Publié le par Mathias Fantin

Dimensions des planchers bois anciens

1  Introduction

Le choix des dimensions à donner aux solives et aux poutres des planchers bois a longtemps été un choix empirique, sur lequel il existe peu d’informations. Cette question est abordée dans les traités d’architecture à partir du XVIIe siècle. Ils donnent alors les dimensions, hauteur et largeur, à privilégier en fonction de la portée. Nous avons regroupé les hauteurs conseillées pour les solives1 par différents traités d’architecture sur un graphique (Fig. 1), afin de permettre leur comparaison.
Nous allons passer en revue chronologiquement les informations contenues dans ces traités, et tenter de les replacer dans leur contexte historique.
Hauteur des solives en fonction de la portée
Fig 1: Hauteur des solives en fonction de la portée
traités d’architecture ou de construction de 1624 à 1810

2  Tables de dimensionnement au XVIIe siècle

2.1  Louis Savot, L’architecture françoise des bastimens particuliers

En 1624, Savot publie L’architecture françoise des bastimens particuliers. Il est médecin, mais s’intéresse également à l’architecture. Son ouvrage s’adresse aux particuliers qui veulent faire bâtir, afin de les aider à suivre leur chantier. Il fut réédité en 1673 avec des notes de François Blondel, puis à nouveau en 16852.
Il indique les hauteurs à donner aux poutres de 20 à 30 pieds de portée, et aux solives de 6 à 15 pieds de portée3 ([14,pp.154-155]). Cette première règle est géométrique, la hauteur des poutres et solives ne dépend que de la portée. Les largeurs des solives sont précisées, mais pas celles des poutres. Les solives sont légèrement rectangulaires (le rapport $h/b$ est égal à 1,5), et Savot précise qu’elles être mises de champ. L’espace libre entre solives doit être égale à leur hauteur. Cela conduit à une disposition des solives avec un espacement un peu plus grand que celui des solives espacées tant-plein-que vide. Félibien reprend en 1676 les indications de Savot uniquement pour les solives de 6 pieds de portée4.
La règle donnée par Savot est celle qui nécessite, à portée égale, les solives les plus hautes. Tous les autres auteurs que nous verrons par la suite donnent des règles qui correspondent à des solives moins hautes que celles de Savot. Ce point apparait nettement sur la Fig. 1, où la droite correspondant à Savot est isolée en haut à gauche. Par ailleurs, Savot ne donne que les dimensions des cas extrêmes qu’il considère : six pieds de portée, ou quinze pieds de portée. Il laisse le soin à son lecteur de faire le calcul pour déduire de cette information la hauteur de solive nécessaire pour une portée intermédiaire, entre six et quinze pieds. Les autres traités que nous verrons simplifient la tache du lecteur, en donnant les hauteurs des solives en fonction de la portée à intervalles réguliers.
La réédition commentée par François Blondel en 1673 de l’ouvrage de Savot n’apporte pas de modification aux dimensions à prévoir pour les solives (1673 [15,pp.165-167]).

2.2  Pierre Bullet, L’architecture pratique

En 1691, Bullet publie l’architecture pratique. Il critique dans son avant-propos l’ouvrage de Savot « car si un Architecte se sçavoit que ce qui y est contenu, il seroit tres-ignorant. » Bullet est architecte, et adresse son ouvrage à l’ensemble des acteurs de la construction : architectes, entrepreneurs, maîtres d’ouvrage. Il décrit en détail les principes du toisé, c’est-à-dire l’évaluation du coût de la construction. Son ouvrage sera réédité régulièrement au XVIIIe siècle.
Bullet donne un tableau pour le choix de la section de la poutre en fonction de sa portée, « laquelle Table a esté faite par une regle fondée sur l’expérience, dont chacun se pourra servir comme il le jugera à propos pour son utilité ». La table de Bullet pour les poutres donne des hauteurs de poutre proches de celles proposées par Savot en 1624. Cependant ce tableau couvre maintenant les poutres de 12 pieds à 42 pieds de portée, et précise également leur largeur. Bullet donne également les sections à donner aux solives en fonction de leur portée (1691 [6,pp.221-225]). Concernant les solives, il recommande d’utiliser des bois de brin dès que la portée dépasse 15 pieds (environ 4m80). Les sections préconisés par Bullet pour les solives et les poutres en fonction de leur portées sont légèrement rectangulaires (le rapport $h/b$ est compris entre 1,1 et 1,4). Il précise qu’elles doivent être posées sur le champ et non à plat.
Bullet intègre à son tableau de 1691 des poutres de grandes portées de très fortes sections, qui semblent peu réalistes car très difficiles à se procurer. La plus grande fait 42 pieds de portée soit environ 13m40, et 25 pouces de hauteur, soit environ 67cm.
Les informations données par Bullet recoupent en grande partie celles de Savot, notamment sur l’utilisation de solives rectangulaires posées de champ. Elles se distinguent de celles de Savot essentiellement concernant les dimensions à donner aux solives, nettement plus faibles chez Bullet que chez Savot, et par la présentation. Bullet présente les sections des solives en fonction de la portée à intervalle régulier, ce qui simplifie l’utilisation de son traité.
Les tables de Bullet seront reprises par de nombreux traités par la suite. Elles seront par exemple intégrées au traité de Mathurin Jousse en 1702 lors de sa réédition par La Hire5. Le traité sur la charpente de Mathurin Jousse est probablement celui qui a rencontré le plus grand succès au XVIIe siècle. Publié puis réédité en 1627, 1650, 1659 et 1664, il ne contient cependant pas d’information sur le choix des dimensions à donner aux poutres et solives, jusqu’à la réédition de 1702 par de La Hire.

3  Entre calculs et tradition

3.1  Parent, Bélidor et Buffon

Au début du XVIIIe siècle, Bélidor critique nommément la table des poutres donnée par Bullet (1729 [1,IV.30]). Il donne sa propre méthode de dimensionnement des poutres, qui n’est plus simplement géométrique, mais tient compte de la surcharge ponctuelle supportée par la poutre (IV.22-28). Bélidor s’appuie sur les expériences qu’il a mené sur la résistance des bois et dont il livre les résultats dans ce même ouvrage.
Cet essai de rationalisation du dimensionnement des poutres et solives en bois sur la base de résultats expérimentaux n’est pas un essai isolé au XVIIIe siècle. Parent avait déjà mené des essais entre 1707 et 1710. Buffon présente à l’Académie des Sciences le résultat de ses expériences sur la force des bois en 1740 [4] et 1741 [5]. Duhamel du Monceau réalisera lui aussi des expériences sur la résistance du bois au sein d’une étude plus large sur le bois (1767 [7]). Cette démarche basée sur le calcul de la résistance des poutres semble néanmoins ne pas s’imposer au XVIIIe siècle.

3.2  Blondel et Patte

Malgré la critique de Bélidor, l’approche géométrique des tableaux de Bullet reste de loin l’approche la plus courante pour choisir les dimensions à donner aux solives dans les traités du XVIIIe siècle. Les auteurs qui proposent des dimensions proches de celles des tableaux de Bullet sont Blondel 1752 [2,p.159], Mesange 1753[11,p.72], Patte 1769 [12,p.140], Blondel et Patte 1777 [3,pp.253-264], Le Camus de Mézières 1786 [10,p.213] etc. Dans ces traités, les différences de dimensions sont minimes, comme l’illustre la figure 1. Elles sont principalement dues au choix de ne donner que des dimensions entières (en pied pour les portées, en pouce pour les sections).

3.3  Rondelet, l’art de la simplification

Finalement, au début du XIXe siècle, la règle géométrique simple que propose Rondelet dans l’art de bâtir, celle de donner comme hauteur aux solives 1/24 de la portée est conceptuellement proche du tableau de Bullet. Elle donne comme résultat des solives un peu plus hautes, sauf pour les petites portées (inférieures à 14pieds soit environ 4m50) (Fig. 1). Malgré la mise au point du calcul de la résistance des poutres au XVIIe et XVIIIe siècle, puis son enseignement en école d’ingénieur au XIXe siècle, les planchers bois semblent être restés en dehors de ces considérations théoriques, jusqu’à ce que les planchers métalliques de la seconde moitié du XIXe siècle ne donnent finalement une application pratique à cette théorie pour les planchers.
J’ai trouvé d’après un très-grand nombre d’observations et de recherches, que pour former un plancher qui ait la solidité convenable, il faut, si les solives sont espacées tant plein que vide, que leur épaisseur verticale soit 1/24 de leur longueur dans œuvre. Ainsi les solives d’un plancher de 12 pieds de portée entre les murs, devraient avoir 6 pouces d’épaisseur verticale et être espacées de 6 pouces, si elles sont carrées.
De la grosseur à donner aux solives, Rondelet 1810 [13,p.133]
L’épaisseur verticale des poutres doit avoir la dix-huitième partie de leur portée ou longueur dans œuvre ; il vaut mieux qu’elles soient carrées que méplates, parce que les cylindres ou cônes ligneux dont elles sont composées, étant moins tranchés ont plus de force et de roideur.
De l’épaisseur des poutres, Rondelet 1810 [13,p.141-142]

4  Conclusion

Nous reviendrons dans un prochain article sur l’orientation des solives, à plat ou de champ, ainsi que sur les surcharges d’exploitation à considérer pour les planchers, et qui illustrent bien les tensions existantes entre la naissance de la théorie du calcul des poutres, et les traditions et habitudes pratiques des constructeurs.
Soulignons pour conclure que cette exploration des traités d’architecture ne permet que de connaître l’approche probable des maîtres d’œuvre et des maîtres d’ouvrages, principaux destinataires de ces traités, pour estimer les dimensions des bois à mettre en œuvre pour leurs planchers. Les méthodes employées par les charpentiers pour choisir la dimension des bois des planchers, elles, ne peuvent pas être connues à travers l’étude des traités. On pourra noter par exemple, que si la grande majorité des traités préconisent la pose de champ des solives, on observe en pratique que les solives étaient souvent posée à plat dans le Nord de la France jusqu’à la fin du XVIIIe siècle.
 
Article mis en ligne le : 11/11/2014.
 

Sur l’auteur :

Mathias Fantin est ingénieur structure et docteur en architecture, et il travaille sur 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

[1]
: La Science des ingénieurs dans la conduite des travaux de fortification et d’architecture civile – Livres IV à VI. C. Jombert, Paris, 1729.
[2]
: Architecture françoise, ou Recueil des plans, élévations, coupes et profils des églises, maisons royales, palais, hôtels & édifices les plus considérables de Paris, vol. 1. Charles-Antoine Jombert, Paris, 1752.
[3]
et : Cours d’architecture, ou Traité de la décoration, distribution & construction des bâtiments, vol. 6. Desaint, Paris, 1777.
[4]
: Expériences sur la force du bois. In Mémoires de l’académie royale des sciences, p. 453-467. 1740.
[5]
: Expériences sur la force du bois – Second mémoire. In Mémoires de l’académie royale des sciences, p. 292-334. 1741.
[6]
: L’architecture pratique. E. Michallet, Paris, 1691.
[7]
: Du transport, de la conservation et de la force des bois. L.-F. Delatour, Paris, 1767.
[8]
: 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.
[9]
et : L’art de charpenterie. Thomas Moette, Paris, 1702.
[10]
: Le guide de ceux qui veulent bâtir, vol. 1. Paris, 1786.
[11]
: Traité de charpenterie et des bois de toutes especes – Tome 1. Jombert, Paris, 1753.
[12]
: Mémoires sur les objets les plus importans de l’architecture. Rozet, Paris, 1769.
[13]
: Traité théorique et pratique de l’art de bâtir. Tome 4 / Partie 1, vol. 4. l’auteur (Paris), 1810.
[14]
: L’architecture françoise des bastimens particuliers. Sesbastien Cramoisy, Paris, 1624.
[15]
: L’architecture françoise des bastimens particuliers. F. Clouzier l’aîné, Paris, 1673.

Notes :

1 Le même travail pourrait être réalisé sur les poutres.
2 Notice concernant L’architecture françoise des bastimens particuliers de Savot (1624), par Jean-Pierre Babelon, 2006, http://architectura.cesr.univ-tours.fr/Traite/Notice/ENSBA_LES0799.asp?param=
3  « Les solives sur la portée de six pieds doivent estre de quatre pouces de largeur, & de six d’espaisseur : Sur celle de quinze pieds, s’il se renvontroit quelqu’une de cette longueur de huict pouces de largeur, & de douze de hauteur, ou d’espaisseur […] »(Savot 1624 [14,pp.154-155])
4  « Solives ; ce sont les pieces de bois qui servent à soutenir les planchers. Sur la longueur de six pieds, elles doivent avoir du moins quatre pouces de large & six d’épaisseur […] » (Félibien 1676 [8,p.739])
5  Gabriel-Philippe de La Hire, qui reprend et complète le traité de Mathurin Jousse est le fils de Philippe de La Hire (Jousse et de La Hire 1702 [9]).