LA POUTRE

Depuis la nuit des temps l’architecte constructeur doit résoudre le problème de la traversée de l’espace pour couvrir le volume qu’il a délimité par les murs de l’édifice. Dans nos régions septentrionales le bois a été largement utilisé parce que les forêts étaient abondantes et qu’il est facile à travailler.

La poutre est la première solution intuitive pour traverser l’espace. Elle est facile à réaliser mais elle présente l’inconvénient de flamber, c'est-à-dire de se déformer sous son propre poids et celui des charges qu’elle supporte. La déformation est d’autant plus grande que l’espace traversé, la portée, est plus grand.

L’épaisseur de la poutre accroît sa résistance au flambement,, mais augmente son propre poids qui contribue au flambement. La déformation peut aller jusqu’à la rupture et donc l’effondrement de la couverture.

Un plafond en bois est une succession de planches posées sur poutres.

LA CHARPENTE

Une charpente est constituée par la succession de triangles assemblés, les fermes, qui sont indéformables du fait de leur géométrie. La répétition de ces triangles constitue un volume rigide qui permet de coiffer un édifice.

Les deux arbalétriers ne peuvent s’écarter car leurs bases sont reliées par l’entrait. L’ensemble forme un triangle qui, par construction, est indéformable. La charpente ne peut pas s’affaisser sur elle-même.

Mais dans une ferme l’entrait peut encore se déformer par flambage sous son propre poids, lorsque la portée est grande. Le triangle se déforme, la structure se fragilise.

Pour éviter à l’entrait de flamber et de déformer la charpente, on le relié au faîtage, où se rejoignent les arbalétriers, par une poutre appelée poinçon. Souvent on pense que le poinçon soutient le sommet du triangle pour éviter qu'il s'affaisse, alors que c'est l'inverse, il empêche l'entrait de se déformer.

La géométrie peut être renforcée par les contrefiches. Cette architecture minimise voire supprime les effets de flambage. Elle est basée sur l’énorme résistance de bois à la traction car toutes les poutres sont en tension.

L’ensemble, complètement indéformable, permet de couvrir des espaces beaucoup plus larges

Grâce à son indéformabilité la charpente ne pèse que par son propre poids sur les murs etn’exerce aucune poussée latérale.

L’assemblage d’une charpente ne posait pas de problèmes majeurs pour respecter la géométrie. Chaque ferme était dessinée et assemblée à même le sol, en position horizontale donc sans aucune contrainte de soutènement. Le dessin était tracé au sol avec les outils de base de l’époque (la corde et le piquet, équivalents du crayon, de la règle et du compas). Les poutres n’avaient besoin d’être équarries qu’au voisinage des points d’assemblage. C’est pour cela que dans les charpentes anciennes, contrairement à celles d’aujourd’hui, les poutres sont presque à l’état brut ce qui renforce l’impression d’être "dans une forêt". L’ajustage final se faisait sans contrainte de poids puisque tout reposait à même le sol. Il suffisait ensuit de dresser la ferme pour la mettre en position verticale puis de la hisser au sommet de la construction.

La charpente fut abandonnée comme élément de couvrement au profit de la pierre mais son utilisation comme couverture de l’édifice, c’est-à-dire la structure qui protège l’édifice des agressions extérieures (vent, pluie, neige, gel), fut maintenue et perfectionnée jusqu’à nos jours.

Les éléments techniques exposés ci-dessus sont volontairement rudimentaires pour en simplifier la compréhension. La structure réelle d’une charpente est beaucoup complexe.

La résistance de cet ensemble de poutres réunies entre elles est beaucoup plus forte que la somme des résistances de chacune des poutres. Ce principe déjà évoqué par Villard de Honnecourt pour la construction d’un pont a été repris dans la construction métallique au XIXème siècle avec l’invention des poutres métalliques en treillis dont nous voyons tous les jours l’application avec la tout Eiffel, les pylônes électriques et les grues de chantier.