Bois (matériau de construction) - Définition

Aspects constructifs

Matériau solide et léger

L’épicéa par exemple a une densité comprise entre 430 et 470 kg/m³ lorsqu’il est sec à l’air (taux d’humidité du bois 15 %), soit cinq fois moins que le béton et dix-sept fois moins que l’acier. Une maison de deux étages et de 100 m² au sol construite en matériaux durs pèsera donc 200 tonnes, contre 70 tonnes en 'ossature-bois'. La résistance du bois par rapport à son poids le rend très attractif pour des réalisations légères. De plus, le bois amortit les chocs.

Le bois est très résistant à la compression et la traction, dans son sens longitudinal, et assez résistant à la flexion transversale (surtout en lamellé-collé). Mais s’il ne casse pas, il plie si la section de pièces soumises à la flexion (arbalétriers, poutres)) est insuffisante. En compression, le problème du flambement, lié à la souplesse du bois, doit être résolu par un rapport hauteur-largeur relativement petit. La résistance du bois à la compression est élevée. Pour une résistance égale, le bois demande une section plus grande que l’acier ou le béton.

Matériau isolant

La conductivité thermique de l’épicéa, par exemple, est de λ = 0.11 W/m°C : quinze fois plus faible que celle du béton et quatre cent fois plus faible que celle de l’acier. Le bois est « subjectivement chaud », car son effusivité thermique est basse (Ef = 0.56). Un bâtiment à ossature bois se chauffe facilement. L’air y est sec et sain, grâce au bois et à l’isolant aisément placé entre les montants de l’ossature. La température des parois est proche de celle de l’air ambiant, ce qui augmente le confort thermique. Les ponts thermiques sont limités. Par contre, le bois accumule peu la chaleur ; sa capacité thermique est moyenne (S = 1 500 kJ/m³). Il n’a pas de « volant d'inertie thermique », mais peut être associé à une masse accumulatrice (S > 1 900 kJ/m³) au centre du bâtiment, (cheminée de pierre ou poêle en faïence par exemple).

• En pays froids, le bois est très apprécié pour les qualités citées ci-dessus.
• En pays chauds, il est moins agréable que la pierre car accumulant mal la fraîcheur de la nuit.

Le bois est poreux, car constitué d'un réseau de fibres et vaisseaux, orientés longitudinalement, ce qui explique que, quelle qu'en soit l'essence, il a une conductivité thermique plus grande (donc un pouvoir isolant moindre) dans le sens de ses veines que dans la direction perpendiculaire ; les sols en pavés de « bois debout » sont plus frais que ceux, du même bois, d’épaisseur identique, en planches couchées ou en lames de parquet.

Matériau chimiquement résistant

Certaines essences ont une résistance élevée à la corrosion, supportant bien les agressions chimiques, mieux que le béton ou l’acier courant. Il est pour cela volontiers utilisé dans certaines usines où l'atmosphère est agressive. Les bois comme le teck, l’afzélia doussié, sont utilisés pour la fabrication de cuves contenant certains produits chimiques. L’épicéa est régulièrement utilisé pour les silos à sel le long des autoroutes.

Certaines essences de bois ont des composés chimiques qui interagissent avec le fer (Western Red Cedar, Merbau, Afzélia, Chêne, Pin d'Orégon…). Pour éviter des taches et/ou une corrosion des clous et vis utilisés pour les fixer, ceux-ci doivent être en acier inoxydable.

Matériau hygroscopique et anisotrope

Le bois subit un retrait au séchage et un gonflement avec la température et surtout l’humidité relative de l’air ou le contact avec l'eau. Le retrait et/ou le gonflement est plus grand dans la direction tangentielle que dans la direction radiale. Il est moindre dans le sens longitudinal mais non négligeable, en particulier dans les constructions constituées de poteaux de bois voisinant des murs en maçonnerie (escalier...). Ces différents retraits en fonction du sens envisagé peuvent causer des tensions dans le bois. Les bois de section réduite vont gauchir, tandis que les bois de forte section (poutres, bois ronds) risquent de se fendre lors d’un séchage trop rapide. Dans les bois de forte section particulièrement, ceci peut être accentué par un retrait inégal, suite au séchage plus rapide des extrémités, ayant pour conséquence des fentes du bois debout. Le séchage des extrémités est ralenti en les couvrant d’une cire ou d'un hydrofuge (bouche-pore, lasure...). Les pièces de forte section doivent être stockées à l'abri du soleil et des courants d'air pour en ralentir le séchage, chaque essence ayant par ailleurs un comportement différent.

Voir pérennité du bois pour un tableau reprenant les différents retraits des bois de l’état vert à l’état « sec à l’air » (12 % d’humidité), et un tableau présentant le mouvement du bois par rapport à l’humidité relative de l’air.

Ne pas confondre retrait et mouvement :

• Le retrait est dû au séchage du bois depuis l’état fraîchement coupé jusqu’à l’état sec.
• Le mouvement est dû aux variations d’humidité relative de l’air, et ceci après séchage et mise-en œuvre.

Les essences à mouvement élevé devraient être utilisées sur quartier, le retrait étant moindre dans ce sens que sur dosse. Le bois doit être utilisé avec un taux d’humidité compatible avec son usage, surtout les espèces qui ont un retrait élevé, pour limiter le risque de déformations dues au mouvement. Des « vices de croissance » de l’arbre peuvent aussi engendrer du bois de réaction, qui se déforme différentiellement du bois normal dans le sens longitudinal, et moins dans les deux autres sens, engendrant des contraintes internes (qui peuvent intéresser certains charpentiers).

Le niveau d’humidité d’équilibre du bois est atteint après un certain délai, à la suite des variations d'humidité de l’air. Surtout dans le cas des bois de forte section, les valeurs extrêmes ne seront jamais atteintes, et le mouvement en sera moins important. Les pièces en contact avec l’humidité intermittente doivent néanmoins être assemblées de manière à permettre leur mouvement.

Matériau adapté aux sols difficiles

Par sa légèreté et sa souplesse, le bois est adapté aux pentes, sols de faible portance, pergélisols, zones de sismicité. Les affaissements sont d’une part plus faibles, d’autre part absorbés sans conséquences visibles (fissures) par les structures en bois. les coûts de fondations des nouvelles constructions sont réduits, surtout sur les terrains difficiles ou en pente. Les extensions, domaine particulier de l’architecture engendrant souvent des désordres dus au tassement de la nouvelle construction, sont souvent réalisées en bois, le faible poids de la structure entraînant un tassement moindre et donc moins de risques de fissures ou arrachements.

Dans les pays à forte sismicité, le bois est souvent préféré pour sa capacité à absorber les chocs sismiques au lieu de les transmettre. Au Japon, les assemblages sont à bords arrondis pour encore plus de souplesse.

Matériau biodégradable

Le bois non protégé est naturellement bio-dégradé par les associations d'insectes xylophages, de champignons et bactéries, et peu à peu érodé par le vent, la sécheresse, les ultraviolets solaires. La meilleure façon de construire pour préserver le bois varie selon la région. En zone tempérée le bois doit pouvoir respirer, certaines essences doivent être protégées du contact avec la pluie ou le sol. De nombreuses essences résistent longtemps en immersion totale (pas d'attaque de champignons), ou à une humidité passagère (tuiles de châtaignier, cuillère de cuisine en bois de buis). Ce sont surtout les atmosphères humides confinées ou l'eau stagnante qui favorisent respectivement les champignons et les bactéries, lesquelles préparent le travail des insectes xylophages.

La pose opportune de pare-vapeur, un traitement fongicide approprié peut ralentir le pourrissement d'une pièce de bois en contact permanent avec l'air et l'humidité ; l'essence et la provenance du bois détermine sa durée de vie (un bouleau français se dégradera rapidement, là où un bouleau de Sibérie dont la croissance a été deux fois plus lente résistera. Les piquets de pâture en chêne ou mieux, en acacia sont très résistants, avec un point faible : non pas la partie enterrée, mais le collet, au ras du sol.

Les pesticides (insecticides et fongicides sont de plus en plus utilisés, non sans risque pour la santé des utilisateurs, et pour l'environnement, et avec des problèmes pour le recyclage du bois et de ses déchets en construction. (les sciures ou poussières de ponçages de certains bois traités peuvent être violemment toxiques.

Facilité de mise en œuvre

Le bois se prête à l’autoconstruction, à la préfabrication, à l’artisanat comme à l’industrie. Le système à ossature est très flexible, les bâtiments en bois sont faciles à transformer et à agrandir. Les méthodes d’assemblage sont nombreuses et s’adaptent à toutes les situations, du simple clouage au collage très performant, en passant par les broches, plaques, boulons, etc.

Matériau résistant au feu

Le bois résiste mieux à l’incendie que d’autres matériaux. Lorsque les armatures du béton armé se déforment et font basculer la structure, le bois massif ne brûle que de 0 7 mm par minute (4 2 cm par heure) et la couche carbonisée forme une protection pour le cœur du bois. Il ne se dilate que peu et la structure reste stable, même si l’incendie dure longtemps. Enfin, les statistiques montrent que le risque d’incendie n’est pas plus élevé pour les maisons en bois que pour les maisons « traditionnelles ». De plus les pompiers ont coutume de dire que le bois a « l'élégance de prévenir » avant de céder, il craque, contrairement à une ossature métallique, ce qui leur laisse le temps de sortir.

Matériau durable

Tant que la toiture est bien entretenue, les maisons de bois sont remarquablement stables (facteur de durabilité), souvent plus que des maisons en briques ou béton. Beaucoup d’habitations à colombage datant de 1750 (notamment dans la région de Malmedy, Stavelot…), en Belgique, sont encore habitées et en très bon état. Certaines fermes du Pays de Herve datent de la fin du XVI^e siècle. La France en possède quelques unes, notamment en Bretagne, en Normandie et en Alsace. En Scandinavie, en Slovaquie et en Pologne, un certain nombre d'églises en bois, sans aucune restauration importante, existent depuis 600 ans. L'Égypte ancienne nous a donné de nombreux meubles et une barque solaire en parfait état de conservation (environ 2 500 ans). Des bateaux coulés en mer, y reposent depuis des siècles ; récemment, une barque a été découverte dans la Somme (environ 900 ans). Leur bois se dégraderait cependant maintenant rapidement à l'air. Les fondations en bois d'une voie romaine subsistent encore sous une route moderne dans les Fagnes belges (région de Malmedy). Venise survit aux assauts répétés de la mer sur ses pieux de bois.