BOIS (architecture)

BOIS (architecture)

Le bois offre au constructeur une matière presque universellement répandue à laquelle ses caractéristiques spécifiques, sa souplesse d’emploi et sa diversité ouvrent un immense champ d’application. Employé seul, combiné à d’autres matériaux, utilisé brut ou transformé par divers procédés, il a répondu dès la préhistoire aux besoins de l’homme, et peut aujourd’hui atteindre aux niveaux de technicité les plus sophistiqués. Habitat individuel ou collectif, ouvrages de défense ou engins de siège, ouvrages d’art, bâtiments publics, civils ou culturels, abri des activités agricoles ou pré-industrielles: les exemples ne manquent pas, dans le passé ou à notre époque, d’édifices comportant des structures en bois. En dictant par ses caractéristiques propres les formes de l’architecture, ou en se pliant à la conception du maître d’œuvre, ce matériau vivant instaure un dialogue fécond avec l’homme.

1. Les caractéristiques du matériau

Le bois d’œuvre, par sa texture fibreuse et sa densité variable, peut travailler, à la différence de la plupart des autres matériaux, à la traction, à la flexion et à la compression, selon des paramètres qui dépendent des essences utilisées, des sections choisies, et du mode de débit pratiqué. La fibre, le « fil » du bois, dicte pour une bonne part le meilleur usage de ces trois aptitudes: « bois de fil » de faible section pour le travail à la traction: de forte section pour le travail en flexion; « bois debout » de section importante pour le travail en compression. Les assemblages utilisés dans la mise en œuvre se fondent pour une large part sur la primauté accordée à l’une ou l’autre de ces aptitudes. Le faible poids spécifique du bois est également à ranger au nombre de ses avantages ainsi que la facilité de son acheminement souvent effectué par flottage. Sa légèreté lui permet en outre une mise en œuvre rapide avec une main-d’œuvre réduite. Ces données expliquent l’usage du bois dans l’architecture « éphémère »: de la hutte du charbonnier aux extraordinaires édifices mis en place pour quelques jours à l’occasion de grands événements comme au XVI^e siècle les « entrées » royales dans les villes, où la réalisation des arcs de triomphe et autres décors était confiée aux meilleurs architectes.

Le bois d’œuvre judicieusement utilisé se conserve admirablement. L’eau, les insectes xylophages et surtout le feu sont ses principaux ennemis. Si de nombreuses essences se conservent parfaitement en immersion totale, elles supportent mal les intempéries et les remontées capillaires. Mais le choix d’essences adaptées et l’utilisation de traitements insecticides et fongicides permettent d’obtenir une longévité remarquable des constructions en bois. Si l’incendie reste bien sûr le facteur de destruction le plus redoutable, il faut cependant tempérer cette affirmation par l’étonnante stabilité au feu des structures de bois, qui subissent sans perte importante de leur résistance mécanique une lente calcination de la surface; celle-ci forme alors un écran carboné, bon isolant du matériau en profondeur. Les structures métalliques et le béton armé sont paradoxalement beaucoup plus fragiles au feu. La prise en compte de ce facteur de dégradation possible a donc engendré des formes architecturales spécifiques et des technologies particulières.

Le choix des essences – liées à l’abondance locale – et l’utilisation des bois de résineux ou de feuillus sont des éléments déterminants dans l’élaboration des techniques et des formes. Les résineux fournissent en général des bois rectilignes et de section homogène, bien adaptés aux ossatures simples et à la construction des murs par empilement. À l’inverse, les feuillus produisent des bois d’une grande variété de sections: quelques pièces de fort équarissage et de nombreuses pièces de faible section permettent la mise en œuvre d’une ossature principale dans laquelle s’inscrivent des armatures secondaires, conception de base du pan de bois.

2. La mise en œuvre

La nature du bois, sa texture et sa légèreté obligent le bâtisseur à en concevoir les éléments non pas comme des pièces simplement juxtaposables ou empilables, mais comme des membres articulés, rendus solidaires par des assemblages dont la nature varie selon la fonction de l’élément: traction, flexion ou compression. La fourche naturelle de la branche a fourni le modèle primitif de l’assemblage. La matière fibreuse tirée de plantes ou d’écorces a permis les premiers assemblages par liens, dont l’usage s’est éteint récemment avec la disparition des échafaudages de sapin assemblés par des cordes de chanvre. L’entaille longitudinale ou transversale du matériau a donné naissance à la véritable science de l’assemblage (cf. pl. 1). La simple rainure permet la connexion d’éléments verticaux (poteaux jointifs) ou horizontaux par bouvetage; l’assemblage à mi-bois donne aux constructions de bois empilé des angles robustes. Le mi-bois, traité à queue-d’aronde, permet de développer les possibilités de travail à la traction; mais c’est l’apparition de l’assemblage à tenon et mortaise qui autorise les progrès les plus décisifs. Mortaises droites ou obliques, tenons traversants, clavés, leurs tracés utilisent les fils contrariés des pièces de bois, et le chevillage n’intervient que pour bloquer un assemblage déjà stable par lui-même. Le métal est utilisé plus ou moins largement sous la forme de bandes de renfort, de boulons jouant le rôle de chevilles clavées, ou encore de simples clous, d’agrafes, de plaques à dents ou connecteurs.

L’évolution de l’architecture de bois a suivi deux directions. La première part de l’abri primitif, de la hutte de branchages sommairement dressés ou liés pour atteindre les édifices savamment tressés comme des travaux de vannerie; les structures en sont parfaitement homogènes et la notion de mur n’y intervient pas. La seconde est issue de la distinction de deux fonctions – couvrir et clore – et comprend un comble charpenté, qui reçoit la couverture, et une paroi charpentée, qui définit le volume intérieur de l’édifice. Cette dissociation du mur et du comble amène à traiter isolément du comble charpenté, véritable architecture de bois autonome, éventuellement portée par une architecture de pierre.

3. Le comble charpenté

Dans le comble charpenté (cf. pl. 2) sont juxtaposées des pièces de bois régulièrement espacées, où se superposent des éléments aux sections graduellement décroissantes. Dans le cas le plus complexe sont entrecroisés successivement poutres, pannes, chevrons et, enfin, voliges ou liteaux sur lesquels vient se poser ou se fixer le matériau de couverture.

La charpente à empilement

La charpente à empilement fait appel aux possibilités de travail du bois à la flexion et à la compression, à l’exclusion de la traction. On la rencontre dans les premiers habitats de l’homme et dans les constructions les plus élaborées d’Extrême-Orient, où le toit est bien plus qu’un simple organe de mise hors d’eau et tend à devenir l’élément essentiel de la composition architecturale.

Le procédé le plus simple consiste à poser les pièces de bois d’un mur gouttereau à l’autre quand le toit est à pente unique, d’un mur pignon à l’autre dans le cas d’un toit à double pente. Si l’édifice est très large, il peut être doté d’une ou de plusieurs files de supports pour soulager le faîtage. Cette création de supports intermédiaires – poteaux ou colonnes – oblige le constructeur à structurer les éléments du comble charpenté: les supports intermédiaires doivent être reliés entre eux par des pannes, que l’on retrouve peu à peu, par extension, sur les murs ou sur les supports périphériques. Le souci de dégager le plus vaste espace libre au centre du bâtiment amène la suppression de la file axiale, remplacée par une série de petits poteaux verticaux posés sur les poutres transversales reliant deux files de supports latéraux. De ces principes procèdent notamment les grands édifices de l’Antiquité grecque et de la Rome impériale, et l’essentiel de l’architecture de bois d’Extrême-Orient.

L’architecture de la Grèce antique a été, plus qu’il n’y paraît, fortement marquée par ce matériau. Le développement de la sablière portée par les supports extérieurs aboutit au développement de l’entablement: l’ordre dorique naîtra des grands temples de bois édifiés aux VII^e et VI^e siècles avant notre ère. Les colonnes de bois cannelées portaient un entablement décoré et protégé par des plaques de terre cuite, alternant avec celles qui masquaient les abouts des poutres transversales (cf. pl. 2): dans le processus de « pétrification » des formes de l’architecture de bois, les linteaux de bois deviendront architraves, les triglyphes de marbre se placeront à l’aplomb de chaque chapiteau, et alterneront avec les métopes. Ce procédé de comble charpenté par empilement n’autorisait que les faibles pentes, ce qui explique les proportions des frontons.

La Chine, le Japon et la Corée possèdent encore de nombreux exemples d’édifices en bois bâtis dès le VII^e siècle de notre ère. Au Japon, ils sont d’ailleurs fidèlement reconstruits à intervalles réguliers. Dans ces régions, les poteaux supportent le comble et participent très étroitement à sa stabilité. Le souci de dégagement de l’espace intérieur, l’ampleur considérable donnée au débord des toits impliquaient des procédés aptes à accroître le portée des poutres, tant à l’intérieur qu’à l’extérieur: le système des consoles à degrés multiples a permis d’y répondre. L’orthogonalité parfaite y est de règle, et la multiplication des consoles superposées suffit à assurer le contreventement de l’édifice.

La ferme triangulée

La grande innovation de l’architecture occidentale en bois est la ferme triangulée (cf. pl. 4); elle fait appel à l’aptitude spécifique du matériau: le travail à la traction. Le poids des toitures supporté par la charpente du comble a tendance à déverser les murs gouttereaux et interdit donc l’accroissement de la pente des rampants, pourtant favorable à une meilleure évacuation des eaux. La ferme triangulée permet d’éliminer ces inconvénients, car elle lie solidement les points bas des pièces obliques qui supportent le poids de la couverture. La ferme triangulée est un ensemble indéformable composé de trois éléments principaux: deux arbalétriers obliques reliés par l’entrait, éventuellement greffés sur un poinçon vertical dont la base s’assemble au milieu de l’entrait pour l’empêcher de fléchir sous son propre poids. Les premières fermes triangulées apparaissent, semble-t-il, dès l’époque romaine. Elles permettent alors de dégager de très vastes espaces intérieurs dans les édifices publics. La largeur des salles est désormais fonction de la seule longueur de l’entrait, et non plus de la portée de poutres travaillant en flexion, chargées initialement du poids de la couverture.

Les premières fermes triangulées furent assemblées avec le renfort de bandes métalliques pour éviter le glissement des pieds d’arbalétriers et la rupture de l’assemblage du poinçon dans l’entrait soumis à la flexion. Les progrès des techniques d’assemblage ont amené la disparition progressive de ces renforts. La ferme élémentaire nécessitait l’adjonction d’autres organes permettant d’assurer, dans les combles de grande dimension, la parfaite rigidité des pièces principales: divers composants apparaissent, notamment les faux-entraits (cf. pl. 3), les contrefiches (cf. pl. 2) reliant entre eux les arbalétriers ou les entraits et les arbalétriers, les liens et aisseliers renforçant la jonction de deux éléments connexes – parfois courbes, pour faciliter la pose d’une voûte de bois en plein cintre, ou en arc brisé. Une succession de fermes était nécessaire pour recevoir le poids de la couverture. Le maître d’œuvre avait le choix entre deux solutions: une charpente à pannes ou une charpente à chevrons formant fermes (cf. pl. 2 et 3). Dans le premier système, des fermes triangulées complètes sont régulièrement espacées en « travées » (du latin trabs : poutre), portées par les poteaux ou les points forts des murs latéraux, et reçoivent plusieurs pannes longitudinales de part et d’autre de la panne faîtière, sur lesquelles seront fixés les chevrons. Dans le second, chaque travée est marquée par des fermes maîtresses entre lesquelles viennent prendre place des fermes secondaires, dépourvues d’entraits bas: un ou deux entraits retroussés et surtout la présence des sablières – souvent jumelées, portées par les poteaux ou les arases des murs latéraux – suffisaient à maintenir leur stabilité. Les arbalétriers des fermes maîtresses et des fermes secondaires ou fermettes y font donc fonction de chevrons. Dans le système de charpente « à chevrons formant fermes », il arrive fréquemment qu’il n’y ait d’autre lien entre les fermettes que le simple liteau ou la volige de la tuile ou de l’ardoise, mis à part la présence – assez rare – de contreventement longitudinal, réservé aux grands édifices. La charpente à pannes est beaucoup plus adaptée aux constructions à murs de bois, déjà fortement structurées par leurs poteaux qui reprennent ainsi les charges de la toiture exclusivement concentrées sur les fermes maîtresses. À l’inverse, la charpente à chevrons formant fermes permet de répartir sur toute la longueur de l’arase du mur les charges reprises par les fermes et fermettes, évitant ainsi la surcharge ponctuelle des maçonneries.

L’Europe du Nord avait, dès le XIV^e siècle, porté à leur point de perfection ces deux systèmes, dont il subsiste quelques précieux exemplaires. Il faut attendre le XVI^e siècle pour voir l’assemblage à tenon et mortaise supplanter définitivement la queue-d’aronde (cf. pl. 1), et pour voir disparaître la charpente à chevrons formant fermes au profit de la seule charpente à pannes. La charpente de comble des édifices sur plan polygonal ou circulaire se réalise selon les mêmes principes, formée par la juxtaposition de demi-fermes de l’un ou de l’autre type, dont les demi-entraits bas ou retroussés forment une ou plusieurs enrayures superposées (cf. pl. 3). Le point d’aboutissement extrême de cette technique est illustré par les flèches effilées posées du XIII^e au XVI^e siècle sur les tours de façade ou à la croisée du transept des plus grandes églises; couvertes de cuivre ou de plomb ouvragé et doré, elles culminaient souvent à plus de cent mètres de hauteur. Malheureusement, la foudre les détruisit presque toutes: la plupart sont aujourd’hui des reconstructions du XIX^e siècle.

4. La paroi de bois

Le support du comble charpenté prend les formes les plus diverses: poutres empilées horizontalement ou juxtaposées verticalement, simples poteaux entre lesquels viennent prendre place des parois légères et indépendantes, ou véritable « mur charpenté » (cf. pl. IV). Ces trois orientations correspondent à la fois à des particularismes géographiques et à des évolutions historiques que les découvertes archéologiques mettent aujourd’hui en évidence.

L’empilement

La pose par empilement des pièces de bois entrecroisées à mi-bois à leurs extrémités a encore de nos jours la faveur des régions où abondent les résineux à croissance rectiligne: de cette technique sont issus les chalets du massif alpin, de Suède et de Norvège, ou les isbas russes. La présence de murs de refend dans les constructions les plus vastes permet d’en raidir les parois latérales, et de constituer les indispensables relais pour supporter les pannes de couverture simplement posées. Le seul poids des éléments mis en œuvre suffit à assurer la stabilité de l’ensemble. On note cependant le souci, dans certaines régions comme le Tyrol, d’accroître la solidité des édifices par une structure de contrefiches obliques, apparentes sur la paroi externe où l’on utilise également leurs qualités décoratives.

Dans ces mêmes régions d’Europe du Nord sont apparues des structures mixtes, où les empilements de rondins et de larges planches sont maintenus dans les rainures de poteaux placés à intervalles réguliers. L’archéologie a révélé que de semblables structures existaient en France aux XI^e et XII^e siècles (abbaye de Boscherville ou motte de Mirville en Seine-Maritime par exemple) où cette pratique coexiste avec deux autres systèmes: celui du mur-palissade constitué d’épaisses planches bouvetées entre elles, fichées en terre et munies de poteaux aux angles; et celui, plus élaboré, qui interpose une sablière rainurée sous les planches bouvetées, ce qui donne plus de cohésion à l’ensemble. Le principal inconvénient de ces systèmes, cause de leur abandon, tient au fait de devoir ficher en terre – et d’exposer ainsi à l’humidité – les éléments verticaux pour en assurer la stabilité. Les constructions à comble porté sur poteaux isolés et la technique du pan de bois soigneusement isolé du sol y remédieront.

Les poteaux isolés

Les poteaux isolés assument une seule des fonctions dévolues au mur: porter le comble charpenté. La clôture de l’édifice, lorsqu’elle est nécessaire, est traitée indépendamment, au moyen de murs de maçonnerie isolés de la structure portante, ou de parois légères encastrées dans les poteaux. La Chine et le Japon ont largement utilisé ces deux types d’édifices où de nombreuses consoles disposées orthogonalement assurent la stabilité verticale du poteau. En Europe, les poteaux sont parfois agencés avec des croix de Saint-André étrésillonnant les parties hautes: c’est le parti adopté dans l’élément central des « stavkirke » scandinaves édifiées aux XI^e et XII^e siècles; celui-ci, conjugué aux massifs aisseliers courbes, assure le contreventement des arbalétriers de la charpente à pannes.

Le pan de bois

Nous sommes avec le pan de bois (cf. pl. 5) en présence d’une structure composite très répandue dans l’Europe de l’Ouest: l’Allemagne, la France et le Danemark en conservent encore de très nombreux exemples. Le pan de bois est formé d’un certain nombre d’organes correspondant à chacune des fonctions du mur: support, contreventement, clôture de l’espace. Sur chaque pièce de bois se lit cette fonction, exprimant les efforts qui s’exercent sur elle. Les poutres des plafonds participent à la cohésion de la structure de ces murs charpentés : soigneusement assemblées dans les poteaux du pan de bois, elles rendent solidaires les murs porteurs. Le pan de bois est ainsi constitué d’une ossature principale comprenant les poteaux et les sablières horizontales, raidis par des liens ou de longues écharpes obliques, et délimitant des cadres autonomes. À l’intérieur de ces cadres prend place l’armature de bois plus ou moins dense du colombage, sur lequel se fixe le hourdis. Ce remplissage est extrêmement varié selon les régions: maçonné, ou constitué de torchis – mélange de terre et de paille – appliqué sur un clayonnage, un lattis ou des éclisses encastrées entre les colombes.

Dans les bâtiments à plusieurs niveaux, le charpentier pouvait – selon le matériau dont il disposait – utiliser des poteaux d’une seule pièce montant de la sole basse à la sablière haute selon la technique « à longs poteaux » (cf. pl. 4), ou utiliser plus tardivement des bois courts superposés selon les techniques d’assemblage très élaborées, faisant notamment appel aux ressources de l’encorbellement. Les longs poteaux et l’encorbellement, dont on a fait parfois abusivement un critère de datation selon la présence de l’un ou l’autre de ces éléments, coexistent en fait dans de nombreux édifices. Il faut noter cependant la prédominance de l’encorbellement à la façade principale en raison des possibilités décoratives qu’il offre.

La technique de l’encorbellement a été largement pratiquée du XIII^e jusqu’au début du XVII^e siècle, et chaque région a développé l’une ou l’autre de ses variantes: le nord de la France a utilisé presque exclusivement l’encorbellement sur sommier et sur pigeâtre; l’Angleterre, l’Allemagne et le sud de la France ont préféré l’encorbellement sur solives; le Danemark a au contraire privilégié l’encorbellement sur sommier.

Le colombage diffère également d’une région à l’autre: serré et à dominante verticale dans le nord de la France, souvent en treillage en Angleterre et en France méridionale, il est plus lâche en Alsace, en Allemagne et en Scandinavie. La structure composite du pan de bois reste généralement apparente. Mais sa mauvaise résistance aux intempéries a incité les constructeurs à rechercher des modes de protection très efficaces, consistant notamment à recouvrir le pan de bois d’un enduit, ou de matériaux ordinairement dévolus à la couverture: tuiles, ardoises, essentes de châtaignier, bardage de planches posées à clins ou jointives. Cette protection peut se limiter au recouvrement des seules pièces de bois à l’exclusion du hourdis mais, le plus souvent, elle s’étend à l’ensemble d’une ou de plusieurs façades. Le pan de bois peut ainsi être totalement dissimulé: c’est le cas pour l’architecture de bois aux structures rudimentaires des États-Unis et du Canada où sont conservés de nombreux témoins datant de la fin du XVII^e siècle.

5. Le décor des constructions de bois

La nature du bois le prédispose au ciseau du sculpteur et au pinceau de l’ornemaniste: sa matière ferme et fibreuse, perméable, en fait un support idéal que n’ont pas manqué d’exploiter les maîtres d’œuvre de chaque époque. En Norvège, plusieurs « stavkirke » du XII^e siècle ont ainsi conservé leurs reliefs à entrelacs peuplés de monstres. En Extrême-Orient, les consoles des constructions sont découpées et chantournées; les lignes horizontales des édifices européens accrochent la lumière sur les moulures de leurs sablières et les sculptures de leurs encorbellements.

En dehors de quelques motifs qui leur sont propres, ces constructions partagent le répertoire des constructions maçonnées, reprenant même des éléments appartenant en propre au vocabulaire de la pierre: pinacles, fleurons et accolades, contreforts et chapiteaux (maison située 50, rue Jean-Cousin, Sens, XVI^e s., et groupe de maisons de bois, XVI^e s., Aubigny-sur-Nère). Le hourdis s’offre lui aussi à la sculpture: les panneaux de bois « menuisés » entre les colombes eurent la faveur de quelques constructeurs au XVI^e siècle notamment (maisons de bois, XVII^e s., Dinan, ou maison square Saint-André, Rouen, vers 1520); le hourdis peut également être réalisé en plaques de stuc moulé (pavillon des Vertus, rue du Ruissel, Rouen, milieu du XVI^e s.) ou en mortier incrusté d’éléments de terre cuite (54, rue Saint-Pierre, Caen, début du XVI^e s.).

Les constructions les plus soignées conservent rarement leur bois de façade à l’état brut: la peinture rehausse souvent les éléments sculptés, ou recouvre plus simplement l’ensemble des bois apparents ou l’habillage de la structure. Cependant, l’essentiel du décor réside le plus fréquemment dans l’agencement harmonieux des éléments du pan de bois. S’il obéit aux exigences de la stabilité, du contreventement et de la robustesse, le jeu des verticales, des horizontales et des obliques se prête aussi à des raffinements qui font la spécificité de chaque région. On a largement utilisé en Normandie et en Angleterre le colombage en épis, en feuille de fougère ou à croisillons. En Alsace et en Allemagne, les charpentiers ont préféré courber et chantourner les courtes pièces du colombage.

6. Le bois: nouveaux matériaux, techniques et formes nouvelles

Avec l’édification en six mois du Crystal Palace pour l’Exposition universelle de Londres en 1851 (17 000 m² de bois pour 70 000 m² au sol), alliance des possibilités techniques du bois, du métal et du verre, Joseph Paxton ouvre de nouvelles perspectives au bois. L’emploi conjoint du bois et du métal, puis l’intervention de la colle dans l’élaboration de matériaux nouveaux en seront des facteurs déterminants.

Le bois a jusqu’alors été employé brut, limité par les contraintes inhérentes à sa texture, ses longueurs et sections utiles. Le fil du bois en permettait l’usage dans un sens bien déterminé, soumis aux aléas du gauchissement et du retrait: « déroulé » en minces feuilles collées en couches croisées, le bois contreplaqué offre un matériau parfaitement uniforme, rendu inerte en deux dimensions par le croisement des fibres de chaque feuille. Il devient une surface légère qu’une structure de bois cloué peut rendre indéformable: c’est le composant de base des constructions « à ossature bois » largement répandues aux États-Unis et dans une moindre mesure en Europe. Les panneaux de particules agglomérées par collage offrent des performances légèrement différentes, un matériau totalement destructuré est obtenu en effet par l’utilisation de bois jusque-là impropres à une mise en œuvre traditionnelle.

La longueur et la section utiles des pièces de bois mises en œuvre étaient limitées par celle des billes de bois disponibles. La technique du « bois lamellé-collé » permet désormais de réaliser des éléments dont les caractéristiques mécaniques (raideur et résistance) sont équivalentes à celles des bois qui les composent, mais dont la longueur, la forme et la section peuvent s’accroître considérablement. De nouvelles améliorations sont aujourd’hui possibles comme la réalisation d’éléments pré-armés aux endroits les plus fragiles par un treillis de barres de fibres de verre noyées dans une résine époxy.

Les réalisations de pièces courbes et de dimensions très importantes ont renouvelé les possibilités de ce matériau: il est désormais affranchi des contraintes de la triangulation et de la multiplication des assemblages. Un nouvel avenir s’ouvre au matériau millénaire, transformé par la technologie, celui des formes et des procédés nouveaux où la préfabrication joue désormais un rôle considérable.

Encyclopédie Universelle. 2012.