Arêtiers

Salut à toi, généreux lecteur. Encore une fois, tu prend le temps de lire ce long texte hebdomadaire sur un sujet qui ne t’intéresse peut-être même pas tant que ça (à la base!). Les minutes que tu t’apprêtes à passer devant ton écran sont précieuses pour moi, je te remercie très sincèrement 🙂

 

This week on the show : la taille d’arêtiers réguliers, premier réel défi de mathématique du métier. Bien que le cerveau géométrique du charpentier se doive d’être pas mal toujours allumé et que le traçage quotidien soit parsemé d’opérations mathématiques élémentaires, il reste assez simple de fabriquer une structure dont tous les angles sont à 90 degrés, et dont le toit est constitué de deux pentes, l’une contre l’autre (toits à pignons).

Les toits modernes sont presque invariablement composés de pentes normalisées de 1 à 12 sur 12 (échelle un peu bâtarde qui relègue le concept de degrés à la haute science…), mais il n’est pas rare pour les rénovateurs de travailler sur de vieux bâtiments agricoles dont les pentes de toits ne semblent basées sur aucune logique mathématique (36.8 degrés d’un côté, 7,4/12 de l’autre…). J’en déduis qu’on construisait avant selon la longueur des pièces disponibles et en allant chercher le maximum de volume. Ces constructeurs sont parvenus à leur fins sans calculatrice, sans méthode de calcul d’angles… et très fréquemment sans mathématique tout court.

Les structures aux pentes de toits composées (toit à quatre pentes, situations de lucarnes, mansardes, rencontres de deux toits en L… etc.) sont bien plus délicates à fabriquer. Toutes les pièces qui composent la jonction entre les pentes de toits devront être taillées selon des angles dits « composés » qui, à la différence des autres, auront une allure étrange et probablement contre-intuitive pour le néophyte. Évidemment, si ces pièces de bois ne sont pas liées entres elles par assemblage, mais simplement coupées de façon rudimentaire et fixées par des clous, une longue séance d’essais et erreurs pourrait suffire. C’est d’ailleurs de cette façon que bon nombre de vieilles charpentes sont construites au Québec.

Cependant, quand on cherche à fabriquer ces toits en bois assemblé, il faut impérativement avoir une méthode de traçage. Celle-ci est une des clés des différents styles architecturaux à travers le monde : la méthode est intimement liée au résultat! Un œil averti peut détecter quelle méthode de traçage a été utilisée sur un projet installé, par les formes, le style, la précision des coupes, les assemblages choisis, etc.

Ma méthode, c’est un peu n’importe quoi, parce que j’ai appris par moi-même. Elle consiste à copier ce que j’ai pu saisir de celle des japonais, à utiliser la trigonométrie via une calculatrice et à y rajouter ma logique, mes intuitions, mais aussi mes contraintes personnelles. Elle n’est pas statique, elle est « fine-tunée » à chaque projet. Il m’arrive d’être déçu de n’avoir aucune formation traditionnelle complète, mais m’arrêter à cette déception, ce serait nier toute la rigidité esthétique et technique qui vient avec une telle discipline. J’ai tout de même le luxe de pouvoir créer mes propres chemins sans savoir à quels résultats ils me mèneront.

Donc, les arêtiers.

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J’ai acheté mon sumitsubo chez une antiquaire de Kochi, sur l’île de Shikoku. Il m’a coûté 10$, doit avoir une bonne centaine d’année… et il fonctionne parfaitement.

Comme je l’avais mentionné lors du texte sur le rabotage, mes quatre arêtiers ont été dégauchis (un ami cette semaine me faisait la remarque que le terme adéquat pour la tâche qui consiste à redresser une pièce de bois déjà sciée et à ramener ses côtés à angles bien droits est le «dégauchissage » bien plus que l’ « équarrissage », pardon, c’est bien vrai!). J’ai également tracé des lignes de références sur mes faces au sumitsubo (cordeau à tracer – ou chalk-line – japonais). Je dois maintenant tailler à chacun un « chapeau » sur la face du haut, dont les deux pans viendront épouser les pentes de toits.

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Vous pouvez voir le chapeau tracé en bout.

 

Ces arêtiers sont réguliers, c’est-à-dire qu’ils rencontrent le coin du bâtiment à 45 degré (en plan) et que les quatre pentes de toits sont identiques. S’il en était autrement, ce chapeau sur le dessus de la pièce serait inégal et/ou décentré.

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Le dégrossissage des coupes du chapeau est une des rares utilisations de la scie circulaire.

Une fois cette tâche effectuée, j’ai deux assemblages à tailler : celui du haut où les quatre arêtiers se rencontrent, et celui du bas, à la jonction avec le mi-bois des sablières dont je vous ai présenté la fabrication à la dernière publication.

Concentrons-nous seulement sur celui du bas, car il est plus clair visuellement (et que celui du haut est un secret!).

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Le traçage est évidemment l’étape la plus complexe et cruciale.

Je vous simplifierai les explications du traçage en ne vous disant que ceci : les lignes de centre de mes sablières sont rapportées précisément sur mon arêtier via la magie de la trigonométrie appliquée. Les emboîtements devant être coupés seront donc tracés selon ces lignes de références maintenant présentes sur mes sablières et sur mes arêtiers. Théoriquement, si je coupe précisément au milieu de mes traits, le tout devrait s’imbriquer parfaitement, avec quelques coups de maillet.

La première étape consiste à amincir la partie protubérante de la pièce, détail esthétique. On retrace ensuite sur cette nouvelle face les lignes nécessaires… puis on coupe!

L’arêtier terminé, il faut entailler les sablières.

Le premier test est concluant: la pointe de l’arêtier est bien appuyée contre le coin des sablière, c’est le plus important.

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Au final, après quatre jours de travail (pour l’assemblage du haut également) tous les arêtiers s’emboîtent bien, deux d’entre-eux un peu trop bien dans le bas. Après une courte inspection j’ai conclu qu’il ne s’agit pas d’une erreur de traçage comme d’une petite imprécision dans certaines coupes. Il n’y aura aucune conséquence structurelle, mais il faut savoir qu’un jeu dans un assemblage va chercher à s’agrandir avec le temps, pas le contraire. Dans ce cas-ci, ça signifie un petit jour sur le côté de deux arêtiers. Je n’aime pas particulièrement ça, mais ça reste vraiment correct et je me réjouis que tout le reste se soit si bien passé!

Merci d’être passé me lire, revenez bientôt pour des photos du montage!

Assemblages

Salut! Le retard de cette semaine est dû à un petit rush de travail pour terminer le projet de pavillon… que nous livrons demain! Je vais vous expliquer la semaine prochaine la conception des arêtiers, puis, si tout va bien, vous aurez à la suivante des images du montage! Mais pour tout de suite…

Comme je vous l’ai expliqué lors d’un texte précédent, la charpente massive se distingue des autres types de structures de bois par sa façon de connecter ses différents éléments entre eux. Au croisement d’une poutre et d’un poteau, par exemple, se trouve ce que l’on appelle un assemblage (ou plus familièrement un « joint »). Cet assemblage consiste en une sculpture, généralement sur chacune des pièces qui le composent, qui permettra leur imbriquement lors du montage, et pour la durée de la vie de la structure.

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Les poutres sablières du pavillon sont assemblées entres-elles par « mi-bois ». En voici une déjà tracée.

Tout d’abord, je dois vous faire comprendre l’importance cruciale du bon design et de la bonne exécution des assemblages. Quand on me demande de dessiner une structure, je dois évidemment garder en tête, en plus de toutes les considérations esthétiques, pratiques et budgétaires, la logique structurelle sur laquelle le bâtiment va reposer. On pourrait dire que cette logique structurelle est divisée en trois éléments : la force individuelle suffisante de chaque pièce de bois (dont nous avons rapidement parlé lors du post no.4), la forme du squelette que celles-ci forment, et les assemblages particuliers à chaque jonction.

Parfois, un choix judicieux d’assemblages de qualité bien exécutés permettra à mon squelette de prendre des formes particulières, un peu audacieuses, d’intégrer de plus grandes portées ou encore de réduire la quantité de certains éléments (nombre de chevrons ou de jambes de force, par exemple). À l’inverse, un squelette sobre dans ses formes, linéaire et généreux en pièces peut ôter de la pression structurelle sur chaque assemblage : ceux-ci pourront prendre leur forme la plus simple et être exécutés plus rapidement. D’ailleurs, poussée à l’extrême, cette dernière direction nous mène aux constructions modernes aux très nombreuses pièces de 2×4 assemblées très sommairement!

Je prend un moment ici pour vous partager une observation sur la charpenterie dite « traditionnelle » moderne, dont les squelettes de charpentes, approuvés par des ingénieurs, sont cohérents et logiques, mais qui ne comportent que des joints normalisés et  dont les variantes sont limitées à quelques modèles. Nos ingénieurs sont évidemment tout à fait qualifiés pour concevoir et vérifier des structures de bois massif, mais ils n’ont pas l’habitude de prendre en compte les assemblages. Cette vieille science n’est évidemment pas enseignée de nos jours.

La simplification et normalisation des assemblages est une tendance évidemment poussée par des soucis économiques que je ne nie pas, et que je respecte, mais que nous devons tout de même chercher à dépasser.

Chaque situation est unique. D’un projet à l’autre, tout est différent : la forme du bâtiment, la pente du toit, les portées et la taille des pièces, les charges de neige, la force des vents, l’essence du bois, son taux d’humidité et même la qualité et la densité des fibres qui se trouvent dans chaque morceau.

Si j’ai un conseil à donner à quelqu’un qui décide de se lancer dans la charpente de façon artisanale, c’est de bien visualiser tous ses assemblages, et d’oser douter de ses choix primordiaux. Il n’y a à peu près aucune règle absolue en charpente : tout est du cas par cas. Que va-t-il se passer si j’ôte du bois ici? Comment le bois va-t-il vouloir tordre? Quelle sont les forces qui atteignent cet endroit? L’assemblage est-il capable de les prendre à long terme? Quelles sont les faiblesse inhérentes à cette poutre de pruche imparfaite? Quelle est la meilleure façon de barrer ce joint?

Se poser constamment ces questions, c’est se mettre en état d’observation, ça pousse à vouloir comprendre comment le bois travaille, quelles sont ses forces et faiblesses et comment les valoriser/contourner. La clé, c’est le doute. Il ne faut pas tailler en prenant pour acquis. Comme disent les menuisiers en chantier : measure twice, cut once. Dans le cas de pièces massives qui recevront des heures et des heures de sculpture et qui vont nécessairement coûter cher à nos clients, nous devons absolument réfléchir suffisamment avant de couper! Évidemment, le temps de réflexion en design est long lors des premiers projets et diminue avec l’expérience, mais c’est important pour moi de ne jamais me fier complètement à mes acquis.

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Après quelques coupes de plus et un travail connexe sur l’autre sablière, le joint assemblé ressemble à ça, vu de haut. Les emboîtement à angles vont freiner la torsion des poutres au fil des années et donnent à l’assemblage une plus grande surface de friction, ce qui signifie plus de rigidité. Remarquez que bien que les faces (inégales et croches) des poutres ne se rejoignent pas toujours aux mêmes points, le joint est bien serré là où il doit l’être, c’est-à-dire le long du mi-bois et des emboîtements. 

Je vous remercie de votre lecture!

Rabotage

Bon début de week-end à vous chers lecteurs. Je me lance cette semaine dans le rabotage, art négligé, difficile, un peu méditatif, et presque magique lorsque pas complètement frustrant.

Raboter, c’est l’action de trancher une fine couche d’une superficie donnée de bois. Le but de cette action est généralement de dimensionner une pièce (lui donner une géométrie particulière, appelons cela « équarrir ») ou de lui donner une finition esthétique (faute d’un meilleur mot, disons « polir »). C’est le même outil qui réalise les deux actions, mais rapidement un problème survient:

  • Pour polir une surface, il faut trancher la plus fine couche de bois possible.
  • Pour équarrir ou amincir une pièce efficacement, il faut généralement trancher plus épais, histoire d’atteindre des résultats rapidement.
  • Plus on ôte de bois en un coup de rabot, et plus la lame de celui-ci se désaffûte.
  • Pour trancher une fine couche de bois, une lame doit être parfaitement affûtée.

Bref, pour éviter ce cercle vicieux, il est pas mal judicieux, sinon nécessaire, d’avoir à sa disposition un minimum de deux rabots, un pour équarrir et un pour polir.

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Mes deux rabots standard (Hira-Kanna), un Tsunesaburo 80mm et un Koyama 64mm

Il est intéressant de différencier rabotage et planage, deux techniques à priori très similaires. Le rabotage est l’action d’une seule lame qui se déplace en ligne droite contre la surface qu’elle rabote. Le planage est l’action d’une ou de plusieurs lames fixées à un système rotatif très rapide qui viennent frôler à chaque tour une plus ou moins grande partie de la surface de bois (dépendamment de la vitesse de déplacement du bois). Le planage, en théorie, est un excellent système qui permet de contourner certains des pires problèmes du rabotage. En pratique, la majorité du bois plané doit tout de même être sablé par la suite, car rares sont les planeurs assez bien ajustés, bien aiguisés et puissants pour ne pas laisser de marques.

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Planeur électrique, ici à deux lames. (propriété de Handyman)

 

J’utilise les rabots presque uniquement dans un but de finition. N’étant pas ébéniste, les pièces de bois que j’utilise sont trop massives pour que je leur donne une géométrie parfaite. Cela prendrait un séchage complet, une qualité de bois que je ne peux pas demander continuellement et trop de temps passé au rabot. À la place, j’ai un système de traçage qui simule une pièce parfaite à l’intérieur de mes pièces imparfaites. Cela pose des casses-têtes particuliers, mais permet une liberté dans le choix des essences et de la qualité du bois requis, ce qui a aussi un intérêt au niveau écologique. La majorité des charpentiers ont une méthode de traçage du genre, plus ou moins poussée. C’est un aspect du métier, et un des plus challenging au niveau cognitif.

Comme je n’ai pas besoin de pièces parfaites, je rabote mon bois pour lui donner un aspect lisse, et par le fait même, d’une certaine façon le protéger. C’est un des secrets les plus fantastiques de la charpente japonaise : les poteaux et poutres des structures extérieures sont rabotées à la perfection et ainsi, les fibres du bois franchement tranchées absorbent beaucoup moins l’eau qui les atteint (versus des bois sablés ou bruts). Traditionnellement, aucune huile, cire ou vernis n’est appliqué sur le bois de charpente au Japon… et c’est là-bas que l’on retrouve le plus de structures de bois ayant traversé les siècles. Il faut tout de même mentionner la qualité et la résistance hallucinante du hinoki , cèdre japonais aux fibres serrées utilisé pour les temples depuis plus de mille quatre cent ans.

Revenons donc à nos moutons. J’ai à raboter, pour le projet de pavillon, 4 poteaux, 10 poutres et 20 chevrons de cèdre, puis 4 arêtiers de pin blanc. J’utilise donc mes deux rabots, un pour adoucir la surface (brute à la base) et l’autre pour atteindre une finition quasi-satisfaisante. Une fois le travail fait, des lignes seront tracées et des assemblages taillés puis, quand tout sera testé et prêt à livrer, je repasserai un coup de rabot de finition parfaitement affûté, afin d’atteindre cette fois un fini complètement satisfaisant.

On part donc de ça :

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Ouache

Pour passer par ça avec le premier rabot :

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Bof

Puis par là avec le deuxième :

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Voilà qui est mieux!

Comme les scies japonaises, ces rabots s’utilisent en tirant vers soi, et comme pour les scies, c’est un geste bien particulier. Le corps du rabot, en chêne, n’est qu’un bloc droit dans lequel est taillé un espace pour la lame et la contre-lame (d’ailleurs, avec la petite clé de métal qui retient la contre-lame, ce sont là toutes les composantes de l’outil!). Sa surface inférieure semble droite, mais en fait, elle ne l’est pas. Il faut s’assurer, à l’aide d’un grattoir à lame ou d’un ciseau à bois, d’aller creuser la surface sur sa quasi-totalité dans le but de ne laisser que deux points légèrement protubérants (environ 1 mm) : le nez du rabot, et un espace d’environ un demi-pouce tout juste avant le tranchant. Cette forme permet au raboteur de maintenir une forte pression vers le bas entre les deux points lorsqu’il tire l’outil, créant une infime mais précieuse tension dans le corps de chêne. Cette force est donc répartie entre les deux points uniquement, ce qui favorise l’atteinte d’un point de contact entre la lame et toute la surface du bois. Tout ceci est très technique et peut même sembler tirer vers le charabia, mais détrompez-vous : un rabot japonais parfaitement maîtrisé peut faire des coupes de deux microns d’épaisseur. À titre comparatif et aussi pour le fun, un cheveu humain fait environ cinquante micron, un globule rouge, cinq!

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Schéma d’un rabot, avec les points de contacts exagérés. Comme vous pouvez voir, y’a pas de scanner à l’atelier et je suis bof-bof en dessin 😉

Je n’en suis pas encore là. Raboter, pour moi, représente encore régulièrement un défi. À l’exception de quelques pièces claires de nœuds sciées en quartier sèches et magnifiques, je cours toujours le risque de tomber dans le même piège : les déchirures. Dès que l’on travaille contre les fibres, celles-ci ont tendances à être soulevées et « emportées » par la lame, au lieu d’être simplement tranchées. La contre-lame est là pour nous aider dans ces situations. Placée un chouia après la lame, elle brise les fibres capricieuses et annule leurs tensions. Donc, en théorie, il faut: une lame super affûtée, trancher de très fines couches de bois, bien placer la contre-lame (on parle de quarts de millimètres) , appliquer une pression solide et constante, travailler à grande vitesse, et s’assurer de la géométrie parfaite du corps du rabot. Si le moindre de ces éléments n’y est pas, pouf, ça déchire, c’est pas beau, on recommence!

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Qui a dit qu’un nœud c’était pas beau? Le rabotage de finition fait ressortir le grain et les couleurs, et peut créer d’impressionnantes illusions de profondeurs.

Dans le projet actuel, j’ai d’abord raboté, tracé et taillé toute la base, c’est-à-dire les poteaux et les poutres. Comme je l’ai mentionné plus haut, je n’ai fait qu’un polissage, je n’ai pas changé la géométrie des pièces. Comme celles-ci sont toujours assemblées selon des angles simples, je parviens à créer des joints précis. Cela dit, lorsqu’on arrive aux arêtiers, ce n’est plus la même histoire…

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En rouge: un arêtier. Il fait la jonction entre les pentes du toit, les angles de ses assemblages sont donc « composés ».

Les arêtiers sont des pièces à angles composés, c’est-à-dire qu’ils sont pivotés sur deux axes. Dans le cas qui nous intéresse, ces pièces sont le résultat de la rencontre de deux pans de toits qui  ne vont pas dans la même direction. Évidemment, tracer et tailler ces pièces représente un défi de géométrie appliquée. Les dernières fois que j’ai réalisé ce type d’ouvrage, j’ai approché mon rabotage de la même façon que pour le reste des pièces. J’ai atteint des résultats corrects, mais définitivement moins contrôlés et précis que pour des situations d’angles simples. J’ai d’abord cru que c’était simplement du à la complexité dans les calculs d’angles et leur coupes… pour finalement me rendre compte que ce qui causait cette inconsistance dans les résultats était la géométrie imparfaite de mes pièces. Dans une situation d’angle composé, mes lignes de centres (ma technique de traçage) ne parviennent plus à me fournir une référence suffisante : j’arriverai toujours à des assemblages qui fonctionnent, mais dont les détails sont grossiers. J’ai donc décidé, pour ce projet, d’utiliser mes rabots pour équarrir mes arêtiers. Deux d’entres eux  étaient tordus, j’ai du y passer un peu de temps (environ une heure chacun). Les deux autres étaient dociles, relativement droits et peu noueux, ça a été un charme.

Raboter, ça fait tout un bordel dans l’atelier. En quelques minutes, il s’accumule au sol une dizaine de pouces de feuillures de bois toutes entortillées qui rentrent dans mes bottes, qui s’agrippent à mes pantalons, et surtout dans lesquelles je perds vraiment trop souvent mon petit maillet de bois, celui qui sert à ajuster mon rabot. Car oui, les rabots japonais ne s’ajustent qu’en donnant de petits coups de maillet : sur le dos de la lame pour qu’elle descende plus, sur l’arrière du dai (le corps en chêne) pour qu’elle remonte. C’est si simple, et pourtant, rarement dans ma (courte) vie un objet utile ne m’a autant fasciné. Ce qui se dégage d’un outil au design centenaire extrêmement perfectionné et fabriqué avec savoir-faire et minutie, c’est une impression de puissance phénoménale. Ce qui est vraiment merveilleux, c’est que cette force-là est libérée directement par l’artisan. C’est un bon feeling.

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