Le bois pour construire sa maison

Cet article Wikipedia traite du bois comme matériau de construction. Il en expose les avantages et les limites. Plus qu'un recueil de définitions, il se veut recueil de savoirs, parfois presque perdus.

Définitions
La construction fait appel au duramen ; bois parfait ou de cœur (qui constitue la partie centrale de l’arbre) ; plus durable que l’aubier.
L’aubier, souvent plus clair et léger que le duramen, est constitué de cellules vivantes. il est plus facilement et rapidement attaqué par les insectes, bactéries et champignons.
Le cambium est la fine zone séparant l’aubier de l’écorce, qui produit le bois, généralement non utilisé.
L’écorce est parfois traditionnellement utilisée ; Des plaques d'écorce de bouleau déroulées, supportent par exemple les mottes de terre des toitures végétalisées des pays nordiques.
Les sens de coupe modifie l'aspect et la qualité technique des bois sciées. Il est :
longitudinal : parallèle aux veines du bois, donc vertical pour un arbre sur pied.
radial : du cœur vers l’extérieur.
tangentiel : ± parallèle aux cernes de croissance du bois.
Le bois de bout est coupé perpendiculairement au sens longitudinal,
Le bois couché est coupé parallèlement au sens longitudinal,
« sur quartier » : fendu dans le sens radial avant d'être coupé dans le sens longitudinal,
« sur dosse » : coupé dans le sens longitudinal.

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 100m2 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 ? = 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 sont « subjectivement chauds », car l’effusivité thermique du bois 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 = 1500 kJ/m3). Il n’a pas de « volant d'inertie thermique », mais peut être associé à une masse accumulatrice (S > 1900 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 constituée 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.
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 dûs 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 métalllique, 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 xvie 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 2500 ans). Des bateaux coulés en mer, y reposent depuis des siècles ; récemment, une barque à 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 assaut répétés de la mer sur ses pieux de bois.

Aspects écologiques
Le bois est un matériau naturel, ayant consommé peu d'énergie et dans une certaine mesure, renouvelable. S'il s'agit d'un bois indigène, il a peu consommé d'énergie pour son transport, et ses déchets peuvent être recyclés sur place.
L'arbre, en poussant absorbe du CO2 et libère de l'oxygène. En zone tropicale, en mourant il subit une dégradation biologique par les insectes, bactéries et champignons qui utilisent de l'oxygène et libèrent une quantité égale de CO2 à celle absorbée par l'arbre durant sa croissance. Le bilan est alors dit « neutre » (avec au moins une exception ; la Terra preta). En zone tempérée, l'Humus forestier (si la forêt n'est pas détruite ou surexploitée) ou certaines tourbes accumulent une partie de ce carbone (puits de carbone). Par contre, si l'on coupe l'arbre à maturité et qu'on l'empêche de se dégrader en l'utilisant dans la construction, le gaz carbonique reste stocké. Il y a ainsi moins de CO2 dans l’atmosphère et ceci contribue à réduire l’effet de serre.
L'utilisation du bois nécessite peu de matière et d'énergie, et ceci dans toutes les étapes d'une construction : la fabrication se fait naturellement, la transformation est faible, la mise en œuvre nécessite peu de produits annexes et reste généralement facile. La pollution des milieux physiques (air, sol, eau) est très faible, et les déchets peuvent parfois être recyclés dans d’autres constructions ou brûlés pour produire de l'énergie.
La consommation d’énergie grise pour la production de bois de construction (bois local, scié, raboté, prêt à l’emploi) est de 300 kWh/tonne, contre 450 pour les maçonneries traditionnelles en terre cuite, 8000 pour l’acier, 250 à 300 pour le béton ordinaire (!), et de 100 à 1000 pour la pierre, selon le degré de finition.
Les panneaux ; Le recyclage des sous-produits du bois est une bonne chose, mais il faut faire attention aux colles utilisées qui peuvent, elles, être polluantes.
La présence de produits chimiques toxiques (pigments à base de métaux lourds, siccatif à base de plomb, colles, cires, vernis, fongicides et insecticides, peintures, etc), ou de restes de clous et vis rend son recyclage délicat, mais pas moins que celui d'une plaque de plâtre, dont les couches sont difficilement séparables. Même brûlé, un élément de bois traité dégagera moins de gaz à effet de serre et de pollution que la seule production de chaleur pour la refonte d’un élément d’acier.

Comfort
Les matériaux qui nous entourent ont sur nous un impact physiologique non négligeable. Le bois naturel est très positif dans ce domaine :
Le bois est hygroscopique. À condition de ne pas être recouvert d'une finition filmogène, il régule en partie la production de vapeur d'eau par les habitants. En effet, quand il y a trop d’humidité, le bois, qui a une grande capacité hygroscopique, absorbe cet excès pour le retransmettre à son environnement quand les circonstances l’exigent. Ceci est très agréable car un manque d’humidité (généré par le chauffage central) favorise les inflammations des voies respiratoires, la présence de germes pathogènes dans l’air, l’augmentation des charges électrostatiques..., tandis qu’un excès d’humidité perturbe les échanges de chaleur entre le corps et son environnement, sensibilise la cornée, diminue la résistance électrique de la peau, ce qui augmente le risque d’électrocution avec des appareils électriques défectueux, etc.
Le bois naturel ne contient pas de substances nocives et n'en produit pas en cas d'incendie. Mais certains produits de traitements, contenant des substances nocives, sont dangereux tant pour la santé des habitants que pour l'environnement. Les produits peuvent se dégager sous forme de gaz dans l’atmosphère intérieure, être délavés par la pluie et polluer les rivières, ou être transformés en fumées dangereuses lorsqu'on le brûle. Il convient donc d'être attentif à la nature de ces produits.
(les poussières fines de certains bois (ex. : kambala, iroko, chêne…) sont nocives.
Le bois est le moins radioactif de tous les matériaux de construction.
Grâce à la mise en œuvre à sec, les constructions en bois possèdent une atmosphère saine et un pouvoir isolant dès la fin du chantier, au contraire des procédés de construction par voie humide, qui mettent plusieurs mois à sécher, interdisant la mise en œuvre des finitions, produisant une atmosphère humide, froide et désagréable.
Par contre, le bois est un piètre isolant phonique. Il ne peut opposer de masse importante à la transmission des bruits aériens. On corrige ce défaut en ajoutant des matériaux isolants dans la composition de la paroi. Néanmoins, le bois absorbe les sons et il est utilisé pour répondre aux exigences des salles de concert.
La hausse du prix du pétrole et la crise énergétique qui s’en est suivie ont contribué à amener chez les gens un réflexe de calfeutrage le plus parfait possible. On emballe les taches d’humidité, on bourre d’isolant, on arrête l’air par des boudins sous les portes… Ces réflexes doivent être abandonnés dans une construction en bois, dont l’isolation est d’ailleurs souvent bonne. Le calfeutrage conduit au confinement des bois, et engendre pourriture et champignons.

Les panneaux
La plupart des panneaux sont assemblés avec des colles qui, après polymérisation, peuvent dégager du formaldéhyde ou aldéhyde formique (CH<>2O). Il s’agit d’un gaz qui, en concentration importante, peut irriter les yeux et la gorge, provoquer des bronchites chroniques. Chez certaines personnes extrêmement sensibles, des incommodations graves ont été signalées. On a découvert récemment que le formaldéhyde est l’une des principales substances s’attaquant au patrimoine génétique humain. Il est classé comme toxique et fortement soupçonné d’être cancérigène. Pourtant il entre dans la composition des colles, des vernis industriels, des produits désinfectants pour grandes surfaces (sols des hôpitaux…), des isolants thermiques des canalisations, des isolants électriques, des interrupteurs, et de certains plastiques. Le formaldéhyde est aussi émis par la fumée de cigarette, les flammes des fourneaux à gaz… Mais les principales sources d’émission dans les constructions sont les panneaux agglomérés. Lors d’un incendie, le taux de formaldéhyde dégagé est très important.
Le taux d’émission d’un panneau décroît avec le temps mais augmente dans des conditions d’humidité et de température élevée. Il est donc conseillé de ne pas le placer près d’une source de chaleur ou de prévoir une finition étanche à l’air.
Les panneaux classés « E1 » ont un taux d’émission de formaldéhyde très bas (moins de 9 à 10 mg par 100g de panneau sec). Les contreplaqués ont une émission faible et la plupart des OSB ainsi que nombre de MDF sont E1. Il est préférable d'utiliser ceux qui ont un agrément technique, reconnaissables au marquage sur la face ou le côté, par exemple ATG/H.701 C E1.

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