Un système en plein essor et à hautes performances 2013/01.01

Le bois est utilisé dans le domaine de la construction depuis la nuit des temps. Toutefois, en raison de nombreux préjugés et de l'apparition de la maçonnerie lourde, le bois est tombé en désuétude pour se limiter structurellement à une utilisation en charpente. Le retour du bois dans les structures portantes principales du bâtiment s'est amorcé après la crise pétrolière des années 1970; il s'est amplifié lors du Sommet de la Terre à Rio en 1992 et semble se confirmer depuis le début du XXIe siècle.

Ce positionnement ne cesse de croître, et ce dans la majorité des pays européens. Pareil engouement est notamment dû aux mesures prises par les instances gouvernementales en vue de réduire l'empreinte énergétique des bâtiments et de favoriser l'utilisation durable des ressources naturelles. En effet, la construction en bois peut se targuer de nombreux points forts en matière de durabilité : le bois est une matière première renouvelable avec un écobilan positif qui n'engendre qu'une quantité restreinte de déchets sur le chantier et qui requiert peu d'énergie de production.

Le bois est également favorisé par rapport aux autres matériaux grâce à des avantages plus pragmatiques : faible poids propre, apport d'eau superflu, possibilités de préfabrication, rapidité d'assemblage, adéquation aux nouvelles tendances architecturales et possibilité d'augmenter l'épaisseur des couches d'isolation thermique sans augmenter substantiellement l'épaisseur totale des façades (l'isolant remplissant tout l'espace disponible entre les montants).

  1. Complément d'étanchéité à l'air
  2. Parement intérieur
  3. Gaine technique
  4. Panneau structurel (contreventement)
  5. Isolation
  6. Montant de l'ossature
  7. Panneau de fibres de bois
  8. Pare-pluie
  9. Lattage
  10. Bardage

1 | Exemple type d'une paroi à ossature en bois
Ces différents aspects expliquent l'intérêt et la considération que lui portent aussi bien les professionnels que les particuliers, tant pour des bâtiments tertiaires que résidentiels, voire multirésidentiels. D'ailleurs, 15 à 20 % des nouvelles constructions mises en chantier chaque année en Belgique sont en bois et essentiellement à ossature en bois. Ce constat est d'autant plus flagrant qu'au début des années 2000, la construction en bois représentait à peine 8 à 10 % des nouveaux permis de bâtir.

Tout ceci justifie l'implication croissante du CSTC dans ce système constructif via, notamment, la parution de la nouvelle Note d'information technique consacrée aux revêtements de façade en bois et en panneaux à base de bois (voir NIT 243), rédigée en étroite collaboration avec le secteur par l'intermédiaire des Comités techniques Menuiserie et Gros œuvre, ainsi que les nombreux projets de recherche en cours, les formations et soirées d'information (voir la rubrique 'Agenda').

Comme tout système constructif, un projet de construction en bois doit être mûrement réfléchi. Ainsi, les matériaux (type d'isolant, nature de la barrière à l'air et à la vapeur d'eau, …) doivent être judicieusement choisis afin d'assurer la durabilité et les performances de l'ouvrage.

Ce CSTC-Contact thématique montre combien les performances de la construction en bois ont évolué pour pouvoir répondre aux multiples exigences imposées aux constructions actuelles.

1. Les différents systèmes constructifs en bois

Parmi les systèmes constructifs en bois, on distingue quatre grandes familles :
  • la construction à ossature en bois
  • la construction en madriers
  • le système poteaux-poutres
  • la construction en panneaux préfabriqués en bois massif.
Bien que la majorité des sujets abordés dans ce CSTC-Contact se rapportent aux constructions à ossature en bois, nous détaillons ici les caractéristiques de ces différents systèmes.

1.1. La construction à ossature en bois

2 | Construction à ossature en bois
Ce système est l'héritier des constructions à colombages. La structure est constituée d'un squelette d'éléments verticaux de faible section (les montants) disposés à intervalles réguliers et reliés entre eux par des éléments horizontaux de même section (les traverses), le tout formant des cadres. Compte tenu des dimensions standard des panneaux de contreventement utilisés (120 cm), les montants de l'ossature sont généralement placés tous les 40 ou 60 cm.

Dans ce type de construction, chaque élément constitutif des parois joue un rôle spécifique. L'ossature proprement dite reprend les charges verticales du toit et des planchers d'étage. Les panneaux de contreventement fixés par clouage aux cadres en bois reprennent les charges horizontales générées, par exemple, par le vent et les forces sismiques. L'isolation thermique est assurée par un isolant placé entre les montants; elle peut être améliorée (à l'intérieur comme à l'extérieur) en vue d'atteindre de meilleures performances thermiques et de remédier aux faiblesses induites par les montants et les lisses. A l'extérieur, une grande diversité de parements est envisageable : brique, pierre, bois, …

Ce système est aujourd'hui le plus répandu dans notre pays, car il permet une liberté de formes et une souplesse quasi illimitées. La préfabrication des panneaux en usine et un montage rapide permettent une réduction non négligeable des délais de construction. Ce type de construction convient tant aux habitations privées qu'aux bâtiments tertiaires.

1.2. La construction en madriers

3 | Construction en madriers
Actuellement, il existe deux méthodes de pose de poutres profilées (rondins/madriers) :
  • l'empilement horizontal
  • la juxtaposition verticale.
Comme son nom l'indique, l'empilement horizontal consiste à poser horizontalement des pièces de bois en les emboîtant les unes aux autres de façon à former un mur en bois massif. Ce mode de construction requiert que l'on veille tout particulièrement aux détails en raison du retrait et du tassement inévitables des pièces de bois les unes par rapport aux autres. Ces phénomènes se produisent dès les premières années, lors du séchage du bois et à la suite des charges appliquées à la structure. Ces variations dimensionnelles doivent être prises en compte en prévoyant des précautions d'assemblage (joints ajustables, jeu plus important ou fixation provisoire des éléments, …). Le phénomène de tassement peut être contourné en juxtaposant les poutres verticalement, comme des livres dans une bibliothèque. La charge du bâtiment s'applique alors dans le sens des fibres, sens dans lequel le bois est le plus résistant.

Les murs pleins et continus nécessitent une quantité relativement importante de bois massif ou contrecollé. Même s'il est également sujet au retrait, l'intérêt de ce dernier réside dans sa résistance et dans sa stabilité dimensionnelle.

Les parois peuvent être réalisées de diverses manières, offrant ainsi des aspects différents et des niveaux variables de performances énergétiques.

Toutefois, en raison de ses caractéristiques particulières, ce type de construction ne convient qu'aux habitations et aux structures légères limitées à un étage. Toute modification ultérieure est quasi impossible. Par ailleurs, l'intégration d'installations diverses (chauffage, électricité, adduction et évacuation des eaux, domotique) requiert une étude préalable complète et précise.

1.3. Le système poteaux-poutres

4 | Système poteaux-poutres
Cette technique consiste à créer une grande structure ouverte composée d'un petit nombre d'éléments porteurs de section importante : les éléments verticaux (les poteaux) sont disposés selon une trame, à intervalles réguliers et relativement importants (de 0,9 m à plusieurs mètres) et sont reliés par des éléments horizontaux (les poutres). Les efforts transmis par les planchers et la toiture sont concentrés sur ces quelques éléments, dont la composition et le dimensionnement sont optimisés.

Les poteaux et les poutres sont en bois massif ou contrecollé. Tout comme pour la construction en madriers, la technique du collage est de plus en plus utilisée, cette dernière permettant de réduire les sections tout en assurant une plus grande stabilité dimensionnelle. Elle permet par ailleurs de franchir de plus grandes portées. Cette structure principale est ensuite complétée par des parois de remplissage qui peuvent être insérées partiellement entre les poteaux ou être placées tant du côté extérieur qu'intérieur.

Le contreventement est assuré soit par la mise en œuvre de croix de contreventement (croix de Saint-André), soit par la rigidité des assemblages, soit encore par le remplissage de certaines parois. Celles-ci ne sont pas porteuses, mais peuvent contribuer à la rigidité de l'ensemble. Les poteaux peuvent s'élancer sur la hauteur d'un étage ou sur toute la hauteur du bâtiment. Les poteaux et les poutres sont continus ou non, de section simple ou dédoublée, voire triplée (pièces dites moisées). Ces différentes configurations autorisent de nombreux types d'assemblage (bois contre bois ou via des profilés métalliques).

Ce type de construction, avec ses grands volumes et ses grandes ouvertures, est particulièrement recherché pour les bâtiments industriels, tertiaires ou éducatifs de forme plus ou moins complexe.

1.4. La construction en panneaux préfabriqués en bois massif

5 | Construction en panneaux préfabriqués en bois massif
Ces panneaux contrecollés et/ou contre-cloués sont composés de planches en bois massif disposées en couches croisées dont le nombre dépend de l'utilisation et de l'épaisseur souhaitées.

De par leur nature, les panneaux préfabriqués offrent maintes qualités, parmi lesquelles :
  • une réduction des variations dimensionnelles
  • une augmentation de la rigidité permettant de reprendre les charges dans toutes les directions, contrairement au système poteaux-poutres (on parle d'un 'effet voile' du panneau)
  • une résistance au feu en fonction du nombre de plis.
Les dimensions des panneaux sont adaptées de manière à pouvoir réaliser des éléments de parois et de façades avec un minimum de joints verticaux. Toutes les ouvertures prévues pour les portes et les fenêtres sont réalisées en atelier par découpe numérique dans le panneau.

Pour les murs, l'assemblage des panneaux d'angle est réalisé par un serrage et un vissage dans le sens de la tranche du panneau. Pour les planchers, la liaison entre deux éléments dans le même plan est assurée soit par des couvre-joints en bois, soit par des rainures et des fausses languettes, soit par assemblage à mi-bois.

  1. Complément d'étanchéité à l'air
  2. Position alternative de 1
  3. Parement intérieur
  4. Gaine technique
  5. Panneau préfabriqué en bois massif
  6. Isolation
  7. Pare-pluie
  8. Lattage
  9. Bardage

6 | Exemple de paroi constituée de panneaux préfabriqués
Outre la simplicité des composants, ce système constructif offre une grande liberté et une grande souplesse créative ainsi qu'une simplicité des composants de la structure. Il se caractérise également par son aptitude à reprendre des porte-à-faux importants.

L'intérêt des panneaux de grandes dimensions est de limiter le nombre d'éléments constructifs à assembler tout en assurant une rapidité de montage. Ils doivent cependant être importés et, en raison de leurs dimensions, nécessitent l'utilisation d'engins de levage.

Cette technique convient tant aux habitations qu'aux locaux commerciaux et aux bâtiments socioéducatifs.

2. De la conformité au perfectionnement

La construction en bois a pu démontrer, ces dernières années, des performances équivalentes aux maçonneries lourdes et ainsi faire tomber les nombreux préjugés qui la pénalisaient. Depuis, elle n'a cessé d'évoluer. Sa conception et sa mise en œuvre se sont singulièrement améliorées, mais aussi complexifiées, tant et si bien qu'elles requièrent à présent un important savoir-faire technique. Le système a gagné en sécurité et en fiabilité, tout en réduisant ses points faibles tels que l'isolation acoustique ou le confort estival.

Ces performances, ainsi que quelques autres, sont aujourd'hui formalisées par le nouveau Règlement européen n° 305/2011 relatif à la commercialisation des produits de construction (voir 'Le marquage CE des éléments en bois'). Celui-ci impose les sept exigences énumérées ci-après et illustrées dans les articles qui suivent.

2.1. Résistance mécanique et stabilité

Cet article traitera, d'une part, du dimensionnement des planchers et des murs et, d'autre part, des règles d'espacement et des distances minimales à respecter pour les assemblages courants (clous, vis, tire-fonds, agrafes, …).

Ces deux cas seront explicités à l'aide d'un tableau et de schémas pratiques, visant à simplifier les règles de l'Eurocode 5.

2.2. Sécurité en cas d'incendie

Outre les habitations unifamiliales à quatre façades, la construction en bois a intégré les maison mitoyennes, les appartements ou les bureaux. Ces bâtiments sont soumis à des exigences sévères et réglementées en matière de sécurité contre l'incendie. L'article s'attardera sur les nouvelles prescriptions réglementaires (en vigueur depuis le 1er décembre 2012), plus particulièrement en termes de résistance au feu. Il formule des recommandations de mise en œuvre et présente des détails de conception permettant de répondre aux exigences.

2.3. Hygiène, santé et environnement ('Le marquage CE des éléments en bois' et 'Maîtrise de l'humidité')

Les matériaux utilisés en construction, quel que soit le système, peuvent avoir un impact immédiat sur la santé et l'environnement. Il importe par conséquent d'adopter certaines mesures pour y remédier. Par l'apposition du marquage CE, les fabricants procèdent à un contrôle plus rigoureux des diverses substances dangereuses émises dans l'air intérieur et pouvant émaner de la colle utilisée dans les panneaux contrecollés – notamment le formaldéhyde, le pentachlorophénol (PCP) ou, plus généralement, les composés organiques volatils (COV).

Par ailleurs, la durabilité du bois n'est parfois garantie que par l'application d'un traitement de préservation. Un choix judicieux doit alors être opéré aussi bien au niveau du produit de préservation que de sa mise en œuvre. Toutefois, la gamme de produits disponibles a été réduite à la suite de l'entrée en vigueur du règlement REACH, qui interdit l'utilisation de certains produits chimiques en Europe. Cette liste de produits prohibés risque encore d'évoluer.

2.4. Sécurité d'utilisation et accessibilité ('Méthodes de pose et accessibilité des menuiseries')

Il n'est pas aisé de réaliser un seuil de porte alliant des performances énergétiques et une accessibilité efficace et aisée aux personnes à mobilité réduite. De même, les murs extérieurs étant de plus en plus épais, les poignées de fenêtre sont plus éloignées et donc plus difficilement accessibles. Plusieurs pistes de réflexion seront proposées dans cet article pour pallier de tels inconvénients.

2.5. Protection contre le bruit ('Isolation acoustique dans les constructions en bois')

Dans la plupart des pays européens, les exigences acoustiques sont établies sur la base des performances de constructions en maçonnerie lourde. Celles-ci ont été fixées à partir d'évaluations de performances acoustiques supérieures à 100 Hz. Or, il devient de plus en plus nécessaire de se pencher sur les performances d'un bâtiment aux fréquences les plus basses (< 100 Hz), puisque celles-ci sont tout aussi audibles pour les occupants, et ce surtout dans les constructions en bois. Dans ces dernières, il est en effet plus difficile d'atteindre, à ces basses fréquences, des performances comparables à celles des constructions en maçonnerie lourde.

2.6. Economie d'énergie et isolation thermique ('Performances énergétiques des constructions en bois' et 'Méthodes de pose et accessibilité des menuiseries')

Les nœuds constructifs dans les constructions en bois doivent être traités de manière à être conformes aux réglementations PEB. Il convient également de prendre en considération la question du confort estival, de même que les détails de mise en œuvre des éléments menuisés (les fenêtres, par exemple). Une bonne mise en œuvre et une jonction soignée entre la fenêtre et la structure en bois sont primordiaux pour garantir la continuité des performances (principalement l'étanchéité à l'air et à l'eau, et l'isolation thermique).

2.7. Utilisation durable des ressources naturelles ('Impact environnemental' et 'Maîtrise de l'humidité')

La mise en œuvre des constructions en bois doit être mûrement réfléchie si l'on souhaite profiter au maximum de ses avantages écologiques (construction 'basse énergie', utilisation de ressources renouvelables, …). Cet article présentera une analyse du cycle de vie complète d'une paroi dans une construction en bois comparée à celle d'une maçonnerie lourde. Dans tous les cas, l'usage de bois d'exploitation durable et locale, ainsi qu'un traitement et un entretien adaptés à l'usage constituent des éléments à prendre en compte pour quiconque entend construire en bois de façon pérenne.

L'humidité constituant un risque majeur de pathologies, il est indispensable d'assurer une étanchéité efficace à la pluie, une barrière anticapillaire et une conception optimale afin d'éviter tout risque de condensation au sein de la paroi. Il convient dès lors d'opérer un choix pertinent des matériaux et des traitements de préservation, de prévoir une bonne coordination des travaux et de bien maîtriser les technologies.

Avec l'ajout de cette septième et dernière exigence, le nouveau Règlement européen sur les produits de construction favorise davantage l'utilisation du bois comme matériau de structure. Par ailleurs, la mise en application du marquage CE (voir 'Le marquage CE des éléments en bois') permettra de garantir à l'utilisateur la conformité des éléments en bois aux exigences des normes européennes.

Le secteur de la construction en bois n'a cependant pas attendu cette mise en conformité avec les exigences essentielles pour continuer à faire évoluer les matériaux et les techniques de mise en œuvre. Il n'existe aujourd'hui plus de frein technique à l'utilisation du bois dans les ouvrages de construction. Mieux encore : à ce jour, la construction en bois a dépassé le niveau de 'conformité' et peut atteindre des performances très élevées, notamment du point de vue de la gestion des températures, du confort acoustique, de la stabilité et du comportement au feu.

3. Et dans le futur…

Les exigences de plus en plus sévères imposées en matière d'économie d'énergie (bâtiment 'zéro énergie') et de développement durable devraient garantir un bel avenir et une progression importante des constructions en bois. Cette progression devrait en outre bénéficier du double défi que constitue la croissance démographique combinée au déficit de surfaces habitables. La construction en bois peut en effet s'affranchir du relief et ainsi se développer dans des zones difficilement accessibles aux autres systèmes constructifs. De plus, dans les zones à forte densité de population, la technique de la construction en bois permet de bâtir des étages supplémentaires dans des logements existants, sans qu'il soit nécessaire de renforcer la structure sous-jacente.