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Comment construire une charpente réciproque ?

mardi 7 janvier 2014, par Olivier

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Construction d’une charpente reciproque

Dans le cadre d’un chantier participatif sur le terrain de « terre paille et compagnie », nous voulions construire une petite maison ronde d’environ 35 m2. La volonté d’expérimentation, la beauté de ce genre de structure, le côté un peu ’magique’ des structures auto-portées et la volonté d’aller encore plus loin vers l’écologique, le pas cher et le « fait soi-même » nous a conduit à faire le bâtiment avec une charpente réciproque fabriquée en bois rond coupés par nous dans la foret qui est juste à côté de la construction. Nous vous faisons découvrir les étapes de la construction d’un tel bâtiment.

Principe de la charpente réciproque :
on peut utiliser le nombre de poutres que l’on veut (au minimum 3 en théorie), dans notre cas on est partit sur 8 poutres. L’idée est que chaque poutre repose sur la précédente et soutient la suivante, ce qui permet de maintenir la structure sans poteau central. Imaginez des gens l’un derrière l’autre assez proche et en cercle, chacun se baisse en même temps comme pour s’asseoir sur une chaise et se retrouve assis sur les genoux de la personne derrière lui. Bien qu’il n’y ait pas de chaise chacun se retrouve assis sans faire d’effort. C’est exactement le même principe que la charpente réciproque.

Géométrie :
la géométrie d’un tel bâtiment est intéressante car la pente du toit, le diamètre moyen des poutres et le diamètre du trou central sont complètement liés. Il faut donc savoir déterminer le diamètre central et le diamètre des poutres pour obtenir la pente de toit qu’on désir. Dans notre cas, on avait choisi une toiture végétalisée et donc une pente de toit d’environ 20 degrés. La toiture végétalisée imposait aussi un diamètre minimum pour les poutres du fait du poids important de celle-ci. Le calcul du diamètre minimum pour soutenir tout ça n’était d’ailleurs pas chose simple car il y a peu d’informations la dessus sur le net. Les tableaux de détermination des sections pour une charpente classique en sapin et en section rectangulaire sont facilement disponibles mais pour une charpente réciproque en chêne et en bois ronds, c’est une autre histoire. Il a fallu tenter de faire une correspondance entre les 2. une fois la section minimum déterminée, il ne faut pas non plus prendre trop gros pour pouvoir manipuler le bois sans trop de difficulté et pour ne pas trop augmenter la taille du trou central si on veut rester sur une pente d’environ 20 degrés. Il y a un compromis a trouver. Le site suivant parle des calculs pour la géométrie d’une telle charpente :
http://www.mts.net/ sabanski/pavilion/pavilion_design.htm


Fondations :
on a décidé de partir sur 8 poutres pour la charpente (car avec moins, le poids de chacune aurait été trop important et avec plus la pente de toit aurait augmentée), donc 8 poteaux. On a donc creusé un trou de 30cm par 30cm à l’emplacement de chaque poteau pour faire des fondations pierre-chaux (très simple a faire) et un petit plot en chaux sous le poteau (peut-être pas un bonne idée car on a fait les plots en chaux peu de temps avant le début de la construction et c’est très long a bien sécher au cœur. On a du ruser et ajouter un pneu rempli de cailloux autour pour maintenir le plot et une petite planche par dessus pour bien repartir les charges sur le plot. Ça nous a permis de ne pas trop attendre pour commencer la charpente). Dans chaque plot en chaux avait été intégré une tige en fer à béton qui dépasse du plot et qui permet au poteau de rester en place avec certitude car on a choisi de ne pas fixer les poteaux à leur fondation.

Montage de la charpente :
il a d’abord fallu aller tronçonner dans la foret les chênes correspondant aux longueurs et sections qu’on voulait (dans notre cas, pour les poutres, 15 a 18 cm de diamètre du côté le plus fin et 5 mètres de long, et, pour les poteaux, un diamètre un peu supérieur et un peu moins de 2 mètres de long) et écorcer à la plane ensuite (un travail long mais assez agréable et méditatif).
Une fois nos poteaux prêt, on les met en place et on les soutient provisoirement avec des planches de contreventement. Il faut ensuite relier les huit poteaux par des traverses bien solides (si on ne le fait pas, les poteaux s’écarteront sous le poids de la charpente et celle-ci peut tombée). L’option choisie pour tenir ensemble le poteau, les 2 traverses de chaque cote de celui-ci et la poutre qui viendra au dessus est une tige filetée traversant le tout et renforcée par un feuillard placé à la fin :


L’étape suivante est celle qu’on attendait tous : monter les poutres du toit. Il ne faut pas oublier de faire d’abord un montage au sol avec les poutres qu’on utilise pour le toit. C’est assez important pour se donner une idée de ce qui va se passer. On essaye de se mettre dans les conditions les plus proches de la réalité et on monte le toit mais, au lieu que ce soit en haut des poteaux, c’est au sol. C’est plus simple que de le faire en haut des poteaux et ça permet d’anticiper un peu ce qui va arriver. Ça n’empêchera pas d’avoir des surprises mais ça limitera quand même les éventuels problèmes qu’on peut rencontrer.
Une fois cet essais de montage effectué, on peut se lancer. Il faut d’abords poser ce qu’on appel un « charlie stick », c’est un poteau central tailler en « V » sur le haut. Il faut calculer la bonne hauteur pour celui-ci : ’diamètre moyen des poutres’ x ’nombre de poutres’ + hauteur des poteaux + 30 cm. Cette formule devrait correspondre mais on peut aussi se creuser un peu la tête et faire ses propres calculs auquel on ajoute toujours une petite marge pour être certain de pouvoir enfiler la dernière poutre. Il faut aussi placer le « charlie stick » au bon endroit, décalé du centre du bâtiment du rayon du trou central déterminé au début. Pour expliquer autrement, la première poutre qui posera sur le « charlie » doit être tangente au cercle central. Il faut aussi le décaler un petit peu le long de la première poutre pour éviter que le « charlie stick » soit dans le passage de la dernière poutre.

C’est maintenant le moment de poser la première poutre qui vient se positionner au dessus d’un poteau et sur le « charlie ». Notre choix technique a été de faire une encoche pour bien transférer verticalement dans le poteau les forces exercées et éviter que ces forces soit transférées à travers la tige filetée. On devait d’abords installer chaque poutre puis la retirer plusieurs fois pour tracer la forme de l’encoche, essayer puis refaire si la forme n’était pas idéale, percer le trou où viendra s’enfiler la tige filetée dépassant en haut du poteau. La deuxième poutre vient posée sur la première. Pour la poser au bon endroit on essaye de garder chaque poutre tangente au cercle central déterminé par le calcul au début et on essaye aussi de garder les points d’appui des poutres à la même hauteur (il faut en quelque sorte que le cercle central formé au fur et à mesure qu’on pose les poutres reste le plus horizontal possible). On a choisit de poser une cale provisoire pour chaque poutre, vissée dans la poutre précédente, pour être sur que chacune reste dans la position qu’on voulait. Le processus est le même pour chaque poutre et la dernière viendra poser sur l’avant dernière et s’enfiler sous la première. Si la taille du « charlie » n’est pas bonne, on pourrait ne pas pouvoir assez d’espace pour enfiler la dernière poutre ou il pourrait y avoir trop d’espace, ce qui compliquerait l’étape suivante.

Voilà venu le moment délicat où on enlève le « charlie ». on a d’abord ficelé ensemble toutes les poutres et retiré les cales. On a remarqué que la dernière poutre a tendance à glisser vers le bas, on a essayé d’éviter ça en tendant une corde entre la dernière poutre et celle d’en face. Il faut réussir à descendre la charpente petit à petit, ne pas enlever le « charlie » d’un coup, ce qui pourrait être assez violant et dangereux. On a pensé à utiliser des étais qui reprenaient la charge de la charpente entière et permettait de la descendre petit à petit. Quand les étais arrivaient en bout de course, on faisait reprendre la charge au « charlie » préalablement raccourci, puis on raccourcissait aussi les étais avant de leur faire reprendre la charge pour pouvoir continuer à descendre la charpente. Après avoir fait plusieurs fois cette manipulation, on remarque qu’il n’y a plus de charge ni dans les étais, ni dans le « charlie ». La première et la dernière poutre se touchent et la charpente est maintenant auto-portée. La charpente peut encore descendre un peu, on peut avoir quelques émotions quand en montant dessus pour tester et crier victoire la charpente descend d’un coup de quelques centimètres. La charpente trouve petit a petit sa position d’équilibre.
La structure principale est maintenant en place. On a plus qu’a mettre des feuillards à la place des cordes qui tenaient les poutres entre elles. Ils ne prennent que très peu de charge, ils empêchent juste les poutres de glisser vers l’extérieur mais n’empêche pas le mouvement dans le sens de la poutre (qui peut arriver au cours du séchage du bois encore vert). On peut aussi rajouter une corde métallique qui encercle les 8 poutres au niveau du cercle central.
On a ensuite rajouté des poutres intermédiaires plus fine, parallèles aux poutres principales, puis on a ensuite mis des dosses perpendiculaires aux poutres. Ça permet de répartir mieux les charges, de solidariser l’ensemble et de pouvoir poser les bottes de pailles qu’on met ensuite par dessus en guise d’isolation. Par dessus les bottes de paille, c’est ensuite l’EPDM (membrane étanche), et enfin la terre.

Bilan de la construction :
Ça a été un plaisir de construire ce bâtiment. Aucun de nous n’avait déjà fait ce genre de structure, ce qui a finalement été intéressant car il a fallu réfléchir et discuter ensemble à chaque fois qu’un problème se posait ou qu’il fallait faire un choix sur la technique à adopter. C’est très enrichissant et ça nous montre qu’on peut faire beaucoup de choses si on se lance. On s’est quand même appuyé sur un livre en anglais, « building a low impact roundhouse » mais chaque étape a été requestionné pour trouver la meilleure technique adaptée à notre cas. Je pense que, même si tout n’est sans doute pas parfait, au final, on s’en ait bien sorti.

Voir aussi le superbe photo-montage ici

Olivier Prévost
Pour Terre, Paille & Compagnie

  • Le 8 janvier 2014 à 14:35, par growww

    Super nikel beau boulot Olivier

    J’aime particulièrement la précision avec la quel tu décrit chaque étape comme elles on été vécues ! Sa ma fait remonter plein de souvenir...

    Juste un détail, pour l’étape où on met les perches secondaires. Si c’était à refaire, je choisirai de les faire rayonner comme un soleil depuis les poutres principale, au lieu de les mettre parallèles, afin de simplifier/consolider les 8 derniers triangles (ceux qui sont le plus proche des poteaux) sa pourrai être utile à qui voudrai s’essayer a ce type de construction ;-)

    bise

    Cyril

    PS : serai bien de coller le lien vers cette article sur la video sur youtube

  • Le 30 janvier 2015 à 11:10, par guiom

    Bonjour et félicitations pour cette bien belle construction.
    Plusieurs petites questions me taraudent :
    - Est ce que la structure (charpente+poteau) a "bougé" avec le temps, le séchage...?
    - Est il possible d’avoir quelques précisions et un retour d’expérience sur l’isolation et la végétalisation ? Bottes de paille plongées dans la barbotine et posé à même la charpente (donc paille + ou- visible de l’intérieur) ? pas trop galère, l’installation de bottes sur une surface circulaire ? Pose et fixation de l’EPDM ? Blocage de la terre, combien de cm, bonne tenue même sous pluie battante ?
    - Comment avez vous fini la partie centrale ? vitrage, plexi, autres...

    Bon ok je m’arrête là pour les questions.
    merci d’avance pour les réponses.
    guiom

    • Le 5 février 2015 à 12:11, par Olivier

      la structure n’a pas l’air d’avoir bougée. les poteaux sont fixés ensembles par les traverses donc ne peuvent pas s’écarter. et les poutres principales du toit peuvent en théorie coulisser légèrement les unes sur les autres si la longueur de celles-ci varient avec le séchage. mais les poutres secondaires et les dosses solidarisent l’ensemble donc il y a finalement peu de mouvements possibles.
      c’est sans doute encore un peu tôt pour les retours d’expérience car ce n’est pas terminé. mais les bottes de pailles ont été trempées dans la barbotine avant pour éviter de faire une couche d’accroche délicate depuis l’intérieur (ce n’est pas totalement convaincant, je ne sais pas si je le referais car la surface de la botte n’est pas durci comme avec une couche d’accroche de cette façon là) ; la pose des bottes est facile. on a commencé par un cercle extérieur avec toutes les bottes attachées entre elles avec de la ficelle à ballots. de cette façon, elles ne peuvent pas bougées. ensuite, on a même plus besoin de les attachées, chacune repose juste sur celle du dessous. quand elle sont toutes en place, on bourre de la paille en vrac dans tous les espaces qu’on peut trouver. je pense que ce sera très efficace au niveau isolation. la paille est effectivement visible de l’intérieur entre les dosses mais on veut faire un enduit terre (qui ne sera pas évident !).
      ensuite, on a posé directement l’epdm sur les bottes de paille. après, on s’est posé la question de la condensation le long de la surface de l’epdm, ce qui pourrait faire moisir les bottes de paille. ça a l’air d’aller pour l’instant mais on n’est pas encore dans les conditions définitives (c’est quelque chose à surveiller). pour éviter ça, on peut essayer de garder une lame d’air entre la paille et l’epdm, par exemple en mettant des palettes par dessus la paille.
      la pose de l’epdm n’est pas trop compliquée. c’est extensible donc ça prend la forme que le toit a. sur le coté, on le fait remonté le long des poutres de rive pour avoir une surface sur laquelle la terre peut s’appuyer. on le clou sur les poutres de rive.
      ensuite, pour la végétalisation, on a mis des mottes d’herbes tout autour calées sur les poutres de rives. ça permet d’avoir un contour qui tient bien . sur le reste, on a fait une couche fine de terre paille,
      pour que la terre se maintienne justement. on a semer directement avec ce qu’on avait sous la main et planter les plantes grasses qu’on avait. de cette façon, la terre n’a pas bougée et la végétation commence à pousser. ça a l’air assez convaincant pour l’instant.
      pour la partie centrale, on a récupéré des portes de douche en verre légèrement arrondies. on a fait un support en bois pour les faire tenir et fait remonter l’epdm dessous pour éviter que l’eau puisse s’infiltrer. c’est sans doute quelque chose sur lequel il faudra retravaillé. c’est pour l’instant du simple vitrage donc un gros pont thermique, ce qui est dommage vu l’isolation au top de tout le reste. peut-être qu’il faudrait rajouter une deuxième vitre ou un bout de polycarbonate à l’intérieur si on veut atteindre une efficacités thermique optimale.
      si tu as d’autres question, n’hésite pas.

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