Les tuiles

La tuile la plus répandue, celle dont l’utilisation est rendue obligatoire par les plans d’urbanisme est la tuile canal. Une tuile à emboîtement, la tuile «marseillaise Il a également été utilisée.

Les tuiles canal

Les tuiles canal de fabrication traditionnelle ont été produites en de nombreux endroits de la région où l’argile était extraite. Les variations de l’argile suivant le lieu d’extraction, et surtout les variations de cuisson suivant la position de la tuile dans le four, donnent certes des couleurs variées mais aussi des tuiles de qualité différentes en ce qui concerne leur résistance et leur perméabilité.

La longueur moyenne des tuiles est de 0,50 m pour une largeur de l’ordre de 0,20 m sur le grand côté et de 0,15 sur le petit. La hauteur varie de 0,05 sur le petit côté à 0,08 sur le grand. De grandes tuiles de 0,90 m de long ont parfois été utilisées pour réaliser les faîtages. L’utilisation quasi universelle en Provence-Côte d’Azur de la tuile canal a conduit les constructeurs à adopter le compromis d’une pente de toiture relativement faible, de 35 à 30 %, sur laquelle les tuiles ne glissent pas trop, et qui permet de conserver sur chaque tuile une remontée de l’eau (remontées capillaires et remontées soufflées par le vent).

Sur la base habituelle d’un recouvrement des tuiles au 1/3, leur épaisseur moyenne étant de 2 cm et leur marge d’adaptation, l’une dans l’autre, de 5 mm, lorsque la pente de la toiture est de 30 %, la pente unitaire du canal de la tuile n’est plus que de 22 %.

La tuile «marseillaise»

La tuile marseillaise est une bonne tuile à emboîtement. Sa forme, la régularité des argiles utilisées et de sa cuisson en font un matériau de couverture d’autant plus étanche à l’air et à l’eau que son accrochage sur les liteaux de pose permet d’accroître la pente des versants.

Le poids au mètre carré d’une toiture en tuiles marseillaises est inférieur à la moitié du poids d’une toiture en tuiles canal et la charpente porteuse peut être allégée.

Malgré toutes ses qualités qui lui ont donné une grande expansion entre les deux guerres, la tuile marseillaise n’est plus utilisée car elle est réputée laide de forme et de couleur (régularité des argiles et de la cuisson : couleur sans nuances; cuisson à température adéquate: tuile non perméable sur laquelle les «pittoresques» lichens ne prennent pas). Cette réputation antitique de la tuile marseillaise est peut-être aussi liée au fait qu’elle a été beaucoup utilisée pour couvrir hangars et bâtiments industriels.

Autres tuiles

Tuiles romanes, tuiles stop, tuiles en ciment, tuiles de grandes dimensions cherchant à donner par leur forme l’illusion de plusieurs tuiles emboîtées, etc., toutes les autres tuiles cherchent à donner l’impression de la tuile canal qui est une des images d’autant forte de la Provence que son utilisation, désormais prescrite par les documents d’urbanisme, est pratiquement obligatoire pour l’obtention du permis de construire.

LE RÉEMPLOI DES TUILES

Il ne s’agit ici que de tuiles traditionnelles, elles sont les seules prescrites en application des règles du POS.

Beaucoup de toitures anciennes paraissent en bon état. Elles peuvent conserver leur efficacité traditionnelle aussi longtemps qu’elles restent en situation avec un bon suivi de gestion. La toiture est peu ou prou perméable à l’air et à l’eau.

Il faut déposer les tuiles pour interposer la sous-toiture qui va donner l’imperméabilité à l’air et à l’eau.

Fragilisées par une longue exposition aux intempéries, les tuiles vont se révéler extrêmement cassantes. Elles seront d’autant plus cassantes qu’elles seront bâties et qu’il faudra les dissocier de leur mortier de pose.

Rares sont les cas où il est possible de réemployer plus de 35 % des tuiles.

La famille des sous-toitures est une famille nombreuse. Les principaux types de sous-toitures vont être examinés successivement suivant qu’elles sont planes ou ondulées, souples ou rigides, compatibles ou incompatibles avec une charpente traditionnelle, etc.

La sous-toiture plane

Couvertures en tuiles canal, les sous-toitures planes vont recevoir la toiture complète: tuiles de couvert et de courant, tuiles romanes ou autres. Les sous-toitures planes n’assurent théoriquement que l’étanchéité à l’air, et minimisent la gravité de la rupture ou du déplacement d’une tuile en assurant parfois et accidentellement . l’étanchéité à l’eau.

Les feutres bitumés sont l’archétype des soustoitures planes souples. Leur souplesse et leur légère élasticité les rendent compatibles avec la conservation de nombreux éléments en œuvre de la charpente traditionnelle. En revanche, la pose d’un feutre bitumé implique la création d’un platelage complet: la sous-toiture plane souple a besoin d’un support plan rigide.

Le support plan rigide peut être constitué de diverses manières:

- Platelage complet en voliges ou en planches, juxtaposées ou assemblées avec rainures et languettes, porté par des chevrons (neufs en général) qui pourront fréquemment être adaptés sur les pannes existantes; l’isolation thermique est indépendante de la sous-toiture; lorsque l’isolant n’est pas à cellules fermées (laine de roche, laine de verre), une ventilation sera créée entre la soustoiture et l’isolant.

- Panneaux préfabriqués de sous-toiture, assemblés à mi-bois ou avec rainures et languettes, portant en général de panne à panne; les pannes seront alors en général neuves; ces panneaux préfabriqués peuvent avoir une âme isolante (polystyrène ou polyuréthane) et leur parement inférieur peut être celui du plafond; lorsque ces panneaux préfabriqués ne sont pas isolants, l’isolation thermique sera rapportée par-dessous, dans la hauteur des pannes, comme dans le cas des voliges ou des planches formant platelage.

La sous-toiture en plaques ondulées 

Les sous-toitures ondulées forment l’étanchéité. Leurs ondes correspondent à la courbure des tuiles canal.

Les sous-toitures ondulées peuvent ne recevoir que les tuiles de couvert; c’est le creux d’onde de la plaque ondulée qui collecte les eaux. Suivant leur matière constitutive, les plaques ondulées peuvent être souples ou rigides.

Les sous-toitures ondulées souples

Ce sont des plaques ondulées, étanches, flexibles, composées d’une armature minérale tissée ou non tissée et imprégnée d’un bitume à haute plasticité.

Les sous-toitures ondulées souples se posent sur un platelage incomplet constitué par des voliges ou des frises de 10 à 20 cm de large posées avec des espacements de 15 à 20 cm.

La flexibilité de cette sous-toiture lui confère deux qualités :

• Adaptation à un versant existant dont la planéité n’est pas très rigoureuse.

• Adaptation à un versant existant qui n’est pas rigoureusement rectangulaire.

Ces deux qualités, amplifiées par la flexibilité en œuvre, permettent de conserver davantage de la charpente préexistante qu’avec des soustoitures ondulées rigides.

L’isolation thermique sera rapportée dans la hauteur des pannes et éventuellement ventilée.

La sous-toitures en plaques ondulées rigides

Les sous-toitures ondulées rigides ne peuvent être posées que sur des versants d’une rigoureuse planéité. Lorsque les versants ne sont pas rigoureusement rectangulaires, des coupes biaises de la sous-toiture devront être exécutées sur les rives.

Raidies suivant la pente du versant par l’amplitude de leurs ondes, les sous-toitures ondulées rigides sont en général posées de panne à panne, sans chevrons. Chaque type de sous-toiture ondulée rigide a sa portée spécifique entre pannes. D’une manière générale, les pannes seront neuves.

Suivant que l’isolation est ou non incorporée, il y a deux familles de sous-toitures:

• Isolation incorporée

Lorsque la sous-toiture est simplement composée de polysthyrène dont la face supérieure est ondulée, la sous-toiture qui n’est pas autoportante est posée sur un platelage de voliges ou de frises; lorsque la sous-toiture est un panneau composé (plaque ondulée, isolant et éventuellement plafond), elle porte de panne à panne. • Sans isolation incorporée

La sous-toiture ondulée rigide porte de panne à panne; l’isolation est rapportée par-dessous dans la hauteur des pannes.

Dans la vie traditionnelle rurale et villageoise, les combles ne sont en général pas habités. Ils ne sont étanches ni à l’air ni à l’eau; utilisés comme greniers et galetas, ils abritaient des fourrages, des vers à soie, des poules et des pigeons (en ville).

En revanche, dans certaines maisons de ville, les combles ont été habités et les toitures sont alors bâties et relativement imperméables.

Après les grosses pluies ou les grands vents, la couverture était inspectée, les tuiles déplacées étaient remises en situation, les tuiles cassées remplacées, les tuiles du versant exposé étaient chargées de pierres.

Aujourd’hui, après réhabilitation, les volumes sous toiture sont fréquemment habités; les toitures ne sont plus inspectées après les orages et doivent être étanches à l’air et à l’eau; isolées, les tuiles doivent être fixées, et ceci pour une durée de temps au moins égale au quart de siècle.

Qu’est-il possible de conserver des charpentes et couvertures traditionnelles dont la gestion était saisonnière, dans un bâtiment réhabilité où l’objectif est de ne plus intervenir pendant la période de temps la plus longue possible? Les charpentes et les couvertures traditionnelles vont être analysées dans une première partie. Les désordres, les possibilités de réemploi et les techniques actuelles du couvrement seront examinés dans les chapitres suivants.

Exposées à la pluie et au soleil, à la chaleur et au froid, les charpentes et couvertures sont les ouvrages les plus vulnérables des constructions traditionnelles : dans une maison abandonnée, l’écroulement commence par la couverture et la charpente.

Les désordres les plus fréquents sont créés par l’eau et l’humidité. Les entrées d’eau résultent fréquemment, soit d’une mauvaise gestion de la couverture, soit de la déformation d’une charpente sous-dimensionnée ou saturée d’humidité. Les deux principaux cycles générateurs de désordres sont les suivants:

_ Sous-dimensionnement et/ou surcharge et/ou humidité = déformation = entrée d’eau = pourrissement.

_ Tuiles détériorées = entrée d’eau = déformation = nouvelle entrée d’eau = pourrissement.

Les charpentes et les couvertures sont les ouvrages les vulnérables des constructions traditionnelles: déformées par l’eau, déformées par les surcharges, elles requù une gestion attentive.

Les déformations des charpentes et le vieillissement des couvertures vont être examinés successivement.

LE RÉEMPLOI DES CHARPENTES

Les charpentes ne constituent pas la meilleure partie des constructions traditionnelles en Provence-Côte d’Azur.

Conçues à l’origine dans le cadre du savoir-faire un peu étroit de maçons qui ne sont pas charpentiers, et soumises aux fuites de couvertures qui ne sont pas toujours étanches, les charpentes traditionnelles ne sont que très rarement réutilisables en l’état.

En fonction du type de sous-toiture adopté, dans le cas d’une charpente traditionnelle en bon état, il faudra remplacer les chevrons et s’assurer de l’indéformabilité des parties conservées.

• Lorsque la structure de la charpente est satisfaisante et qu’un ou plusieurs de ses bois d’œuvre défaillants sont à l’origine d’un désordre, le remplacement peut s’effectuer simplement.

• En revanche, lorsqu’il s’agit par exemple d’une ferme par empilage, il semble préférable de la remplacer par une charpente moderne afin de diminuer le poids propre et les risques ultérieurs de déformation.

Les tuiles qui sont évidemment sensibles aux déformations des charpentes, subissent directement l’effet des intempéries.

Effet des déformations des couvertures

Sur un versant de toiture qui accuse une flèche et dont la pente à l’origine était de l’ordre de 25 %, la pente unitaire du canal de la tuile peut être inférieure à 10 % et l’eau de pluie va pouvoir pénétrer par simple capillarité.

Des déformations des versants provoquent fréquemment la rupture des tuiles, en particulier des tuiles de courant qui forment le collecteur des eaux de pluie.

Effet des intempéries sur la couverture

Le vent, la chaleur, le gel, la pluie soumettent la couverture à de nombreuses contraintes. Les tuiles sont d’autant moins sensibles aux effets du vent qu’elles sont Il bâties li ou surchargées de pierres. Sinon, le vent parfois violent (le mistral) peut déplacer les tuiles et les briser. Le vent dépose les poussières ( et des graines) sur les toitures et les refoule dans les interstices des tuiles. La présence de ces poussières favorise les remontées capillaires des eaux de pluie.

Les tuiles perméables sont gélives. Beaucoup de tuiles traditionnelles dont la cuisson est irrégulière sont perméables: les enracinements des lichens font éclater la couche superficielle de la tuile et, d’écaillage en écaillage, la tuile s’amincit.

Les limites du rêemploi

Un des impératifs de la réhabilitation est de donner des couvertures étanches à l’eau, étanches à l’air et isolées thermiquement.

Les toitures traditionnelles qui ne répondent jamais à cette triple exigence ne peuvent pas être concernées ou réhabilitées en l’état.

Le vieillissement des tuiles en situation sur une toiture existante fait que leur dépose se fait avec d’autant plus de casse qu’il s’agit d’une toiture bâtie.

D’une manière générale, l’exigence de l’étanchéité à l’air et à l’eau implique l’apport d’une sous-toiture efficace et durable .

Cette sous-toiture pourra recevoir une couverture complète, tuiles de courant et tuiles de couvert; la sous-toiture qui est fréquemment en matériau ondulé, peut ne recevoir que les tuiles de couvert qui ne sont plus alors qu’un décor. Il existe des sous-toitures isolantes.

Les déformations de la charpente après réemploi doit  être limitées à celles que peut tolérer, sans désordre  sous-toiture.

Seules les sous-toitures souples permettent parfois de conserver les charpentes traditionnelles sans qu’il soit nécessaire de modifier leur structure.

Les charpentes sont déformées par l’eau, par les surcharges ou par les deux.

 Les déformations de la charpente par Effets de l’eau et de l’humidité

Les toitures traditionnelles non bâties sont perméables à l’air. Elles sont donc perméables à l’humidité ou à la sécheresse extérieure. Les désordres en couverture, tuile déplacée ou rompue, les rendent aussi perméables à l’eau. Imperméables à l’air, les toitures traditionnelles bâties sont particulièrement ‘Sensibles à un désordre de la couverture, tuile déplacée ou rompue.

Absorbées par les chaux et plâtres qu’elles imbibent, les entrées d’eau ne seront pas vues immédiatement. Si la toiture n’est pas soigneusement gérée, les chaux et plâtres mouillés entretiendront dans les bois d’œuvre une humidité aussi durable que la période des pluies.

Les variations du pourcentage d’humidité induisent des variations de la masse volumique du bois et des variations dimensionnelles. La présence d’humidité favorise les attaques par des champignons et par des insectes. L’humidité peut provoquer ·le pourrissement du bois.

Masse volumique

Pour une pièce de bois de pin dont l’humidité varie de 15 à 30 %, la masse volumique varie de presque 7 %, de 450 à 481 kg/m>, C’est une variation considérable, en particulier dans les fermes par empilage où l’entrait fréquemment sous-dimensionné porte un volume très important de bois d’œuvre (poinçon, contre-fiches, arbalétriers, pannes).

Variations dimensionnelles

Les variations dimensionnelles affectent essentiellement la section des pièces qui «gonflent» à l’humidité: «une pièce de sapin (ou de pin) sciée sur quartier de 102 mm de large subira une variation dimensionnelle de l’ordre de 2 mm en passant de 30 à 15 % d’humidité» (d’après les résineux français, cahier du Centre Technique du Bois et de l’Ameublement, septembre 1984).

Les gonflements dus à l’humidité des bois, alternés avec des retraits, contribuent à défaire les assemblages.

Dégradation de la charpente par les insectes

Les insectes qui vivent en Provence-Côte d’Azur n’attaquent que l’aubier qui est fréquemment conservé sur les bois d’œuvre traditionnels, lorsqu’ils ne sont pas humidifiés à refus (30 %). Lorsque l’humidité du bois est voisine de la saturation, les insectes peuvent franchir l’aubier

et attaquer le « duramen» (bois dur formant le cœur de l’arbre).

Les insectes n’attaquent que l’aubier si le taux d’humidité du bois ne dépasse pas 30 %. Au-delà ils pénètrent dans le duramen.

Dégradation de la charpente  par les champignons

Les champignons ne se développent que sur des bois humides. Les champignons croissent aux dépens de l’organisation ligneuse et le bois, irréversiblement destructuré, perd toute résistance mécanique.

Le pourrissement de la charpente

En particulier lorsqu’il est en contact prolongé avec l’eau, taux d’humidité proche de 30 % pendant de longues périodes, le bois est «dévoré» par une faune bactérienne qui lui fait perdre consistance et résistance.

Le pourrissement est observé dans les chevrons des toitures bâties qui baignent dans des eaux infiltrées, stockées dans les plâtres et les mortiers de chaux.

Surcharges de la charpente

Les surcharges sont saisonnières lorsqu’elles résultent de l’accroissement de la masse volumique à la suite d’un accroissement de l’humidité. Les variations hygrométriques sont importantes en Provence-Côte d’Azur et une variation de 10 à 30 % d’humidité dans le bois de pin accroît sa masse volumique de 10 %. Imprégnant les mortiers des toitures bâties, l’humidité et à priori, l’eau de pluie va aussi accroître leur poids. L’accroissement du poids des plâtres et mortiers est de l’ordre de 20 %.

Les surcharges sont permanentes lorsqu’une couverture qui était prévue à l’origine en tuiles sur chevrons (quartons ou kes) a été remplacée, sans modification de la charpente, par une couverture bâtie.

Les surcharges sont également permanentes lorsqu’elles résultent de la pose sur les couvertures de pierres destinées à protéger les tuiles des effets du vent.

Sous-dlmensionnements

Les bois sous-dimensionnés ont des fleches importantes sous l’effet des charges et surcharges.

Les flèches déforment la planéité des versants jusqu’à mettre en cause l’étanchéité de la couverture.

Les poussées

Les charges et surcharges des versants exercent sur les murs périphériques gouttereaux une poussée qui a une composante horizontale. Dans les fermes, et à leur niveau, cette poussée se traduit par une mise en charge de l’embrèvement d’assemblage des arbalétriers et de l’entrait.

Au niveau des pannes, qu’elle porte de ferme à ferme ou de mur à mur, cette poussée se traduit par une déformation des pannes suivant une flèche verticale et une flèche dans le plan du versant.

Les déformations des pannes provoquent un glissement des chevrons qui peut parfois compromettre la stabilité d’une génoise dont ils sont solidaires, rompre un abergement ou des tuiles faîtières.

Or, les pannes dont la faiblesse provoque la plupart des poussées sont, ainsi que les chevrons, très directement soumises à l’humidité qui accroît leur poids propre et leur déformabilité.

Les déformations de la charpente mettent en cause l’étan. chéité de la toiture.

Le terme de couverture désigne ici les ouvrages réalisés au-dessus des pannes. Ces ouvrages comprennent les chevrons, les sous-toitures et les tuiles.

Les sous-toitures

Quatre types de sous-toitures vont être décrits ,qui sont les-plus couramment utilisés soit sur la charpente élémentaire des pannes de mur à mur, soit sur les fermes traditionnelles, soit sur les fermes triangulées. Les chevrons seront décrits pour chaque type de sous-toiture.

Sous-toiture élémentaire

Elle es réduite à un simple chevronnage qui porte directement les tuiles dont la sous-face est’ vue depuis le comble .
• Lorsque les tuiles sont des tuiles canal, le chevron a une forme particulière afin de leur don~er un meilleur appui. Ces chevrons particuhers sont désignés sous les noms de «kes» ou de. «quarton» suivant qu’il s’agit d’un débit de sciage ou de la découpe en quatre «quartons» d’un bois brut de section circulaire.

Les « kes» et les «quartons» sont également utilisés comme solivage de planchers traditionnels. Ce type de couverture n’est pas étanche à l’air. Il n’est pas non plus très étanche à l’eau lorsque la pluie est accompagnée de vent. Cette perméabilité à l’eau de pluie par grand vent est une faiblesse de la tuile canal. Elle est aggravée dans le cas de la sous-toiture élémentaire parce que le vent peut la traverser en entraînant un peu d’eau de la pluie.

• Lorsque les tuiles sont des tuiles plates dont le modèle en emboîtement, dit tuile «marseillaise », est le plus fréquemment utilisé, les chevrons sont des pièces de sciage rectangulaires qui portent les liteaux de pose des tuiles. Les emboîtements des tuiles plates font qu’elles sont beaucoup plus étanches que les tuiles canal.

Platelage sur chevrons

Des planches portées par les chevrons forment le niveau de pose des tuiles. Les tuiles de courant sont bâties au mortier de chaux sur le platelage. Quelques tuiles de couvert par rangée sont également bâties. L’étanchéité à l’air et à l’eau est à peu près assurée.

Toiture bâtie sur « malons» de couvert

Malons de couvert - Espacés d’une vingtaine de centimètres, de section rectangulaire, les chevrons portent des carreaux en terre cuite sur lesquels une aire de chaux est coulée qui porte ces tuiles de courant bâties au mortier de chaux; quelques tuiles de couvert par rangée sont également bâties.

Toiture bâtie sur chevronnage

Entre les chevrons rectangulaires et espacés de 15 à 20 cm, une aire de chaux ou de plâtre est coulée qui adhère au bois par l’intermédiaire des pointes dont il est lardé. Plus épaisse que la hauteur des chevrons, cette aire forme le niveau des tuiles de courant bâties au mortier de chaux; quelques tuiles de couvert par rangée sont également bâties. L’étanchéité  couverture à l’air et à l’eau est à peu près assurée.

Charpente traditionnelle et la toiture.

Dans certaines solutions traditionnelles de charpente couverture, la limite est incertaine entre la charpente et la couverture. Pour les besoins de l’exposé, la charpente  traditionnelle est décrite y compris les pannes tandis que les chevrons sont traités avec la couverture.

LES CHARPENTES traditionnelles et Charpente fermette

Les constructions traditionnelles dans la région de Provence-Côte d’Azur sont des maisons de maçons. C’est aussi le maçon qui réalise en gênéralles charpentes. Les charpentiers sont rares. Charpentes de maçon, charpentes simples d’éléments empilés, les charpentes en Provence-Côte d’Azur ne sont pas un chapitre majeur de l’art de bâtir. Rares sont les bâtiments traditionnels où on peut observer de belles charpentes bien équilibrées, tracées avec subtilité et montées avec de savants assemblages.

Pannes de mur à mur

C’est la charpente élémentaire qui, tel un plancher oblique, est composée de pannes en simple appui sur les murs et portant les chevrons. Comme les poutres des planchers; les pannes sont fréquemment en résineux (pin), parfois en bois dur (chêne). Leurs appuis sur les murs sont ventilés comme ceux des poutres des planchers. • S’ils sont suffisamment rapprochés, les chevrons portent directement les tuiles.

• S’ils sont espacés, ils portent un platelage plus ou moins complexe qui porte lui-même les tuiles et forme parfois une sous-toiture relativement étanche (cf. paragraphe ci-après).

Cette charpente élémentaire est celle des maisons modestes des villes et villages dont la largeur dans œuvre ne dépasse pas 4 à 5 mètres. Fréquemment aussi, c’est la solution utilisée pour couvrir des bâtiments plus complexes dont les murs de refend divisent les combles.

La charpente traditionnelle dont la portée donne une limite d’utilisation (4 à 5 m) permet de couvrir indifféremment avec une ou deux pentes. La simple panne associée à des piles isolées de maçonnerie reliées par des poutres permet, comme dans certaines bergeries, de couvrir des bâtiments d’une superficie relativement importante.

Les fermes en empilage

Lorsqu’il y a couverture à deux pentes et que la solution adoptée n’est pas celle des pannes portant de mur à mur, le profil en bâtière est donné par une ferme formée par empilage et portée par l’entrait repose le poinçon qui porte la panne faîtière et les extrémités des deux arbalétriers. Parfois, une contrefiche assemblée sur la partie basse du poinçon et sur la panne faîtière assure le contreventement. Les arbalétriers portent les pannes intermédiaires calées par les chantignoles ou échantignoles.

Charpente bois traditionnelle :

L’entrait – Charpente fermette

Jusqu’à l’apparition de la ferme contemporaine

triangulée (cf. paragraphe ci-après), dont la théorie développée dans la première moitié du XIX· siècle n’était pas toujours pratiquée au début du XX. siècle, la ferme en empilage fait de l’entrait la poutre la plus chargée de la maison.

En effet, en charge concentrée au milieu de sa portée, l’entrait traditionnel porte directement par l’intermédiaire du poinçon, la moitié du poids total cumulé de la charpente et de la couverture. Pour un bâtiment couvert de 6 m dans œuvre, avec des fermes en empilage espacées de 5 mètres, l’entrait traditionnel porte une charge concentrée de presque 4 tonnes à laquelle s’ajoute son poids propre qui dépasse une demitonne. Si on évalue de manière optimiste la masse volumique de cet entrait à 800 kg/cm? et sa résistance à 75 kg/cm”, le calcul donne une section de 0,30 x 0,40 pour 6 mètres de long dans œuvre: un bel arbre dont la longueur de grume doit être de 6,50 m environ (y compris 0,20 à 0,25 pour appui).

Ainsi, bien qu’ils soient fréquemment sousdimensionnés, les entraits traditionnels ont toujours une section considérable.

Les entraits traditionnels sont souvent sousdimensionnés pour plusieurs raisons :

• Les arbres capables de donner des poutres de grosse section sont rares et coûteux.

• Les sections ne sont pas calculées.

• Aussi longtemps qu’il n’y a pas rupture, les déformations ne sont pas considérées comme inconvénient majeur en particulier dans la plupart des combles qui sont inhabités; les entraits vont être soulagés par l’addition de contrefiches scellées dans les murs ou par de simples piliers de bois les associant à une poutre du plancher (poutre et entrait vont avoir une flèche).

• Les déformations de l’entrait entraînent les arbalétriers, ce qui n’a en général pas d’incidences réelles sur l’étanchéité relative des couvertures des fenières et galetas, car la capacité de déformation sans désordre d’une couverture en tuiles canal est grande. S’il n’existe pas de sous-toiture enduite, comme il en existe dans les combles habités, aucune fissure n’est visible et, comme elle l’était antérieurement, la couverture est perméable à l’air et perméable à l’eau sur les versants exposés au vent.

Les arbalétriers

Ils donnent la forme de pente; ils sont assemblés par embrèvement sur l’entrait et sur le poinçon; ils portent les pannes.

Les arbalétriers sont rarement sousdimensionnés. Leur longueur est à peu près la moitié de celle de l’entrait et leur charge 4 fois moindre (dans le cas de l’exemple ci-dessus). Les sections courantes des poutres des planchers y sont fréquemment utilisées (20 x 25 en moyenne).

Les pannes

Elles portent la couverture. Ce sont leurs flè-

ches qui donnent aux toitures traditionnelles les courbes pittoresques et caractéristiques des arêtiers et des versants, sur lesquels on peut de l’extérieur compter les fermes ou les refends. Car les pannes sont elles aussi fréquemment sous-dimensionnées. Elles sont en effet sollicitées non seulement par la charge de la couverture, mais aussi par sa poussée suivant le plan oblique du versant.

Enfin, la manière même dont les pannes sont

fixées par les chantignoles sur l’arbalétrier ne permet pas de les faire travailler suivant leur inertie maximale car leur axe géométrique perpendiculaire au versant oblique de la toiture, forme un angle de 25 à 30 % (celui du versant) avec la verticale.

Les fermes triangulées

Les fermes triangulées sont faites d’éléments organisés de telle manière que les charges compriment les assemblages et qu’aucune des parties constitutives, à l’exception des pannes, ne travaille en flexion.

Légères, théoriquement indéformàbles, les fermes triangulées sont de conception relativement récente et se développent avec le XIX·, le siècle de l’industrie. Elles sont contemporaines de la technologie (bois de sciage des scieries hydrauliques et à vapeur, profils métalliques laminés, etc.), et de l’apparition des sciences appliquées au bâtiment (développement de la statique et de la résistance des matériaux à partir du début du XVIIIe siècle. En ne citant que quelques-uns des «chercheurs» dont le nom est associé à une théorie ou une technique, la liste est longue :

Varignon (1654-1722), Bernoulli (1700-1782), Polonceau (1778-1847), Saint-Venant (1797-1866), Mohr (1806-1879), Ranteine (1820-1872), Crémona (1830-1903), etc.).

Les fermes triangulées ont le même schéma géométrique que les fermes en empilage, les êlêments constitutifs y sont désignés par les mêmes no~s, mais l’analogie s’arrête là et la triangulation de la ferme est une innovation capitale. L’effet de cette mutation sur la conception de la ferme est vu au premier regard: à l’inverse d~ la ferme traditionnelle en empilage, la ferme tnangulée est un ouvrage relativement aérien dont les sections, en particulier celles de l’entrait, sont d’une remarquable légèreté.

Plan charpente bois –  Charpente fermette

Les charges de la couverture sont transmises à la ferme au niveau des « articulations» A,D,E et I, J. Les pannes C et D reposent sur la maçonne ne directement dans leur portée et indirectement par l’intermédiaire de l’extrémité de l’entrait.

Le poinçon est tendu par l’action des contrefiches en F et H et par la réaction des arbalétriers en A (poutres continues en ADB et AEC). L’entrait ou tirant est tendu par les actions des arbalétriers en B et C; il pourrait être remplacé par un câble.

Les contrefiches sont comprimées par la charge des pannes.

A l’exception des pannes, aucune pièce de la charpente traditionnelle ne travaille en flexion. Pour éviter que l’entrait ou tirant ne flèche sous l’action de son poids propre, il est suspendu au poinçon par une pièce métallique légère.

Dans la ferme triangulée, tous les assemblages sont comprimés. Ce sont des embrèvements parfois complétés par un tenon, une mortaise et une cheville dans certaines charpentes très bien exécutées.

La charpente d’une croupe résulte de l’assemblage d’une ferme et de deux demi-fermes.

Les liants modernes (voir Guide pratique pour l’utilisation des ciments, Michel Adam, Eyrolles; 1985) sont classés en fonction de leurs caractéristiques techniques, de leur composition et des usages que l’on peut en faire. Ils sont normalisés par la Commission des liants hydrauliques de l’AFNOR. La chauxaérienne n’est pas normalisée.

Parmi les liants modernes, seuls vont être cités ceux qui semblent les mieux adaptés aux travaux de réhabilitation, en particulier en maçonnerie et pour la confection des enduits. Dans une deuxième partie, les mélanges de liants compatibles seront évoqués pour la confection des mortiers bâtards.

LES LIANTS

Les liants modernes adaptés à la réhabilitation sont ceux dont le comportement en œuvre sera le plus proche de celui des liants traditionnels, en particulier en ce qui concerne le retrait (enduits) et la perméabilité à la vapeur d’eau (enduits et maçonnerie).

Ciment à maçonner

Les ciments à maçonner sont des mélanges de plusieurs liants hydrauliques (C.P.A. déclassés, ciments naturels et de grappier, laitiers, pouzzolanes) ou de produits purs. Ils sont désignés par leurs classes de résistance à la compression CM 16 (MPa) et CM 25 (MPa)_ Bien adapté aux travaux de maçonnerie, le ciment à maçonner ne l’est guère pour les enduits traditionnels car il est relativement étanche.

Ciment naturel

Les ciments naturels sont obtenus par fusion de calcaires marneux; ils peuvent aussi contenir des grappiers (parties dures séparées par tamisage des chaux foisonnées) choisis après cuisson de la chaux naturelle. Les ciments naturels sont désignés par leur classe de résistance à la compression CN 16 (MPa). Comme le ciment à maçonner, auquel il est très comparable, le ciment naturel est bien adapté aux travaux de maçonnerie mais ne l’est pas pour les enduits traditionnels.

Chaux hydraulique naturelle

Le produit de la cuisson d’un calcaire naturellement argileux pulvérisé par extinction et éventuellement broyé est la chaux hydraulique naturelle. Des produits améliorants (grappiers, clinkers, laitiers, pouzzolanes … ) peuvent être ajoutés mais la teneur finale en chaux libre doit être supérieure ou égale à 10 %. Les chaux hydrauliques naturelles sont désignées par le sigle XHN et leurs classes de résistance à la compression sont 3, 6 et 10 (en MPa). Les mortiers de chaux XHN sont gras et plastiques; leur excellente adhésion à la pierre, leur perméabilité à la vapeur d’eau et leur quasi-absence de retrait, en font un excellent matériau pour la réalisation des enduits. Les chaux XHN donnent également un excellent mortier de maçonnerie, sans retrait, compact avec un dosage riche, et onetùeux avec un dosage faible.

Le durcissement des mortiers de chaux est lent; ils sont sensibles au froid (ne pas utiliser lorsque la température est inférieure à + 5° C).

Chaux blanche

C’est une chaux éminemment hydraulique dont la blancheur est due à la pureté du calcaire utilisé. Comme la chaux hydraulique naturelle, la chaux blanche est désignée par le sigle XHN. En réhabilitation, la chaux blanche est parfois utilisée bâtardée avec du CPA 55 blanc pour les enduits.

Chaux hydraulique artificielle

Les chaux hydrauliques artificielles sont des liants à base de clinker Portland (le clinker Portland est composé de silicates de calcium obtenus par fusion partielle d’un mélange homogénéisé de calcaire et d’argile; c’est un ciment). Leurs caractéristiques sont intermédiaires entre celles des chaux hydrauliques naturelles et celles des ciments à maçonner. Les chaux hydrauliques artificielles ne contiennent pas de chaux à l’état libre. Leur prise qui se fait par simple hydratation du ciment est accompagnée par un léger retrait. Les chaux hydrauliques artificielles sont désignées par le sigle XHA et leurs classes de résistance à la coinpression sont 6 et 10 (MPa). Comme les chaux XHN, les chaux hydrauliques artificielles donnent des mortiers onctueux et agréables à travailler. En revanche, peu perméable à la vapeur d’eau et subissant un léger retrait à la prise – c’est un ciment – la chaux XHA est moins favorable à la confection des enduits en réhabilitation que la chaux XHN.

Ciment Portland blanc

Désignés par le sigle CPA 55 et 55 R, les ciments Portland blancs résultent de la cuisson de matières premières contenant le moins possible d’oxydes métalliques, en particulier d’oxyde de fer. Bien qu’il s’agisse d’un ciment peu perméable à la vapeur d’eau, le ciment blanc est parfois utilisé en réhabilitation pour faire des enduits, soit bâtardé avec de la chaux, soit pur ce qui accroît le retrait à la prise.

Liant hydraulique pour enduit

La composition de ce liant élaboré spécialement pour la confection des enduits n’est pas communiquée par les fabricants qui garantissent la constance de la fabrication et de la teinte. Désigné par le mot «enduit », ce liant est hors norme. Il ne semble pas qu’il y ait de raisons à utiliser cet «enduit» dans des travaux de réhabilitation.

MÉLANGES DE LIANTS

Les mélanges de liants ont pour objectif de cumuler les avantages de chacun d’entre eux. Le mélange le plus connu sous le nom de mortier bâtard comporte moitié ciment et moitié chaux. Les mortiers bâtards ont une bonne rétention d’eau et fissurent moins que le mortier de ciment. Les chaux à utiliser sont de préférence des chaux XHN avec des ciments Portland, en particulier pour réaliser la couche d’adhérence d’un enduit à 2 ou 3 couches.

Les ciments blancs CP A 55 sont fréquemment mélangés à la chaux blanche, moitié-moitié, pour la réalisation des enduits. Il ne semble pas que ce soit une solution adaptée à la réhabilitation.

Les utilisations des chaux et ciments

Le tableau ci-dessous, qui donne les principaux usages des chaux et ciments est extrait d’une plaquette intitulée Redécouvrez la chaux naturelle, plaquette éditée par le Syndicat national des fabricants de ciments et de chaux, grâce à l’aimable autorisation de la direction départementale de l’Agriculture et de la Forêt et de la direction de l’Equipement et des Alpes maritimes, maîtres d’ouvrage de la première édition. Par souci de cohérence avec les défmitions déjà données ci-avant, on peut lire chaux hydraulique au lieu de chaux hydraulique naturelle, et chaux aérienne au lieu de chaux grasse. La chaux grasse n’est autre que la pâte onctueuse de la chaux hydratée (éteinte) dont la prise est aérienne. Prise aérienne aussi pour la chaux « grasse Il commercialisée en poudre après extinction poussée, broyage et ventilation.

Soumis à la calcination, le sulfate de calcium hydraté ou gypse perd une partie de son eau de combinaison et devient pulvérulent. Mis au contact avec l’eau, il s’hydrate de nouveau et reprend sa dureté.

Le plâtre traditionnel cuit dans le « gipiéro» était différent du plâtre moderne car le gypse calciné était mêlé à des particules de chaux et de charbon de la cuisson; il était broyé assez grossièrement; il donnait des enduits d’une dureté comparable à la pierre.

Historique

Dans les parties de la région où le gypse affleure (région de Pernes, Mormoiron dans le Vaucluse), il est vraisemblable qu’on a cru longtemps fabriquer une chaux, certes particulière, alors qu’on fabriquait du plâtre.

Des maçonneries et des enduits ont été réalisés avec du plâtre gâché avec du sable et donnant un mortier. La prise trop rapide de ce mortier était ralentie par l’addition de chaux aérienne.

Le plâtre se spécialise rapidement comme matériau de construction et il semble que, en Provence, dès le xvrr siècle, le plâtre n’est plus utilisé qu’à l’intérieur des habitations, et en particulier à l’intérieur des demeures bourgeoises et aristocratiques. Les poutres peintes se démodent et les plafonds plâtrés et les gypseriesse développent.

Jusqu’à l’apparition des chaux hydrauliques et des ciments au milieu du XIX· siècle, la plupart des immeubles parisiens étaient encore enduits extérieurement avec un mortier composé de 3 volumes de plâtre gros, 2 volumes de sable, 1 volume de chaux aérienne et 1,5 volume d’eau de gâchage. Après une éclipse de presque un siècle, cette technique est à nouveau utilisée à Paris pour la restauration des immeubles anciens.

La protection qu’apporte le plâtre contre les incendies est connue de longue date, et de nombreuses cheminées à feu ouvert sont bâties en plâtre sur une armature de bois.

« Au XVIIe siècle, on fit obligation aux maçons parisiens de revêtir les murs des maisons à pans de bois, tant intérieurement qu’extérieurement, d’un enduit en plâtre. » (Extrait du qualiguide SOCOTEC, Enduits et carrelages muraux, 1984, p.83.)

Les liants traditionnels sont la chaux et le plâtre. Chaux et plâtre traditionnels résultent de la cuisson analogue dans des fours comparables de pierres dzfférentes :

- pierre à chaux (calcaire) cuite dans le «chauffour» pour la chaux;

- pierre à gypse cuite dans le «gipiero» pour le plâtre.

Nombreux sont les chaufourniers qui produisent la chaux dans les villages où les calcaires abondent. Plus rares sont les gipiés qui ne produisent le plâtre que dans les lieux où le gypse affleure.

Chaux et plâtres traditionnels diffèrent fréquemment d’un lieu à l’autre car la composition des calcaires et les modes de cuisson ne sont pas partout identiques. Mais ce sont surtout les mortiers qui diffèrent d’un endroit à l’autre car les «sablons» locaux ne sont pas souvent du sable.

Classification des chaux:                                                           

  Chaux aérienne

La chaux aérienne ne peut durcir qu’à l’air avec une légère augmentation de volume (augmentation du volume à peu près négligeable dans le mortier [sable + chaux]), en fixant le gaz carbonique de l’air et en reconstituant en quelque sorte peu à peu (prise lente) le carbonate de chaux d’où elle est issue.

La chaux aérienne qui donne un mortier très collant est aussi appelée chaux grasse. Lorsque le calcaire générateur contient quelques centièmes de sable, la chaux est dite chaux maigre.

Chaux hydrauliques

Mélange de chaux aérienne et de ciment, suivant une proportion variable selon les fabrications el qui fait varier le temps de prise et la résistance, la chaux hydraulique naturelle fait sa prise en deux temps, d’abord par hydratation de la partie ciment cinq à six heures après le début du gâchage, puis la partie chaux fait lentement sa prise aérienne en provoquant une légère expansion qui peut résorber les fissures du retrait de la prise hydraulique.

Que la chaux hydraulique soit naturelle, c’està-dire issue du gisement d’une chaux comportant naturellement de l’argile, ou artificielle, c’est-à-dire issue de la cuisson d’un mélange dosé comportant les mêmes éléments, ses propriétés sont les mêmes. Il faut toutefois être attentif au fait que la chaux moderne dite artificielle est en réalité un ciment (voir plus loin, les liants modernes).

Historique

Au moins jusqu’au milieu du XIXe siècle et en particulier en Provence-Côte d’Azur, toutes les constructions traditionnelles ont été bâties à chaux et à sable, à l’exception de quelques-unes bâties en mortier de plâtre.

En effet, le ciment n’est découvert qu’en 1824 et son usage va se répandre assez rapidement: • D’origine anglaise, l’invention du ciment va devoir traverser la Manche et la première cimenterie française date de 1850. .

• Le ciment est un produit industriel périssable qui doit être transporté assez rapidement et sa pénétration est liée au développement des chemins de fer et du négoce au cours de la deuxième moitié du XIX· siècle.

• Enfin, la commercialisation du ciment va se heurter à la résistance des fabrications locales de chaux dont la production va se poursuivre en s’amenuisant jusqu’à la guerre de 1914-1918.

La chaux était produite presque dans tous les villages en fonction des besoins et suivant les disponibilités en calcaire et en bois.

Le four à chaux était constitué par une fosse dont la profondeur était de l’ordre de 2 à 3 mètres. Remplie de bois, cette fosse constituait alors le foyer, qui était couvert par une voûte en pierres à chaux, elle-même surchargée d’autres pierres à chaux puis recouverte de terre. La cuisson durait de 8 à 10 jours et le refroidissement aussi. La température de cuisson était de 850 à 9000 C.

Puis le four était démonté et les blocs devenus de chaux vive par la calcination étaient transportés sur les chantiers où ils étaient transformés en chaux éteinte par hydratation, soit dans des fosses où ils étaient immergés, soit sous une couverture de sable mouillé.

Sous réserve qu’elle soit couverte d’eau, cette chaux pouvait être très longuement conservée car sa prise aérienne résulte de l’action de l’oxyde de carbone de l’air sur l’hydrate de chaux.

Suivant l’origine des pierres, on observait que le temps de conservation dans l’eau n’était pas toujours le même et ainsi, sans disposer de critères permettant de maîtriser les causes de l’hydraulicité, on produisait par endroit des chaux plus ou moins hydrauliques, c’est-à-dire plus ou moins capables de durcir sous l’eau. On observait également que I’hydraulicité de la chaux était accrue lorsque le mortier était fabriqué avec des sables aussi particuliers que ceux que l’on trouvait en Provence, au Puy SainteRëparade (Bouches-du-Rhône), au Beausset (Var), et qui étaient en réalité des pouzzolanes, cendres volcaniques à haute teneur en silice. Les propriétés hydrauliques de la pouzzolane furent probablement découvertes vers le XII” siècle avant notre ère près de Naples, à Pozzuoli : c’est l’origine du célèbre béton romain.

La connaissance et la préparation de la chaux ne progressent guère depuis l’Antiquité jusqu’au début du XIXe siècle: les chaux produites sont essentiellement aériennes et naturelles, en ce sens qu’aucun additif n’est introduit dans le chaufour pour compléter la composition de la pierre à chaux. L’hydraulicité n’est atteinte et contrôlée que par l’usage des pouzzolanes dans la composition des mortiers.

En 1813, des recherches méthodiques sur l’hydraulicité aboutissent à la recherche par Vicat de la chaux hydraulique (définition par Vicat de l’indice d’hydraulicité établissant les parts relatives de silice, alumine et chaux qui doivent composer les éléments avant cuisson pour obtenir des liants hydrauliques) qui va se substituer aux mortiers de pouzzolane.

Les travaux de Vicat ouvrent la voie à la production des premières chaux hydrauliques artificielles : établie à Nemours en 1818, une première usine calcine un mélange contrôlé et préparé de chaux et d’argile.

Mais ce sont aussi les gisements donnant naturellement le mélange bien dosé de chaux, silice et alumine qui vont alors être exploités. Des chaux hydrauliques naturelles sont fabriquées au Teil à partir de 1839. En 1900, dans le cours de travaux maritimes professé à l’École nationale des Ponts-et-Chaussée par le baron Quinette de Rochemont et Henri Desprez, on peut lire « la chaux du Teil peut être employée concurremment avec le ciment, dans les mers sans marée … » (Béranger, Paris, 1900, p. 114). Contemporaines des travaux de Vicat sur l’hydraulicité, les recherches de l’ingénieur anglais Apsdin aboutissent en 1824 à la découverte du ciment hydraulique dit ciment Portland. Ce ciment est obtenu par la cuisson à haute . température, proche de la fusion (1 4000 C), de calcaire et de 25 % d’argile très siliceuse. Le principal composant du ciment n’est plus le carbonate de chaux (comme dans les chaux aériennes) mais le silicate de chaux tricalcique.

La prise plus rapide, la plus grande dureté, l’hydraulicité et la modernité du ciment Portland, le font rapidement préférer à la chaux. Les chaufours vont s’éteindre. L’ère du béton armé va commencer.

On a gagné le ciment, les ciments, mais on a bien failli perdre la chaux qui a pourtant bien des mérites, en particulier en réhabilitation où elle demeure inégalée pour la réalisation de nombreux ouvrages.

Enduit a la chaux sur pierre:

Définitions

Suivant la teneur en argile du mélange calciné, de 0 à 23 %, on passe de la chaux aérienne aux chaux plus ou moins hydrauliques, puis au ciment.

Suivant l’ancienne classification de Vicat qui n’est plus guère utilisée aujourd’hui, les chaux sont aériennes, faiblement hydrauliques, moyennement hydrauliques, simplement hydrauliques, éminemment hydrauliques et enfin des chaux limites ou ciment.

Lorsqu’on immerge dans l’eau une roche cuite provenant d’un calcaire pur, elle fuse, gonfle et se réduit en poudre; elle se combine à l’eau en dégageant de la chaleur et forme de l’hydrate de chaux; la formation de la molécule d’hydrate de chaux qui est plus volumineuse que celle de la chaux vive brise la roche calcinée et la réduit en poudre : c’est la chaux aérienne.

Lorsqu’on immerge dans l’eau une roche cuite provenant d’un calcaire ou d’un mélange contenant 23 % d’argile, elle ne se transforme pas: les silices, oxyde de fer et alumine qui constituent l’argile se sont combinés à toute la chaux en formant des silicates, des aluminates et des ferrites de chaux; il n’y a plus de chaux libre; la roche calcinée ne « bouge» pas au contact de l’eau et on doit avoir recours à des moyens mécaniques pour la réduire en poudre: c’est un ciment.

Lorsqu’on immerge dans l’eau une roche cuite provenant d’un calcaire ou d’un mélange contenant moins de 20 % d’argile, une partie de la chaux demeurée libre va s’hydrater en brisant la masse et on obtiendra une poudre qui est un mélange de chaux aérienne et de ciment: c’est la chaux hydraulique qui est pulvérisée sans qu’il soit nécessaire d’avoir recours à un moyen mécanique. Suivant que le pourcentage d’argile est plus ou moins élevé, on obtiendra une chaux plus ou moins hydraulique.