Planchers à fermettes

1  Introduction

Les premiers planchers d’habitations construits en France avec des poutrelles métalliques en I datent de la fin des années 1840. D’autres types de planchers métalliques ont été construits cependant avant cela¹. Nous présentons ici le cas des planchers à fermettes. Ces derniers apparaissent dans les années 1780 et sont employés jusque 1850 environ. Les planchers à fermettes sont composées comme leur nom l’indique de fermettes métalliques, telles que celles visibles sur la figure 1. L’espace entre les fermettes est hourdé en poteries creuses ou en plâtras.

2  Description et exemples

2.1  Description des planchers à fermette

Fermettes   Les fermettes sont un assemblage de deux éléments principaux : un fer cintré, ou arc, qui joue le rôle porteur principal pour la fermette, et un tirant qui reprend les poussées du fer cintré. Ces deux éléments principaux sont joints entre eux par des brides, parfois complétées par des potelets. Les fermettes font l’objet de modifications successives pour en améliorer la portance et la fonctionnalité. La figure 2 présente quatre variantes différentes de fermettes. Le dessin du bas représente une fermette à laquelle a été adjointe un tirant supérieur : à droite, des brides complémentaires ont été ajoutés entre l’arc et le tirant supérieur, qui n’existent pas sur la version à gauche. Le dessin du haut présente une fermette avec brides verticales, à gauche, et avec brides inclinées, à droites. Il existe également des mentions de fermettes où l’arc cintré est remplacé par deux arbalétriers et un buton horizontal parralèle au tirant. La résistance et la rigidité de la fermette augmente avec sa hauteur. Cependant des problèmes de stabilité peuvent apparaître rapidement (déversement) . Le remplissage des entrevous (voir ci-dessous) a un effet stabilisateur contre le déversement. Assemblages   Les assemblages nécessaires pour la construction d’une fermette sont nombreux, et évoluent entre 1780 et 1840. Les premiers planchers utilisent des clavettes et des boulons à clavette pour les assemblages (e.g. Lequeu, Ango). En 1860, Chapron évoque à une époque ou les fermettes ne sont plus employés que des rivets étaient utilisés pour fixer les brides au tirant, à l’arc et aux potelets (représentés schématiquement sur la Fig. 2). Hérard enfin représente des assemblages par boulons à écrous au niveau des retombés des arcs (1845 [5]). Treillage métallique   Des entretoises en fer sont disposées entre les fermes de manière à former un quadrillage régulier sur lequel est bâti le hourdis du plancher. Ces entretoises ne sont généralement pas simplement posées sur les fermettes, mais s’y assemblent. Les entretoises sont parfois complétées par des fentons (ou fantons) disposés parallèlement aux solives, ce qui conduit à une maille beaucoup plus resserrée. En plus des fermettes, de long tirants métalliques peuvent être disposés, soit parallèlement aux fermettes (e.g. Eck), soit perpendiculairement aux fermettes (e.g. Ango). Dans ce cas ils se substituent localement aux entretoises. L’ensemble de ces pièces métalliques sont désignés sous le terme de paillasse ou treillage métallique. A titre d’exemple, considérons la figure 3 de Hérard (1845 [5]). Elle représente un plancher, avec fermettes principales (maîtresses fermes aa et bb) et fermettes secondaires (fermes de remplissage cc) perpendiculaires au fermes de remplissage (Fig. 4). Les entretoises dd et les fantons ee, appelés côtes de vaches par Hérard, complètent ce système. Hourdis des entrevous   L’espace entre les solives d’un plancher (ici les fermettes) est appelé entrevous. L’entrevous est fermé à l’aide d’un hourdis (c’est-à-dire remplissage). Le hourdis peut-être constitué de plâtre et plâtras, ou de poteries creuses. Les poteries creuses sont également appelées pots creux ou globes (Fig. 5). Elles sont aussi représentées par Lequeu (Fig. 9 en bas ci-dessous).

2.2  Invention des planchers en fer par Ango, 1782

Les premiers planchers en fer qui sont documentés sont ceux présentés en 1782 par Ango (ou Angot²), architecte, juré expert, à l’Académie Royale d’Architecture. L’Académie nomme quatre commissaires pour examiner la construction d’un plancher et établir un rapport : Franque, Brébion, Jardin et Guillaumot. Ce rapport, rendu public en 1785, sera repris dans l’encyclopédie méthodique de 1791, et permet d’avoir le détail de ces premiers planchers ([2]). Les premiers planchers construits par Ango existent déjà en 1782 lorsque ce dernier présente à l’Académie Royale d’Architecture son invention : rue Saint-Victor et rue Neuve-des-petits-champs. Un nouveau plancher sera construit à Boulogne en avril 1785, pour montrer aux commissaires de l’Académie le procédé de construction. C’est ce plancher qui est reproduit sur les gravures de l’encyclopédie méthodique (figures 7 et 8 ci-dessous) Les premiers planchers construits par Ango utilisent plâtre et plâtras pour les hourdis. Il est évoqué dans l’encyclopédie la possibilité de remplacer ces hourdis par des pots de terre cuite, creux et cylindriques inventés par M. de Saint-Fart, et qui ont eux aussi ont été présentés³ à l’Académie Royale d’Architecture en 1785. Les fermettes proposées par Ango sont appliqués à des planchers d’habitations. La possibilité d’utiliser les fermettes pour construire des combles, des poitrails, des poutres, des linteaux etc. est déjà évoquée dans l’encyclopédie en 1791, ainsi que l’avantage qui pourrait en être tiré pour les hôpitaux et les théâtres vis-à-vis du risque d’incendie.

2.3  Hôtel de Montholon, 1785, Lequeu

Jean-Jacques Lequeu a étudié plusieurs types de fermettes pour des planchers. Ces solives sont décrites sur deux planches de dessin. Nous reproduisons quelques détails ci-dessous de la première planche ci-dessous. Les annotations manuscrites indiquent que ces fermettes portent de 20 et 30 pieds (6m40 à 9m60 environ). Lequeu dénomme les brides moises coudées, et il ne semble pas utiliser de potelets. Les deux planches complètes sont disponibles sur le site de la BNF : Détails de plusieurs planchés de fer / Ferme et plancher en fer Ces deux planches de dessin ne portent pas de date visible, ni de mention explicite du projet auquel elles appartiennent (du moins sur les parties des planches qui ont été scannées). Elles sont datées de 1786 sur le site de la BNF, et sont classées parmi les plans de l’hôtel de Montholon. Ce dernier a été construit en 1785 à Paris, par François Soufflot le Romain, neveu de Jacques-Germain Soufflot, et Jean-Jacques Lequeu. Nous ne disposons pas d’indications sur la construction ou non de ces planchers à fermette pour l’hôtel de Montholon. Il existe d’autres planches de dessin pour l’hôtel de Montholon où les planchers représentés sont en bois : Hôtel de Montholon ; Détail de l’entre-colonnement de la façade du boulevard ; Elevation ; Profil. Même si ce plancher n’a pas été construit avec fermettes, les dessins de Lequeu montrent au moins qu’une étude sérieuse a été menée pour qu’il puisse l’être.

2.4  Art de bâtir, 1814, Rondelet

Les dessins de Rondelet en 1814 sont proches de ceux de Lequeu, mais il mentionne de façon explicite dans son texte l’utilisation de potelets entre les brides pour éviter le rapprochement de l’arc et du tirant. Ce système était peut-être prévu par Lequeu mais n’apparait pas clairement sur ses dessins. Rondelet propose une version pour les combles qui ne sont pas soumis à des charges importantes (Fig. 11 à g.), une version pour les combles à protéger des incendies (Fig. 11 à d.), et une version correspondant probablement à un plancher de longue portée, combinaison projetée pour une ferme de théâtre de même dimension que celle du théâtre d’Argentine à Rome ou du théâtre de l’Odéon à Paris. 12 (Rondelet 1814 [8,pp.536-537]) .

3  Importance des poteries creuses

L’ouvrage de référence concernant les constructions en poteries creuses est le Traité de construction en poteries et fer de Charles Eck (1836 [4]). Ce traité présente successivement la construction des voûtes puis des planchers à l’aide des poteries creuses. (Fig. 15 à d.) L’analogie qui existe entre les voûtes plates et les planchers métalliques à fermettes est assez évidente, comme nous allons pouvoir le constater en consultant successivement les descriptions de Eck sur la question.

3.1  Voûtes en pots creux

Rondelet écrit en 1805 à propos des voûtes en poteries creuses : « c’est actuellement le procédé le plus en usage pour les voûtes et les planchers des appartemens où l’on ne veut pas employer du bois » (1805 [7,pp.372-374]). Les poteries creuses utilisées pour la construction sont représentées sur la Fig. 15. Certaines voûtes de petites dimensions peuvent être construites sans l’usage de fer. Eck donne l’exemple de voûtes en berceaux construites ainsi, dont la voûte plein cintre de la salle Louis-Philippe de la chambre des députés (Palais Bourbon) construite par Joly de 1827 à 1832, et certaines petites voûtes de l’église de la Madeleine et du Panthéon (p.19). Lorsque la voûte est surbaissée ou est de grande dimension, l’utilisation du fer devient nécessaire selon Eck⁴. Le premier exemple en France de l’utilisation combinée du fer et des poteries creuses se trouve au Palais Royal à Paris selon Eck. Lors de la construction de 1786 à 1790 du théâtre du Palais Royal⁵ par Victor Louis pour Louis-Philippe d’Orléans, ce système a servi pour la construction de la grande voûte du théâtre, et pour le plancher du grand salon (p.2). Eck donne également les exemples suivants : la chapelle du Palais-Royal par Fontaine (entre 1814-1831), plafond surbaissé et à voussures et voûtes d’arête à l’édifice du quai d’Orsay, le plafond à voussures du tribunal de commerce au palais de la Bourse par Labarre (Palais Brongniart, commencé par Brongniart de 1807-1813, et terminé par Labarre de 1813 à 1825), la voûte à pendentifs de la bibliothèque de la chambre des Députés (Palais Bourbon par Joly de 1827 à 1832). Dans le cas des voûtes plates les tirants peuvent être dissimulés dans l’épaisseur de la voûte. Les tirants sont rectangulaires (méplats) posés sur champ, et disposés en tout sens, c’est à dire selon les deux directions principales de la voûte. Certaines poteries présentant des entailles pour permettre le passage des tirants (entaille visible sur la Fig. 15). Dans le cas des voûtes plates, Rondelet indique qu’elles doivent avoir en hauteur au moins le 30^e de la portée. De plus, une contreflèche de 1/100^e est prévue lors de la construction, pour compenser la déformation de la voûte lors de la mise en charge. Rondelet indique que la portée de ces voûtes ne dépassent pas 7 à 8 mètres. Cependant Eck indique quelques années plus tard qu’il est possible de construire sur des portées de 10m (Eck 1836 [4,p.7]) En dehors des exemples fournis par Eck, nous n’avons pas d’informations sur l’ampleur et la diffusion de l’utilisation de ce procédé de construction.

3.2  Planchers en pots creux

Eck distingue dans sa présentation plusieurs types de planchers en poteries creuses et fer : faibles ou faux planchers, planchers ordinaires ou de force moyenne, et planchers résistans ou de première force. Nous n’avons malheureusement pas trouvé les planches de dessin correspondant à ces descriptions. Faibles ou faux planchers   Ces planchers servent à recouper un étage, pratique que ne cautionne pas Eck. Mais lorsque cela est jugé nécessaire par les propriétaires, Eck met en avant tous les avantages du système avec poteries creuses, notamment contre le risque d’incendie. Le plancher est construit en poteries creuses sous la forme d’une voûte à faible flèche (5 à 8cm). Ils sont équipés de bandes de fer ou tirans ancrés sur les murs, espacés les uns des autres de 1 mètre à 1 mètre 50 cent., et reliés dans leur milieu par un cours de petites bandes de fer placées de champ comme les tirans, et qui les croisent à angle droit. On retrouve ici le système des voûtes plates à poteries creuses que nous avions vu auparavant. Ces planchers ne mettent pas en jeu de fermettes. Planchers ordinaires ou de force moyenne   Ce sont ceux qui font partie de la presque généralité des constructions particulières et des dépendances des monumens et édifices publics. Les armatures des planchers faibles que nous avons vu ci-dessus sont remplacées par des fermettes, munies d’une seule bride en leur milieu, et placés tous les 4 mètres environ. Cet espace est redécoupé par des tirants complémentaires parallèles aux fermettes. Sur ces tirants sont disposés les entretoises et fantons, équipés de crochets. Si la portée est importante, il faut alors utiliser des fermettes (appelées fermes par Eck) munies de plusieurs brides, et équipées d’ancres à leur extrémité. Planchers résistans ou de première force   Ces planchers sont équipés de fermettes principales (fermes) et fermettes secondaires (fermettes) parallèles, dont l’écartement est maintenu par des entretoises. Ce système complété avec des fentons forme un quadrillage de 1 mètre à 1 mètre 30 de côté. Eck donne l’exemple du plancher à voussure de la grande salle dite des 27, 28 et 29 Juillet, exécutée en 1834 au palais de Versailles par Frédéric Nepveu, et qui met en jeu une combinaison de plusieurs fermes et fermettes. Eck évoque également les planchers de terrasse que nous n’évoquerons pas en détail ici.

3.3  Voûtes ou planchers ?

La description des planchers à fermettes que donne Eck montre que dans leur conception, ces planchers mettent à la fois en jeu un fonctionnement en compression (voûte) et en flexion (poutre). Les poteries creuses forment une voûte de faible flèche, donc exerçant des poussées importantes (relativement à son chargement) sur les murs. Le très faible poids volumique des poteries creuses est l’évident avantage de ce système. Les poussées peuvent être reprises par les murs épais et chargés par les étages dans le cas des planchers faibles. Dans le cas des autres planchers, les fermettes et tirants ont pour but de reprendre les poussées de la voûte. Ils contribuent également à la portance du plancher par leur résistance en flexion. L’expression « plancher à fermette », par exemple dans la description qu’en fait Chapron en 1860, occultera un peu l’importance qu’on joué les voûtes en poteries creuses dans la naissance de ce système constructif ([1]). Alors que chez Eck en 1836 les planchers sont décrits comme des voûtes plates avec des tirants, voir des fermettes et des fermes pour les rigidifier et reprendre les poussées au fur et à mesure de l’augmentation du chargement, chez Chapron en 1860 les fermettes sont décrites comme des solives individuelles qui assurent un rôle porteur, et qui prennent la charge d’un remplissage dont le rôle porteur n’est pas clairement souligné.

4  Historique des planchers à fermette

Les voûtes plates en poteries creuses et les premiers planchers à fermette sont très similaires dans la description qu’en fait Eck en 1836. L’apparition des fermettes pourrait sembler initialement être une innovation ponctuelle pour un système existant : la fermette remplacerait le tirant méplat mis sur champ des voûtes en poterie creuse. En réalité, le rapport de l’Académie Royale d’Architecture sur l’invention de Ango, montre que les premières fermettes qui ont été utilisées entre 1782 et 1785 correspondent à des planchers dans lesquelles les poteries creuses n’étaient pas utilisées. Ces planchers étaient hourdées en plâtre et plâtras. L’utilisation des poteries creuses est intervenue ultérieurement. L’invention de Ango de 1782 n’est mentionné ni par Rondelet en 1814, ni par Eck en 1836, et les fermettes des voûtes en poteries creuses en 1786 au Palais-Royal sont parfois mentionnés comme le premier exemple d’utilisation des fermettes. Lemoine note que les constructions de plancher en fer restent exceptionnelles jusqu’à 1820 en France (1993 [6]). Selon Eck, la restauration par Fontaine du Palais (entre 1814-1831) où l’ensemble des planchers qui seront construits le seront à l’aide des fermettes a joué pour la diffusion de ce système (Eck p.2). Une ordonnance de police qui rendait l’utilisation du métal obligatoire pour la construction des planchers et des combles des théâtres à Paris, a pu également favoriser l’emploi des planchers à fermettes (Sirodot 1851 [10, p.70] – date de cette ordonnance non retrouvé). Cependant, bien que le système constructif des planchers à fermette soit économe en fer, il nécessite une main d’œuvre importante pour assembler les différentes pièces qui composent les fermettes. D’après Chapron, ce coût explique que les fermettes furent peu utilisées pour les planchers d’habitation (1860 [1]). Les planchers à fermettes ne connaissent donc pas un succès immédiat dès leur invention au XVIII^e siècle. Elles ne s’imposeront d’ailleurs pas vis-à-vis des planchers en bois, et seront dépassées par un autre système de plancher, le plancher Vaux, dans les années 1840. Des perfectionnements des fermettes étaient cependant encore proposés lors d’une exposition en 1849 (Sirodot 1851 [10, p.75]). Notons pour finir que plusieurs articles⁶ publiés dans la Revue générale de l’architecture et des travaux publics en 1845 indiquent que les fermettes furent utilisées pour des planchers ou des poitrails où il avait été envisagé initialement d’utiliser du bois, en raison de la grève des charpentiers.  
Article mis en ligne le : 18/02/2015.
Révisé le : 21/02/2015.

Bibliographie

[1]

L.  CHAPRON : Etudes sur les planchers en fer, comprenant l’examen de 24 systèmes différents. Nouvelles annales de la construction, sept. 1860.
http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/cb32826369p/date

[2]

COLLECTIF : Voûtes, Planchers, Toits et Couvertures. Encyclopedie Méthodique – Arts et Métiers Mécaniques – Tome Huitieme, 1791.
https://books.google.fr/books?id=AJOSRL5jbUAC

[3]

J.  DENFER : Charpenterie métallique – Menuiserie en fer & Serrurerie, vol. 1 de Encyclopédie des travaux publics. Gauthier-Villars, Paris, 1894.
http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k910002

[4]

C.  ECK : Traité de construction en poteries et fer, à l’usage des batimens civils, industriels et militaires. Blosse, Paris, 1836.
https://books.google.fr/books?id=Ja–E2N4egwC&dq

[5]

HéRARD : Planchers en fer. Revue générale de l’architecture et des travaux publics, 6, 1845-1846.
http://archive.org/details/revuegnraled61845pariuoft

[6]

B.  LEMOINE : L’architecture du fer. Champ Vallon, 1993.

[7]

J.  RONDELET : Traité théorique et pratique de l’art de bâtir – Tome 3 Livre 5. chez l’auteur, Paris, 1805.
http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k866372

[8]

J.  RONDELET : Traité théorique et pratique de l’art de bâtir – Tome 4 Partie 2 Livre 7. chez l’auteur, Paris, 1814.
http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k86639r

[9]

J.  RONDELET : Art de bâtir – Planches. Paris, 1828.
http://digi.ub.uni-heidelberg.de/diglit/rondelet1828planches

[10]

H.  SIRODOT : Industrie du bâtiment – Exposition de 1849 – Charpente. Revue générale de l’architecture et des travaux publics, 9, 1851.
http://archive.org/details/revuegnraled91851pariuoft

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Notes