VOLUME 1 - 3. CARACTÉRISTIQUES DU BOIS LAMELLE

3.1. LE BOIS LAMELLÉ ET L’ENVIRONNEMENT

Composé à plus de 97 % de bois, le bois lamellé est un matériau de structure exceptionnel du point de vue environnemental. Naturel, renouvelable, recyclable et durable, il se présente également comme un formidable puits de carbone qui contribue activement à la lutte contre le réchauffement climatique en prélevant du CO2 de l’atmosphère et en stockant le carbone. Au-delà de ces qualités intrinsèques, le bois lamellé se distingue également par une fabrication responsable : avec une transformation réclamant peu d’énergie, des colles faiblement émissives et une gestion efficace des déchets (notamment à travers la valorisation énergétique des chutes de bois). En phase de mise en œuvre : filière sèche et préfabrication permettent d’importantes économies d’eau et limitent considérablement les pollutions sur chantier.

3.1.1. Caractéristiques environnementales : ACV et FDES

Dès 2002, l’Analyse de Cycle de Vie (ACV) d’une poutre en bois lamellé a été réalisée pour analyser le comportement de ce matériau de sa fabrication jusqu’à sa fin de vie. Le bois lamellé a été, en outre, l’un des premiers matériaux de structure à produire, en 2003, une Fiche de Déclaration Environnementale et Sanitaire (FDES), mise à jour en 2007, puis 2013, selon le format défini par la norme NF P01-010 (la Déclaration Environnementale a également été réalisée conformément à la norme NF EN 15804).

Le bilan environnemental d’une poutre générique met en évidence les nombreux intérêts environnementaux de ce matériau. Nous n’en révèlerons ici que l’essentiel :

Le bois lamellé affiche une faible consommation d’énergie non renouvelable sur l’ensemble du cycle de vie de la poutre.
Un tiers de l’énergie mobilisée pour la fabrication d’une poutre en bois lamellé est d’origine renouvelable.
Le bois lamellé arrivé en fin de vie est recyclable (panneaux, composants...), réutilisable (dans une autre construction) ou valorisable comme source d’énergie.

De la ressource forestière au recyclage en fin de vie, le bois lamellé de fabrication française apporte des garanties fiables.

3.1.2. Bois renouvelable et gestion de la ressource

Le bois est un matériau de construction totalement renouvelable… à la condition que la forêt dont il est issu soit gérée durablement. Car il existe une nuance de taille entre un bois « renouvelable en théorie » et un bois « réellement renouvelé », donc issu de forêts durablement gérées et apportant les garanties de ce renouvellement.

Les bois utilisés pour la fabrication de lamellé français sont, à plus de 98 %, issus de forêts européennes (majoritairement scandinaves, allemandes et françaises). Or le patrimoine forestier européen se distingue par sa gestion durable garantissant une croissance soutenue : dépressage et éclaircies combinés à des replantations continuelles assurent l’équilibre nécessaire au développement des jeunes arbres en particulier, et de 47 la forêt en général. En conséquence, les forêts européennes grandissent chaque année de 510 000 hectares, soit un accroissement net estimé à 645 millions de m³ .

Afin d’assurer la traçabilité des bois et de garantir au consommateur que tel bois lamellé est bien fabriqué avec du bois issu de forêts durablement gérées, des marques de certification ont été développées. PEFC, FSC et ACERBOIS-FC (voir partie « Certifications et contrôles) sont les principales marques attestant de manière objective et indépendante (organismes de certification agréés par le Cofrac) de la provenance des bois.

L’accroissement de la forêt européenne est estimé à 510 000 hectares par an, exploité à 64% à peine.

3.1.3. Fabrication respectueuse de l’environnement

Le bois lamellé ne nécessite que peu de transformation, comparé à d’autres matériaux de construction. Une partie importante de l’énergie utilisée pour cette transformation est celle contenue dans le bois (les déchets de fabrication servant à produire l’énergie). Le recours aux énergies non renouvelables est relativement faible ; et de ce fait, le bilan carbone demeure excellent. Enfin, les exigences qui président à la fabrication d’une poutre en bois lamellé garantissent un produit performant et de qualité constante. Audelà du produit, les conditions dans lesquelles il est fabriqué ne sont pas oubliées. Les usines sont des installations classées (ICPE) et à ce titre, elles font l’objet de contrôles réguliers dont le but est de garantir le respect des normes rigoureuses auxquelles elles sont soumises (rejets, eau, bruit, poussières...)

3.1.4. Bilan carbone

L’accroissement qui caractérise la ressource forestière européenne présente un intérêt certain du point de vue de la matière. Il présente aussi et surtout un avantage incommensurable au regard des enjeux environnementaux : l’accroissement du patrimoine forestier va de pair avec l’accroissement concomitant de l’effet « puits de carbone ». Car, pour grandir, un arbre prélève du dioxyde de carbone (CO2), un gaz à effet de serre dont la concentration augmente dangereusement dans l’atmosphère. Sous l’action de la 48 lumière, l’arbre stocke le carbone dans ses cellules, pour se développer et rejette le dioxygène dans l’air. Ce phénomène, la photosynthèse, contribue à la lutte contre le changement climatique et est d’autant plus efficace que la forêt s’étend. Il est important de noter également, que le carbone stocké dans le bois reste captif lorsque ce bois est mis en œuvre. Aussi, dans un contexte de changement climatique où le stockage en forêt peut-être risqué (tempête, incendie), le stockage dans les produits, bien qu'inférieur en quantité, est une solution de gestion durable. La consommation de bois lamellé permet de soutenir cet effet vertueux et d’accroître les puits de carbone.

Puits de carbone + gestion durable de la ressource + recyclage et gestion des déchets : une spirale vertueuse pour l’environnement.

La poutre contribue à atténuer l’impact sur le changement climatique.

3.1.5. Qualités sanitaires

Le bois lamellé concourt au confort intérieur des constructions en apportant un certain nombre de garanties quant à la qualité de l’air intérieur. Si la réglementation européenne en vigueur exige une conformité aux classes E1 ou E2 (norme EN 14080), la Fiche de Déclarations Environnementales et Sanitaires du bois lamellé français met en exergue des émissions inférieures à la classe d’émission la plus exigeante (inférieures à E1). D’autre part, en 2009, l’étude FORMACOL, réalisée par l’Institut FCBA, a qualifié les émissions de COV et de formaldéhydes selon le cadre imposé par le Protocole AFSSET, dont les contraintes dépassent de loin celles du cadre réglementaire. Cette étude a apporté la preuve de la conformité du bois lamellé (colle PU, finition phase aqueuse) aux exigences pour les scenarii étudiés (chambre et gymnase). Les produits et adjuvants utilisés (traitement, finition, colles) ont considérablement évolué, en conformité avec les règlementations françaises et européennes. Depuis 1990, les produits de préservation utilisés dans le cadre de la marque ACERBOIS font l’objet d’une évaluation santé-environnement (produits certifiés CTB-P+). Cette évaluation apporte la garantie de la non nocivité des bois traités avec ces produits. La colle, dans une poutre bois lamellé représente 3% de la masse et 1/500° de la surface émissive. En la matière, les produits en phase aqueuse se sont progressivement substitués aux produits solvantés, jusqu’à les remplacer totalement. L’émissivité des colles a été grandement diminuée et des colles sans formaldéhyde sont aujourd’hui disponibles et utilisées par les industriels. NOTE (version française) : Depuis 2006, le bois lamellé fabriqué en France fait l’objet d’essais bisannuels en laboratoire (laboratoires Excell, accrédité par le Cofrac) de sorte à qualifier et quantifier les émissions de COV, formaldéhyde, pesticides, résidus de solvants et une vaste gamme de molécules pouvant altérer la qualité de l’air ou les produits en contacts avec le matériau. Ces études, menées sur les bases du Protocole AFSSET, ont démontré la totale innocuité du matériau (Attestation Zone Verte Niveau Bronze et Silver). Les émissions se sont avérées si faibles pour certaines poutres, qu’un usage en milieu confiné est possible, sans aucun risque d’altération de la qualité de l’air.

Petite enfance : une indispensable qualité sanitaire. Ici une école maternelle avec le bois lamellé – Arch. : Schmitt (88).

3.2. REGLEMENTATION, CERTIFICATION ET CONTRÔLES

3.2.1. Règlement Produit de Construction et DoP

Le Règlement Produits de Construction (Règlement (UE) n° 305/2011) publié le 4 avril 2011, et entré en vigueur le 24 avril 2011, renforce la responsabilité du fabricant vis-àvis des informations qu’il communique à travers la Déclaration de Performances (DoP) et le marquage CE sur ses produits. Le bois lamellé, couvert par une norme harmonisée, est soumis à ce règlement. Le fabricant est donc tenu d’établir une DoP et un marquage CE, tous deux accompagnant systématiquement le produit pour sa mise sur le marché européen. Ces deux documents informent l’acheteur quant aux caractéristiques essentielles du produit. Ils engagent la responsabilité du fabricant sur la conformité du produit aux performances déclarées.

3.2.2. Marquage CE

Un produit couvert par une norme harmonisée, pour être mis sur le marché de l’Union Européenne, doit obligatoirement être accompagné du Marquage CE. Le bois lamellé français est fabriqué conformément à la norme européenne 14080 et est donc soumis à un marquage visible et durable afin de prouver qu’il respecte les exigences de cette norme. Ce marquage induit l’information quant au produit s’agissant de ses caractéristiques (essence, traitements, adhésif…), des performances déclarées (mécaniques, résistances, durabilité...) et de la qualité de fabrication. Afin de justifier de ces qualités, le marquage CE exige un contrôle indépendant par un organisme notifié qui délivre une Déclaration de Performances (DoP). NOTE (version française) : Les fabricants de bois lamellé français s’attachent à un respect scrupuleux des exigences normatives françaises et européennes, tant sur le terrain de la qualité de conception et de fabrication que de la qualité du produit (norme harmonisée NF EN 14080) ou de sa mise en œuvre. L’attachement à ce respect est lisible à travers le nombre d’entreprises françaises disposant du droit d’usage de la marque ACERBOIS-Glulam.

Petite enfance : une indispensable qualité sanitaire. Ici une école maternelle avec le bois lamellé – Arch. : Schmitt (88).

3.2.3. Contrôle de la production en usine

La fabrication du bois lamellé exige une grande précision et un certain nombre de contrôles réguliers. Caractéristiques des bois, des colles et des produits de traitement, mais aussi process de fabrication (fraisage des aboutages, préparation et l’application de la colle, pression de prise et temps de pressage…), résistance et durabilité des poutres… font ainsi l’objet d’un contrôle continu. Afin d’obtenir des éléments réguliers et de qualité constante, des autocontrôles sont réalisés en usine en permanence tant au niveau des approvisionnements que de la chaine de production. Des organismes accrédités vérifient ces procédures d’autocontrôle lors de visites d’inspection fortuites suivies d’essais en laboratoire, de sorte à vérifier la légitimité des contrôles internes.

3.2.4. Certification ACERBOIS-Glulam

NOTE (version française) :

ACERBOIS-Glulam est une certification, relevant d’une démarche volontaire des industriels, qui assure à l’utilisateur la fiabilité et la qualité des éléments structuraux mis en œuvre. Cette garantie repose à la fois sur l’engagement des industriels et sur des inspections indépendantes biannuelles vérifiant à la fois les approvisionnement (et leurs caractéristiques), la chaine de production (et la qualité des process) et les produits. Basée sur un référentiel (déposé au ministère de l’Industrie),cette marque impose un ensemble d’exigences dépassant le cadre réglementaire quant à la qualité des poutres en bois lamellé. Au-delà du marquage CE, la marque de certification ACERBOIS-Glulam apporte des garanties s’agissant de la traçabilité des matières premières et contrôle la provenance ainsi que la caractérisation des bois (forêts gérées, classement des bois, humidité). Elle exige l’usage exclusif de produits connexes sous certification et contrôle la conformité des colles utilisées aux Procès Verbaux d’essais sur les émissions de COV. Les process de fabrication doivent en outre obéir à une exigence de haute qualité : aboutage, rabotage, serrage, caractéristiques produits sont ainsi contrôlés et doivent répondre à des contraintes strictes. Ces informations sont enfin vérifiées lors d’audits réalisés deux fois par an par un organisme agréé afin de valider l’ensemble de ces caractéristiques (échantillonnages, essais, visite des laboratoires internes et contrôle des factures).ACERBOIS-Glulam certifie une poutre bois lamellé sur différents domaines :

Caractéristiques mécaniques,
Classes d’emploi,
Taux d’humidité et les classes d’usage,
Approvisionnements issus à 100% de forêts gérées durablement
Classe d’aspect

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3.3. PROPRIÉTÉS

3.3.1. Essences de bois

L’usage en structure exige des bois classés et des performances mécaniques qualifiées. Les essences utilisées doivent présenter des caractéristiques adaptées à un rôle structurel dans la construction. Seules sont utilisées les essences qui présentent les caractéristiques (mécaniques, humidité, classe d’usage, aptitude au collage) requises pour la fabrication de bois lamellé. Les essences plus couramment employées en structure sont des résineux (sapin, l’épicéa, pin sylvestre, douglas, mélèze). D’autres essences, résineux ou feuillus, présentent les caractéristiques nécessaires et peuvent également être utilisées : western hemlock, pin laricio, pin noir d’Autriche, pin maritime, peuplier, pin radiata, épicéa de Sitka ou western red cedar. NOTE (version française) : Certaines essences feuillues sont utilisables comme le chêne et le hêtre sous réserve de justification. La sélection des lamelles qui constituent le bois lamellé est permise par un classement de résistance mécanique normatif. Chaque lot de lamelles dispose ainsi d’une classe de résistance qui la distingue. La classe de résistance d’une poutre en bois lamellé est directement liée à la classe de résistance des lamelles qui la constituent.

Echantillon des essences les plus couramment employées pour la fabrication du bois lamellé.

3.3.2. Adhésifs

3% de colle… La colle ne représente que deux pour mille de la surface émissive d’une poutre en bois lamellé. La proportion est faible et l’émissivité d’autant plus réduite. Un important travail a cependant été réalisé par les fabricants pour minimiser les émissions induites par cet adjuvant et positionner le bois lamellé sur un terrain environnemental volontariste. Des colles de moins en moins émissives ont ainsi été mises au point et des colles sans formaldéhydes peuvent entrer dans la composition des poutres. Aujourd’hui, toutes les poutres produites en France répondent à minima aux impératifs de la classe européenne E1. Certaines franchissent les tests de l’exigeant protocole AFSSET, très en amont des contraintes actuelles en termes d’émissions de Composés Organiques Volatiles (COV).

Phase d’encollage. La colle doit avant tout apporter la preuve de sa fiabilité et de sa stabilité.

Caractéristiques exigées - Le bois lamellé a une vocation structurelle… les adhésifs qui entrent dans sa composition doivent donc satisfaire à de hautes exigences de résistance, stabilité, fiabilité et durabilité. Ces exigences sont indiquées dans les normes européennes EN 14080 et EN 301 (il convient en outre de respecter les exigences relatives aux adhésifs polyuréthane mono composants de la norme EN 15425, le cas échéant).

La norme NF EN 301 définit deux types d’adhésifs, selon leurs performances :

Type I, capable de résister à toutes les expositions extérieures et aux températures dépassant 50°C
Type II, pour usage intérieur chauffé et ventilé ; à l’extérieur sous abri et avec une température supérieure à 50°C très occasionnelle.

Le bois lamellé fabriqué à l’aide d’un adhésif de type I peut être utilisé quel que soit l’air environnant (classes de service 1 à 3 conformément à l’Eurocode 5) alors que les adhésifs de type II ne doivent être utilisés que pour des structures protégées des intempéries (classes de service 1 et 2 conformément à l’Eurocode 5). Une liste des adhésifs homologués est publiée par l’agence de supervision accréditée de chaque pays concerné.

Les adhésifs les plus couramment utilisés pour les éléments de structure en bois lamellé sont principalement de trois types : Mélamine-Urée-Formol (MUF), Polyuréthane (PU) et Résorcine- Phénol-Formol (RPF). Ce troisième type, bicomposants synthétiques, a été progressivement abandonné au profit des deux autres :

La colle mélamine-urée-formaldéhyde - appelée « mélanine » ou « MUF » dans le langage courant - est actuellement utilisée de façon quasi exclusive pour des raisons environnementales. Il s’agit d’un adhésif de type I. Les plans de collage sont clairs au début, mais peuvent revêtir une couleur légèrement plus foncée avec le temps.

La colle mélanine claire est pratiquement la seule utilisée pour l’aboutage des lamelles. Les aboutages n’apparaissent alors que comme de minces lignes à la surface des éléments. Les adhésifs polyuréthane (PUR) peuvent aussi servir à réaliser ces aboutages.

3.3.3. Qualité d’aspect

L’aspect du bois lamellé, différent du bois massif bien sûr, est plus contemporain, avec une superposition de lamelles qui confère aux poutres une esthétique très « structurée ». Il peut, selon les attentes, présenter un aspect homogène (collage de bois de même essence et de même qualité) ou panaché (collage et panachage de qualités et d’essences différentes). Il propose, par ailleurs, d’agir à la surface de la matière. Depuis les produits issus directement des sciages, pour une matière très brute, jusqu’aux rabotés, poncés, voire sablés... la gamme des aspects possibles est vaste.

Poutres bois lamellé habillées de gris pour la piscine de Barentin. Arch. : OCTANT

La diversité des essences offre également un intéressant panel de couleurs qui peut ainsi contribuer à l’esthétique de l’ouvrage. Dans le cas d’un emploi en extérieur, ces teintes naturelles peuvent évoluer (rayons UV du soleil, pour les pièces qui y sont soumises) et tirer vers un coloris argenté. Certains apprécient cet effet qui offre aux bois de structure une certaine « patine ». Il est cependant possible d’éviter cette évolution en appliquant sur les bois des produits de finition (vernis, lasures, peintures) qui les préserveront de ce phénomène et garantiront la stabilité du coloris initial. Selon leur composition les produits de finition protègeront l’aspect originel du bois ou le modifieront. On peut ainsi faire évoluer une essence claire et accorder une autre teinte, plus soutenue ou sombre. Autre rendu, les peintures microporeuses en phase aqueuse, plus couvrantes, permettent un aplat de couleur uniforme. Mais les finitions n’apportent pas que de la couleur (ou de la transparence) : elles se déclinent également sur le thème du toucher. Ainsi a-t-on vu se développer, ces dernières années, des gammes de produits à l’aspect brillant, satiné ou ultra mat qui participent pleinement à définir le style d’un bâtiment.

3.3.4. Dimensions et formes des éléments

La technique du bois lamellé permet de varier considérablement la forme de la section transversale et la géométrie des éléments structuraux. Seules limites ? Celles fixées par le transport, les locaux des fabricants et les équipements mécaniques.

Il existe des réglementations communes à l’ensemble des pays de l’UE, mais certains peuvent imposer d’autres règles.

Forme des éléments - Deux types de composants en bois lamellé se distinguent : les poutres et les dalles. Pour les poutres, les possibilités de formes sont infinies. Les sections peuvent ainsi être parallélépipédiques, ovoïdes, rondes mais aussi en forme de I, de T, de L ou même creuses. Ces sections présentent une inertie constante ou variable. La ligne directrice de la poutre peut être droite, brisée, dédoublée ou même courbe. Et la variation de ces différents paramètres donne sa forme à l’élément. Les dalles en bois lamellé, quant à elles, peuvent être utilisées en plancher, en toiture, et même en mur. Dimensions des éléments - La hauteur d’une poutre droite correspond en principe à un multiple d’une épaisseur de lamelle de 45 mm, c’est-à-dire à 90, 135, 180, 225, 270, 315, etc. La hauteur d’une poutre courbe correspond en principe à un multiple d’une épaisseur de lamelle de 33 mm, c’est-à-dire à 266, 300, 333, 366, etc. Lorsque le rayon de courbure est inférieur à 7 m, des lamelles plus fines sont nécessaires. La largeur maximale d’une poutre en bois lamellé dépend de la disponibilité de lamelles larges. S’il est généralement difficile de se procurer du bois de sciage d’une largeur supérieure à 225 mm, il est parfois possible d’obtenir des largeurs jusqu’à 260 mm. S’agissant de la longueur, il est généralement possible de livrer des éléments en bois lamellé d’une longueur de 30 m. Dans la pratique, la longueur est limitée par le transport : des autorisations spéciales peuvent être nécessaires si la longueur totale du véhicule dépasse 25,25 mètres. Il existe des réglementations communes à l’ensemble des pays de l’Union européenne.

3.3.5. Forme des ouvrages et systèmes constructifs

La diversité des formes de sections et de poutres permet des dessins d’ouvrages aux formes multiples, souples et originales. Si, par ailleurs, on prend en compte l’exceptionnelle portée du bois lamellé et les dimensions envisageables (jusqu’à 40 mètres pour des chantiers courants et au-delà de 100 mètres pour des chantiers exceptionnels) les possibilités architecturales semblent quasiment infinies. Tous les types de volumes sont envisageables et la structure devient un véritable spectacle. Nombre d’ouvrages intégrant une structure en bois lamellé ose ainsi les rondeurs ou la rigueur et fait apparaître cette structure qui participe à l’élégance de l’ensemble. Toutes les formes imaginables reposent sur des volumes élémentaires. Avec le bois lamellé, ces volumes sont multiples, souples et originaux :

Les poutres (sur poteaux ou maçonnerie)
Les portiques
Les fermes (sur poteaux ou maçonnerie)
Les arcs (sur poteaux ou maçonnerie)
Les systèmes tridimensionnels
Les consoles ou autres systèmes en porte-à-faux

Diversité des systèmes constructifs proposés par le bois lamellé.

Par combinaison de ces volumes élémentaires, on obtient un large éventail de formes possibles pour les bâtiments en bois lamellé. Selon la volonté du concepteur et le type d’ouvrage envisagé, différents systèmes constructifs sont proposés :

Les systèmes isostatiques (poutres, treillis, arcs à 3 articulations) : de modélisation plus simple, ils mettent en œuvre des assemblages courts.
Les systèmes hyperstatiques (voiles, coques, arcs à 2 articulations) : réclamant des calculs plus complexes, ils permettent cependant une optimisation des poutres grâce aux calculs et donc des économies de matière.
L’association de ces deux systèmes.

3.3.6. Propriétés physiques

Le bois lamellé se distingue par un rapport performance/masse particulièrement intéressant. En un mot : léger et solide à la fois, il autorise la réalisation de sections importantes, capables d’assumer de très longues portées. C’est par ailleurs un matériau peu conducteur de chaleur qui participe à la performance thermique globale d’un ouvrage en limitant les ponts thermiques. Enfin, la maîtrise du taux d’humidité relative du bois lamellé est une garantie d’une stabilité, assurée par des coefficients de rétractabilité connus et contrôlés.

Masse volumique (sapin/Epicéa) à 15 % d’humidité : entre 400 et 500 kg/m³
Coefficient de conductivité thermique (lambda) : 0,12 W/m°C
Coefficient de rétractabilité radiale/tangentielle par % de variation d'humidité aux environs de 0,25%
Coefficient de rétractabilité longitudinale : négligeable
Résistance courante à la flexion : de 24 à 30 Mpa

3.3.7. Caractéristiques de résistance mécanique

En tant qu’élément de structure, le bois lamellé est avant tout un matériau solide qui offre une grande stabilité, ne se tord ni ne se déforme.

Les contraintes que peut supporter une structure en bois lamellé sont directement liées aux performances mécaniques des bois lamellés qui la composent. Ces classes de résistance des éléments sont déterminées à partir des classes de résistance des lamelles qui composent l’élément (norme NF EN 14080, 2013).

Pour faciliter la correspondance entre les besoins d’un ouvrage et les caractéristiques mécaniques d’une poutre en bois lamellé, la norme EN 1194 a établi des classes de résistance, permettant d’évaluer les poutres. Les classes le plus couramment employées en France sont GL 24 et GL 28.

Ce classement permet de connaître l'ensemble des caractéristiques mécaniques, en particulier les différentes résistances du bois lamellé. Ainsi, selon la classe, sont déterminées les résistances en flexion, en traction (axiale et transversale), en compression (axiale et transversale) et au cisaillement. La masse volumique, le module moyen d’élasticité axiale et le module moyen de cisaillement sont également connus. Ces informations permettent de conformer le matériau à son usage futur.

La classe du bois lamellé se présente sous la forme des deux lettres GL (pour glulam), suivies d'un nombre qui donne la valeur de résistance à la flexion, puis d'une lettre qui indique si le lamellé est homogène (lettre "h"), panaché (autrement appelé combiné, lettre "c") ou panaché à combinaison asymétrique (lettres "ca"). Les propriétés mécaniques, autres que la résistance à la flexion, peuvent être déduites de celle-ci. Par exemple, un bois lamellé classé "GL 24 h" est un bois lamellé homogène, avec une résistance caractéristique à la flexion de 24 MPa.

NOTE (version française) : Plus de détails sur les classes de résistance et les résistances caractéristiques du bois lamellé sur le Portail du Bois Lamellé

3.3.8. Qualités thermiques

Comparé au métal, le bois se caractérise par un bon comportement sous l’effet des variations de température. Cela signifie que les contraintes liées à des variations de température dans le bois lamellé sont rarement source de problèmes. La conductibilité thermique et la capacité calorifique sont les mêmes que celles du bois massif (bois résineux). À l’instar des autres produits du bois, le lamellé possède de relativement bonnes qualités calorifuges. Le coefficient de conductivité thermique du bois lamellé (λ), qui s’exprime en W/m °C, est par exemple comparable à celle du béton léger et est considérablement moins élevée que celle du béton traditionnel et de l’acier. Cette conductivité thermique est de 0,11 W/m °C dans le sens perpendiculaire au fil et de 0,24 W/m °C dans le sens parallèle au fil. Le bois lamellé, utilisé en structure, n’a cependant pas de rôle isolant à proprement parler, ces qualités thermiques lui permettent cependant de contribuer à l’efficacité énergétique globale d’un bâtiment. La capacité thermique massique du bois lamellé est relativement élevée (inertie thermique). Elle est estimée aux environs de 1 300 J/kg °C – contre 880 J/kg °C pour le béton par exemple. Cependant, en raison de la faible quantité de bois lamellé présent dans un bâtiment, les possibilités de mettre à profit cette caractéristique pour éliminer les écarts de température sont limitées.

3.3.9. Teneur en humidité et stabilité aux variations de température et d’humidité

L’expression « teneur en humidité de référence » est utilisée pour le bois lamellé conformément à la norme EN 14080. Cette valeur varie, pour chaque lamelle, entre 8 et 15 %. Au moment de l’assemblage, la teneur en humidité de chaque lamelle doit être comprise entre 6 et 15 %. La teneur en humidité de deux lamelles ne doit cependant pas différer de plus de 5 %. En œuvre, dans des conditions de température et d’état hygrométrique (humidité relative) constantes, le bois lamellé se stabilise afin de présenter à terme une teneur en humidité d’équilibre, ne variant que si les conditions d’ambiance changent d’elles mêmes. On dit que le bois est en équilibre hygroscopique. Des courbes normalisées ont été établies pour déterminer, avec une précision relative, la teneur moyenne en humidité d’équilibre. La vitesse de mise en équilibre dépend de l’essence employée, des dimensions de la pièce de bois et de l’amplitude des variations. En règle générale plusieurs semaines ou mois sont nécessaires à des pièces massives pour aboutir à l’équilibre hygroscopique. Il faut souligner que la présence de finitions (peintures, vernis, ignifuges) peut ralentir le phénomène. On note également un décalage (phénomène d’hystérésis) entre les courbes d’adsorption et de désorption pour une température donnée. Pour des questions de fabrication (collage) l’humidité des lamelles doit être de 6 à 15 %. En France, il est courant que les éléments de structure en bois lamellé soient approvisionnés avec une teneur en humidité de l’ordre de 12 %. Ce qui convient parfaitement pour bon nombre d’ouvrages (habitat, bureaux, bâtiments commerciaux, etc.), pour lesquels les températures moyennes et humidités relatives conduisent à ce taux.

3.3.10. Sécurité incendie et résistance au feu

Lors d’un incendie, les caractéristiques mécaniques des pièces en bois lamellé sont maintenues pour un temps déterminé. Sous l’influence du feu, une carbonisation se produit à la surface du bois. Le charbon de bois ainsi formé limite la pénétration de l’oxygène dans les couches inférieures et empêche l’élévation de température. En conséquence, la température centrale de la pièce en bois lamellé exposée à un essai au 59 feu n'excède pas 50°C au bout de 45 mn… sachant que les caractéristiques mécaniques du bois lamellé ne sont pas affectées par une élévation de température jusqu’à environ 60/80°C. La résistance au feu des ouvrages en bois lamellé (soit leur capacité à maintenir leurs fonctions structurelles en cas d’incendie) est donc prévisible et maîtrisable dès la conception. Cette résistance au feu se justifie par des règles normalisées (Eurocode 5- partie « feu ») sur la base d’une vitesse moyenne de carbonisation de 0,6 à 0,7 mm/mn. Il est donc aisé pour les concepteurs de prévoir les épaisseurs nécessaires au maintien des performances mécaniques des éléments de structure, pour un temps exigé. La réaction au feu détermine le caractère plus ou moins combustible d’un matériau et donc sa propension à participer ou non au développement d’un feu. En l’occurrence, le bois lamellé est prévisible : des essais ne sont donc pas nécessaires. D’autant que le matériau bénéficie d’un classement conventionnel, qui permet d’évaluer ses compétences. Ce classement peut enfin être amélioré par un traitement ignifuge en surface (vernis, peinture) ou dans la masse. En conclusion, les structures en bois lamellé apportent des réponses sécurisantes à la question incendie. Au premier rang de ces réponses : le document technique APSAD D14 (publié par le Centre National de la Prévention et de la Protection en septembre 2010). Destiné aux assurances souhaitant s’informer sur la qualité des éléments de structure, ce document s’intéresse tout particulièrement à la sécurité incendie. La présence du bois lamellé dans ce document souligne que les structures en bois lamellé ne présentent aucun risque aggravant pour la sécurité incendie.

3.3.11. Durabilité : résistance au temps et aux ambiances agressives

Tout comme les ouvrages en bois massif, les ouvrages en bois lamellé résistent au temps et franchissent les décennies sans dommage, pour peu qu’ils soient correctement protégés. Les traitements et finitions appliqués au matériau lors de la fabrication correspondent à l’usage qui sera fait du matériau et renforcent sa durabilité. Ils lui procurent une résistance accrue aux agents biologiques - qui pourraient se développer dans les situations d’humidité - ainsi qu’aux rayons ultraviolets. De fait, le bois lamellé offre une bonne résistance aux microorganismes lorsqu’il est correctement utilisé. Tout au long de la durée de vie du bâtiment, la structure doit cependant être protégée de ces attaques. La meilleure façon de protéger le bois consiste à veiller, lors de la conception, à ce que la décomposition ne puisse pas se produire : il convient avant tout de faire en sorte que le bois reste sec ou qu’il sèche rapidement lorsqu’il a été mouillé. Dans les endroits particulièrement exposés, l’utilisation de bois traités et le recours à une classe adaptée sont des solutions efficaces. Pour en savoir plus, se référer au Volume 2 du Manuel. En outre, les structures en bois lamellé présentent un excellent comportement en contexte d’ambiance agressive. Ces structures résistent ainsi aux acides faibles (acétique, oxalique, lactique - avec une bonne résistance jusqu’à un pH de 2) comme aux ambiances basiques (jusqu’à un pH de 10). Avec les sels courants, l’expérience prouve qu’il n’y a aucun effet significatif : le bois lamellé, couramment utilisé pour des hangars de stockage de sel, résiste parfaitement au sel comme à l’eau de mer. Pareillement, huiles, hydrocarbures, solvants et alcools n’affectent pas le comportement mécanique des structures en bois lamellé. Cette résistance aux ambiances agressives explique la forte présence du bois lamellé dans des ouvrages tels que les piscines, bâtiments industriels, centres de traitement, stockage des déchets ou encore station d’observation en conditions extrêmes. Il convient, bien entendu, de prévoir la conception du bâtiment et des assemblages en conséquence. NOTE (version française) : Pour plus d’informations, se reporter à l’ouvrage « Bois lamellé et résistance aux ambiances agressives », disponible sur le Portail du Bois Lamellé (SNBL, 2017)

Station Antarctique Concordia en bois lamellé, 1996. Arch. : J. Dubourg (33)

3.4. Éléments en bois lamellé

On distingue deux types d’éléments en bois lamellé selon le modèle de fabrication

Produits sur gamme, généralement des poutres droites et fréquemment sur stock
Produits fabriqués à façon en fonction de leur destination et qui concerne des poutres droites, à inertie variable ou des poutres courbes

3.4.1. Produits sur gamme

Les éléments en bois lamellé droits présentent des surfaces parfaitement rabotées (non réparées) et sont gardés en stock. Leurs longueurs peuvent généralement atteindre 12 à 13 mètres. Les sections varient en Europe selon les essences et les pays (cf tableaux des dimensions cibles France et tableau des sections scandinaves).

Les caractéristiques mécaniques de ces éléments varient du GL 24 au GL 30 selon les producteurs et les essences choisies. Pour les éléments en bois lamellé issus de poutres refendues à l’aide d’une scie à ruban, il convient de réduire les caractéristiques initiales de 2N/mm² .

Tableau des dimensions cibles des producteurs français

Tableau des dimensions cibles des producteurs français de bois lamellé

Tableau des sections des poutres scandinaves

Tableau des sections des poutres scandinaves : dimensions b x h de la section transversale des produits en bois lamellé en stock fabriqués dans les pays nordiques. Elles tiennent compte d’une teneur en humidité équivalant à une teneur en humidité de référence de 15 % et concernent le bois lamellé appartenant à la catégorie d’aspect standard « surface proprement rabotée, non réparée ».

Les fournisseurs de bois lamellé peuvent avoir en stock des dimensions autres que celles indiquées dans les tableaux ci-dessus. Il est également possible de commander d’autres dimensions (pour les éléments droits, la hauteur de la section transversale h est égale à n x 45 mm). Observations relatives aux poutres en bois lamellé refendues hautes (b < 90 mm) : Le rapport largeur/hauteur des poutres refendues doit être b/h ≤ 1/8. Néanmoins, si une poutre refendue dont le rapport largeur/hauteur est b/h ≥ 1/8 satisfait aux exigences de résistance, la hauteur h de la poutre peut au besoin être augmentée tout en conservant la même largeur, le rapport largeur/hauteur maximum étant b/h 1/10. Exemple : si une poutre refendue de 42 x 315 satisfait aux exigences de résistance, mais qu’une poutre plus haute est nécessaire en raison, par exemple, de l’épaisseur isolante, la hauteur de la poutre refendue peut être augmentée et atteindre jusqu’à 405 mm. Il est possible de prendre en compte la hauteur totale de la poutre dans le calcul à l’état limite de service. Tolérances dimensionnelles Les tolérances dimensionnelles du bois lamellé sont régies par la norme EN 14080. Les exigences en matière de tolérances s’appliquent par rapport à des dimensions cibles tenant compte d’une teneur en humidité de 15 % (teneur en humidité de référence), conformément à la norme EN 14298. Si la teneur en humidité d’un élément en bois lamellé diffère de la teneur en humidité de référence, les dimensions doivent être recalculées conformément à la norme EN 14080 :

Contexte normatif et réglementaire

Le contexte technico-réglementaire concernant le bois lamellé repose sur trois types distincts d'exigence:

des exigences sur le produit "bois lamellé"
des exigences sur la conception des ouvrages en bois lamellé
des exigences sur l'exécution de ces ouvrages

Historiquement définies au niveau national, les exigences technico-règlementaires concernant le bois lamellé sont aujourd'hui de plus en plus définies au niveau européen, avec des adaptations nationales possibles. Il en est de même pour l'ensemble des matériaux et techniques de construction.

Etape intermédiaire vers l’harmonisation européenne, les exigences quant aux produits de construction étaient, jusqu’en 2011, régies par une Directive européenne, donnant lieu à des adaptations règlementaires nationales. Depuis 2011, un Règlement Européen a remplacé la Directive et s’applique dans tous les pays de l’Union (voir section Certifications et contrôles). Il renvoie, pour le bois lamellé, à une norme européenne harmonisée (NF EN 14080), qui permet le marquage CE. Ce texte normatif, énonce l’ensemble des contraintes de fabrication (mécanique, résistance au feu, santé, hygiène…) et renvoie aux normes appropriées.

Concernant la conception des ouvrages en bois lamellé, le cadre national (Règles CB71 et Guide pratique du bois lamellé) a cédé la place aux normes européennes de conception des ouvrages, avec une conception (calculs, dimensionnement) selon l’Eurocode.

Concernant l'exécution des ouvrages, le cadre reste aujourd'hui national, via les normes DTU, liés à la notion d'assurance, même si des démarches au niveau européen sont en cours.

NOTE (version française) : Les textes techniques de référence, pour la fabrication du bois lamellé, la conception des ouvrages, et leur mise en œuvre sont listés sur le Portail du bois Lamellé.

3.4.2. Éléments en bois lamellé produits à façon

Poutres droites en bois lamellé

Les éléments en bois lamellé les plus courants sont les éléments droits. Ils sont généralement fabriqués à partir de lamelles de bois de 45 mm d’épaisseur et sont utilisés pour les poutres de plancher, les poutres de toiture et les poteaux. Les éléments en bois lamellés droits sont souvent inclus comme composants dans différents systèmes structuraux. Pour en savoir plus, se référer à la section « Systèmes structuraux ».

En cas de grande portée, il peut être nécessaire d’appliquer une contre-flèche aux poutres sur appuis libres pour éviter une flèche importante. Ces poutres peuvent être fabriquées sur commande.

Éléments courbes en bois lamellé

Les éléments en bois lamellé courbes sont utilisés pour les portiques ou les arcs, mais aussi comme poutres courbes.

La hauteur de la section transversale de ces éléments courbes sous forme d’arcs ou de portiques doit, dans la mesure du possible, être constante au niveau des parties courbes. Les poutres bananes et les portiques aux reins courbes peuvent être conçus avec des chanlattes ou, en cas d’exigences particulières en matière d’aspect, être collés, cloués de façon mobile ou vissés au niveau du faîtage ou des reins.

L’épaisseur des lamelles pour les éléments courbes est normalement de 33 mm. Des lamelles plus fines sont toutefois nécessaires lorsque le rayon de courbure est inférieur à 7 m.

Exemples d’utilisation du bois lamellé pour les halls :

Exemples d’utilisation du bois lamellé pour les maisons individuelles :

Exemples d’utilisation du bois lamellé pour les ponts en bois Passerelles pour piétons et ponts pour cyclistes

Ponts-routes

3.4.3. Protection pendant le transport

Les fabricants se chargent de l’emballage – généralement individuel et composé de matières respectueuses de l’environnement – des éléments en bois lamellé. L’emballage est conçu de façon à protéger l’élément de l’humidité, de la lumière ultraviolette et d’un certain nombre de dommages mécaniques pouvant survenir pendant le transport, le stockage et le montage. Lors de la réception, le destinataire est chargé de veiller à ce que les produits soient correctement stockés (piles, protégés de l’humidité du sol, des précipitations, de la saleté et du soleil). Le plus souvent, l’emballage doit être ouvert pour empêcher ou évacuer la condensation. Le stockage à long terme des éléments sur le lieu de construction doit être évité. Lors de la réception, il convient de vérifier que la teneur en humidité de référence est conforme à celle spécifiée dans la commande.

3.4.4. Montage

Sur chantier, les professionnels sont désormais équipés du matériel d’implantation adéquat, calqué sur le modèle des outils du géomètre (niveau laser et plumb-plane, laser mètre, théodolite). Ce matériel permet aujourd’hui aux entreprises d’implanter leurs ouvrages dans des temps très réduits en ne mobilisant qu’un seul salarié.

Le matériel d’élévation du personnel a aussi permis des avancées importantes en termes d’amélioration des conditions de travail, donc d’efficacité et de sécurité des équipes. Les cadences de pose varient suivant la conception de la charpente et peuvent atteindre jusqu’à 5000 m² par semaine. La diversité des types de nacelles rend assez rares les situations où les constructeurs sont contraints de revenir à d’autres moyens d’accès comme les échafaudages collectifs ou les lignes de vie. Quant au matériel de grutage, il évolue d’année en année : plus rapide dans ses mouvements, plus compact, plus précis... Mais c’est sans doute l’arrivée des élévateurs frontaux télescopiques qui a le plus apporté en matière de diminution des coûts de manutention.

Engin de levage employé pour la pose de poutres en bois lamellé sur poteaux béton.

Tant que le système de stabilisation permanent du bâtiment n’est pas achevé, des mesures temporaires doivent être prises pour que la structure résiste au vent et aux autres charges pendant toute la durée de la construction. Des câbles d’acier tendus à l’aide de tendeurs à lanterne constituent le meilleur moyen de fixer les portiques et les arcs. Des câbles d’acier sont également utilisés pour maintenir la structure dans la bonne position jusqu’au montage des contreventements ou d’un système similaire.

3.1. LE BOIS LAMELLÉ ET L’ENVIRONNEMENT

3.1.1. Caractéristiques environnementales : ACV et FDES

3.1.2. Bois renouvelable et gestion de la ressource