de brin contiennent de bout en bout le centre de l’arbre n’est donc pas nécessairement un bon argument en faveur de sa résistance.
En revanche, il est clair que le sciage, en tranchant les fibres, diminue nécessairement la résistance du bois de sciage par rapport au bois de brin. Les fibres du bois ne sont en effet jamais parfaitement parallèles à l’axe de la pièce de charpente, et donc à l’axe du trait de scie. Plus le fil du bois sera tort, plus les fibres seront tranchées, et plus la diminution de résistance sera importante. L’effet du sciage sera plus important si le trait de scie passe à proximité d’un nœud, en raison des variations locales de l’orientation du fil du bois.
Le fait est que si il y a une hétérogénéité quelle qu’elle soit, et si elle n’est pas partagée également entre les deux pièces de bois obtenues par refente d’un bois de brin, alors au moins une des deux pièces sera de moins bonne qualité que la pièce de départ.

3.3  Classement des bois

Méthode visuelle de classement   L’équarrissage des bois de structure est réalisé presque exclusivement par sciage aujourd’hui. Le terme bois scié de la norme désigne les bois de section rectangulaire. Ils peuvent correspondre aussi bien au bois de brin, ou au bois de refente selon les définitions que nous avons donné au début de cet article. Il ne faut donc pas confondre bois scié avec le terme bois de sciage que l’on retrouve dans les traités anciens, et qui ne désignent pas les mêmes objets.
Les bois sciés sont triés par classe de résistance. La classe de résistance peut être déterminée par la méthode visuelle, ou la méthode par machine. Cette dernière mesure les propriétés mécaniques de la pièce à classer.
La méthode visuelle de classement des bois est le procédé le plus courant pour les charpentes existantes, mais de nouvelles méthodes non destructives ou faiblement destructives ont également été développés pour estimer la résistance des bois.
La méthode visuelle de classement des bois est définie dans la norme NF B52-001-1. Elle s’appuie sur différents facteurs :
  • essence
  • nombre, emprise et position des nœuds
  • position et étendue des fentes de séchage
  • inclinaison du fil du bois
  • présence et importance des poches de résine
  • bois de réaction
  • etc.
Les pièces de bois sont ainsi classées en trois classes visuelles ST-I, ST-II, ou ST-III. La classe visuelle ST-I correspond à la qualité la plus haute. Chaque classe visuelle correspond à une classe de résistance, qui dépend de chaque essence. Dans le cas du sapin, la classe visuelle ST-I correspond à la classe mécanique C30, ST-II à C24, et ST-III à C18.
La norme ne prévoit pas de prendre en compte le cas des bois de brin. A la lumière des traités anciens, cela peut paraître surprenant, car aucun auteur jusqu’au XIXe siècle, pas même Le Camus de Mézières qui s’est tant battu pour les bois refendus, ne conteste que les bois de brin sont plus résistant que les bois de refente.
Nous n’avons pas encore trouvé l’explication de cette absence dans la norme, mais il est probable que cette explication existe. Certains livres récents proposent d’ailleurs de majorer la résistance des bois de brins, dans des cas bien définis (voir les bois de brin rond résineux ci-dessous).
Bois de brin rond résineux   Dans le cas des bois de brin résineux, dont la section est circulaire (bois rond), Natterer et al. rapportent une majoration de 15 à 25% des valeurs usuelles de la résistance et de 10% de la rigidité correspondant aux classes de résistance des bois sciés avec ou sans cœur (2004 [19,p.93]). Ils indiquent les raisons admises aujourd’hui pour expliquer la différence de résistance entre bois rond et poutre sciée dans ce cas précis. Premièrement, la densité du bois « augmente du cœur vers l’aubier ; donc, dans une poutre sciée, la partie à forte densité est supprimée ». Deuxièmement, il y a moins de discontinuités des fibres avec le bois rond, en particulier au niveau des nœuds.
Bois de brin avec flache   Giordano indique qu’il a été montré expérimentalement que les bois de brin équarris avec flache présentaient la même résistance que les bois de brin équarris avivés (dont les angles forment des angles droits), tant que les flaches ne dépassaient pas le 1/10e de la largeur de la section. Bien que la section avec flache présente moins de matière, elle laisse au niveau de la flache la structure interne du bois entière (1999 [13,p.225]).

3.4  Séchage des bois de brin

Le bois de brin présente des fissures de séchage bien plus importantes que les bois de quartier. Nous avions exploré ce phénomène dans un article déja publié sur les fentes de retrait des charpentes anciennes. Nous avions vu que les fissures de séchage n’étaient pas toujours préjudiciable à la portance de la poutre. Il faut donc nuancer ce défaut du bois de brin qui tend à fendre.
De plus, cette propension à fendre est accompagné d’un autre effet positif celui-là. Les bois de brin présentent l’avantage de moins se déformer lors du séchage, car ce dernier est plus uniforme sur l’ensemble des faces du bois, contrairement aux bois de quartier.
Nous avons concentré notre attention dans cet article sur la résistance des bois, qui est la justification la plus souvent avancée dans les traités pour expliquer la faveur accordée au bois de brin. Nous avons mis de côté les explications concernant la durabilité du bois, certains auteurs mettant en avant la plus grande durabilité du bois de brin par rapport au bois refendu. Le séchage pourrait être un dernier facteur explicatif dans la faveur accordée aux bois de brin. En effet, les recherches récentes de l’archéologie du bâti ont montré que l’utilisation de bois vert pour les charpentes médiévales était courant (Hunot 2001 [15], Epaud 2007 [10]), contrairement aux indications que l’on retrouve plus tard dans les traités de l’époque moderne. Si les bois verts étaient utilisés également pour la construction des planchers, les bois de brin avaient l’avantage par rapport aux bois de quartier de moins se déformer lors de leur séchage après la mise en œuvre.

4  Conclusion

La variabilité du bois a rendu difficile les essais expérimentaux pour appréhender sa résistance. Dans le cas des bois de brin, cette difficulté s’est traduite par l’inexistence de valeurs qui permettent de départager clairement l’avantage du bois de brin par rapport au bois refendu, notamment dans la controverse qui a eut lieu à ce sujet au XVIIIe siècle. Il est possible que cette question ait été tranchée depuis, mais la réponse ne figure pas dans les livres qui traitent des constructions en bois aujourd’hui. Quelque soit la réponse à cette question, il est probable que d’autres facteurs que la résistance expliquent la préférence pour le bois de brin des charpentiers jusqu’au XIXe siècle.
 
Article mis en ligne le : 08/11/2014. Révisé le : 20/11/2014.
 

Sur l’auteur :

Mathias Fantin est ingénieur projet pour la restauration des monuments anciens. Il a fondé en 2014 Bestrema, un bureau d’études structures spécialisé dans ce domaine.
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Bibliographie

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Notes :

1 Dans la définition de D’Aviler, le bois de brin est nécessairement équarri : Le bois de brin ou en tige, celui dont on a seulement osté les quatre dosses flaches pour l’équarrir. (D’Aviler 1691[6,p.417])
2 « Au dessous de quinzt pieds de portée, on fait quelque-fois les solives de remplissage, de bois de sciage ; mais il vaut mieux les faire toujours de bois de brin, ainsi que les solives d’enchevêtrure, pour lesquelles on doit employer du bois de brin dans tous les cas. » (Patte 1769 [20,p.140])
« Il est à observer, en général, que les solives d’un plancher jusqu’à 15 pieds de longueur, & les solives d’enchevêtrure jusqu’à 12 pieds de longueur, se mettent communement en bois de sciage, & que, quand les uns & les autres sont plus longues, on employe d’ordinaire du bois de brin. » (Blondel et Patte [2,p.261])
3  L’utilisation des bois de brin pour les solives d’enchevêtrures est préconisé par Patte (voir note de pied de page 2 ci-dessus) et Le Camus de Mézières : « Ayez soin d’ailleurs que toutes les pieces, qui reçoivent les assemblages, soient de brin & jamais de sciage » (1786 [18,p.213]).
4 « Les solives de brin […] sont plus solides et plus résistantes que celles obtenues par le sciage » (Bosc 1875 [3,p.67]).
5  Desgodets écrit à propos des solives de brin : « en sorte que le cœur de l’arbre se trouve au milieu de la grosseur de cette solive, ce qui la rend bien plus roide que si elle avoit été formée d’un des côtés d’un gros arbre » (1748 [8,p.xvii]).
6 Extraits du procès verbal de 1766 de Parcieux et Peronnet : « Les bois sont rarement de droit fil : le sciage en tranche ordinairement les fibres plus ou moins ; les affoiblit nécessairement ; & cet inconvénient aura d’autant plus lieu, que les pièces seront sciées de deux sens. ». « Une solive de dix pouces de haut sur deux pouces & demi de large auroit la même force à peu près qu’une de cinq à sept pouces [cinq pouces de large et sept pouces de haut], abstraction faite de l’affoiblissement que doit donner le sciage & autres considérations énoncées ci-dessus [voilement]. » (1782 [17,p.18,19])
7 « La texture de l’intérieur d’un chêne est ce qui constitue sa force : les fibres ne sont pas parallèles à son axe dans leur longueur, mais depuis le bas jusqu’au sommet & à l’extrémité des branches, ils sinuent, s’entrelacent, & forment les ondes que l’on remarque sur les faces du sciage des pieces de bois. C’est pourquoi les bois de brin ont, à grosseur égale, beaucoup plus de force pour porter des fardeaux que ceux de sciage, attendu que dans les premiers, les fibres se prêtent un mutuel secours, & ne sont point coupés, comme dans les seconds. » (Patte 1769 [20,p.121])
8  Les extraits des procès verbaux de 1766 de l’Académie des Sciences sont reproduits en 1782 par Le Camus de Mézières : pp.15-23 celui de Parcieux et Peronnet, et pp.23-24 celui de Camus et Desmaisons
9 « Concluons donc, avec M. de Buffon & tous les autres Physiciens & Géometres, qu’il ne faut prudemment donner aux pices de charpente que la moitié de la charge qui peut les faire rompre ; que le bois verd rompt plus difficilement que le bois sec , qu’un bois jeune est moins fort qu’un plus âgé ; que la force du bois n’est pas proportionnelle à son volume, mais bien sa pesanteur ; que, relativement à cette pesanteur, une pièce de bois de même grosseur & longueur, mais plus pesante qu’une autre pièce, sera aussi plus forte à proportion ; qu’à l’égard de la grosseur sur même longueur, une pièce double ou quadruple en grosseur portera plus du double ou du quadruple ; que pour la longueur sur même grosseur, celle qui a moitié de longueur portera plus du double de celle qui est la plus longue » (1782 [17,p.217]).
10  « Il est certain que plus ou moins de fibres tranchées par la refente peuvent altérer plus ou moins la résistance de la piece. Mais, dans la construction, nous n’avons besoin que de la resistance aux fardeaux ou aux chocs : que cette resistance soit une fois trouvée dans la piece entiere ou dans la piece refendue, on aura atteint le but proposé. » (1782 [17,p.218]).
11  Parcieux et Peronnet : « malgré l’avantage qu’il y auroit de réformer l’abus des trop gros bois, on doit être assez circonspect pour ne pas tomber dans un extrême, en employant des bois de sciage réduits à une trop foible épaisseur. » (p.23)
Camus et Desmaisons : « Mais s’il y a abus de la part des Charpentiers, il y en auroit un autre non moins dangereux de se servir de bois d’aussi foible épaisseur que ceux dont on s’est servi. » (p.24)