Charpente et toiture

# Charpente et toiture ## Le plan de toiture ### Introduction Bienvenue dans cette leçon sur le plan de toiture en dessin industriel. Le plan de toiture est une représentation graphique essentielle dans tout projet de construction ou d'architecture. Il offre une vue d'ensemble du toit d'un bâtiment, détaillant sa forme, ses dimensions, ses pentes, les matériaux utilisés et l'emplacement des différents éléments. Comprendre et savoir dessiner un plan de toiture est fondamental pour garantir la bonne évacuation des eaux pluviales et l'esthétique générale d'une structure. Au cours de cette leçon, nous allons explorer les concepts clés, le vocabulaire spécifique et les méthodes de représentation associés à ce type de plan. ### Concepts clés #### 1. Définition et rôle du plan de toiture Le plan de toiture est une vue en projection horizontale (vue de dessus) de l'ensemble de la toiture d'un bâtiment. Il permet de visualiser: * La géométrie et la forme générale du toit. * Le nombre et la direction des pentes (versants). * L'emplacement des différents éléments de la toiture (cheminées, lucarnes, fenêtres de toit). * Les matériaux de couverture. * Les points hauts et bas (faîtage, égouts). #### 2. Les éléments constitutifs d'une toiture Une toiture est composée de plusieurs éléments essentiels que l'on doit retrouver sur un plan: * **La charpente:** Structure porteuse (fermes, pannes, chevrons) qui supporte la couverture. * **La couverture:** Matériau qui assure l'étanchéité (tuiles, ardoises, bac acier, zinc, etc.). * **Les éléments spécifiques:** * **Faîtage:** Ligne horizontale la plus haute d'un toit, où se rencontrent deux versants. * **Arêtier:** Ligne saillante (angle sortant) formée par la rencontre de deux versants dont les pentes divergent. * **Noue:** Ligne rentrante (angle rentrant) formée par la rencontre de deux versants dont les pentes convergent. * **Égout:** Ligne basse d'un versant, par où s'écoulent les eaux pluviales (souvent au-dessus d'une gouttière). * **Rive:** Bord latéral d'un versant, souvent en pignon. * **Lucarne:** Ouverture pratiquée dans la toiture pour éclairer et aérer les combles. * **Souche de cheminée:** Partie de la cheminée qui dépasse du toit. * **Fenêtre de toit (Velux):** Fenêtre intégrée à la pente du toit. * **Descente d'eau pluviale (DEP):** Conduit vertical qui évacue l'eau des gouttières. #### 3. Les types de toitures La forme du toit est un élément déterminant dans son dessin: * **Toit à un pan (toit monopente):** Un seul versant incliné. * **Toit à deux pans (toit en bâtière):** Deux versants qui se rejoignent au faîtage. * **Toit à quatre pans (toit en croupe):** Quatre versants. Les petits côtés du bâtiment se terminent par des versants inclinés (croupes) au lieu de pignons verticaux. * **Toit en L, en T, en U:** Formes composées résultant de l'assemblage de plusieurs corps de bâtiment. * **Toit plat (terrasse accessible ou non):** Toit avec une très faible pente (inférieure à 5%) pour l'évacuation des eaux. #### 4. La représentation des pentes La pente est cruciale pour l'écoulement de l'eau. Elle peut être exprimée de différentes manières: * **En pourcentage (%):** \( P = \frac{H}{L} \times 100 \), où H est la hauteur et L est la projection horizontale. * *Exemple:* Une pente de 40% signifie que pour 100 cm de longueur horizontale, la hauteur s'élève de 40 cm. * **En degrés (°):** Angle que fait le versant avec l'horizontale. \( \text{angle} = \arctan(\frac{H}{L}) \). * **En ratio (ex: 1:3):** Indique une élévation de 1 unité pour 3 unités de longueur horizontale. Sur un plan de toiture, la pente est généralement indiquée par une flèche dans le sens de l'écoulement de l'eau, accompagnée de sa valeur en pourcentage ou en degrés. #### 5. Les informations à inclure sur un plan de toiture Un plan de toiture complet doit inclure: * La silhouette du toit avec tous les versants, faîtages, noues, arêtiers, égouts et rives. * La direction et la valeur des pentes sur chaque versant. * Les matériaux de couverture (avec des hachures ou des notes). * La position et les dimensions des cheminées, lucarnes, fenêtres de toit, puits de lumière. * Les débords de toit par rapport aux murs. * Les gouttières et descentes d'eaux pluviales (DEP). * Les niveaux finis (NF) ou altitudes des faîtages et égouts (par rapport au niveau du sol fini). * Les cotations essentielles. * Une légende si nécessaire. ### Vocabulaire * **Faîtage:** Ligne la plus haute du toit. * **Arêtier:** Ligne saillante formée par deux versants. * **Noue:** Ligne rentrante formée par deux versants. * **Égout:** Ligne basse d'un versant où l'eau s'écoule. * **Pan de toiture / Versant:** Surface inclinée du toit. * **Croupe:** Partie du toit qui forme un pan incliné sur une façade. * **Terrasson:** Partie supérieure d'un toit à la Mansart, de faible pente. * **Rive:** Bord latéral du toit. * **Pente:** Inclinaison du toit, exprimée en %, °, ou ratio. * **Débord de toit:** Partie du toit qui dépasse du mur extérieur. * **Lucarne:** Petite fenêtre dépassant du toit. * **Souche de cheminée:** Partie de la cheminée au-dessus du toit. * **Descente d'eau pluviale (DEP):** Conduit d'évacuation vertical des eaux. * **Gouttière:** Canal recueillant les eaux de pluie à l'égout du toit. * **Dalette:** Dalle utilisée pour les toitures terrasses (toits plats). ### Exemples #### Exemple 1: Toit à deux pans Imaginez un bâtiment rectangulaire de 10m de long sur 6m de large. Le toit est à deux pans avec une pente de 30%. Le plan de toiture montrerait: * Un rectangle de 10x6m. * Une ligne de faîtage centrale (parallèle aux côtés de 10m). * Deux flèches de pente (30%) partant du faîtage vers les égouts (côtés de 10m). * Les bords latéraux (6m) seraient les rives. #### Exemple 2: Calcul de hauteur Pour un toit à deux pans, si la demi-largeur du bâtiment est de 3m et la pente est de 40%, la hauteur du faîtage (H) par rapport à l'égout peut être calculée comme suit: \[ H = \text{Demi-largeur} \times \frac{\text{Pente}(\%)}{100} \] \[ H = 3m \times \frac{40}{100} \] \[ H = 3m \times 0.4 \] \[ H = 1.2m \] Le faîtage serait donc à 1.2m plus haut que l'égout. ### Exercices 1. **Identification:** Sur un plan de toiture vierge (fourni par l'enseignant), identifiez et nommez les éléments suivants: faîtage, égouts, rives, noue, arêtier, versants. Indiquez le sens d'écoulement des eaux sur chaque versant. 2. **Dessin simple:** Dessinez à l'échelle 1/100e le plan de toiture d'un petit abri de jardin de 4m x 3m, avec un toit à deux pans et une pente de 35%. Incluez une souche de cheminée de 50x50cm centrée sur le faîtage. 3. **Calcul de pente:** Un toit présente une élévation verticale de 2.5m sur une longueur horizontale de 5m. Calculez la pente de ce toit en pourcentage. ### Devoir à la maison 1. **Projet de plan de toiture:** Sur une feuille de dessin technique, réalisez le plan de toiture à l'échelle 1/50e d'une petite annexe rectangulaire de 8m x 5m, présentant un toit en forme de 'L' (une extension de 3m x 3m sur un côté de 5m), avec une pente de 45%. Vous devrez y inclure: * Les faîtages, noues, arêtiers, égouts et rives. * Les indications de pentes sur tous les versants. * Deux fenêtres de toit de 80x120cm sur deux versants différents. * Les débords de toit de 0.60m sur tout le pourtour. 2. **Recherche:** Renseignez-vous sur les matériaux de couverture les plus courants dans votre région et leurs pentes minimales d'utilisation. Présentez vos découvertes sous forme d'une courte liste avec au moins trois matériaux différents. ### Résumé Le plan de toiture est une pièce maîtresse du dessin industriel, offrant une vue claire de la partie supérieure d'un bâtiment. Il permet de visualiser les formes, les pentes et les éléments clés du toit. La bonne compréhension du vocabulaire (faîtage, arêtier, noue, égout) et des méthodes de représentation des pentes est essentielle pour réaliser des plans précis et fonctionnels. Un plan de toiture complet assure l'étanchéité, l'esthétique et la conformité aux normes du bâtiment. Maîtriser ce plan est une étape importante dans votre parcours en dessin industriel. ## Les fermes et charpentes en bois ### Introduction La charpente est un élément essentiel de toute construction, particulièrement pour les bâtiments dotés d'une toiture. C'est la structure qui soutient la couverture, comme les tuiles ou les ardoises, et qui transfère toutes les charges (poids de la toiture, neige, vent) vers les murs porteurs du bâtiment. Dans ce cours, nous allons explorer les différents types de charpentes en bois, leurs composants et leur rôle crucial dans la stabilité et la durabilité d'une construction. ### Concepts clés #### 1. Qu'est-ce qu'une charpente ? Une charpente est l'ossature d'un bâtiment qui supporte la couverture et distribue les charges. Elle est souvent réalisée en bois, mais peut aussi être en métal ou en béton. #### 2. Les différents types de charpentes en bois ##### a. La charpente traditionnelle * **Description :** Composée de pièces de bois massives (poutres, poteaux) assemblées par des techniques ancestrales (tenons et mortaises, embrèvements, queues d'aronde). Elle est robuste, durable et permet l'aménagement des combles. Elle est souvent visible et peut faire partie de l'esthétique intérieure. * **Avantages :** Grande résistance, esthétique, possibilité d'aménager les combles, durée de vie élevée. * **Inconvénients :** Coût plus élevé, nécessite une main-d'œuvre qualifiée, plus lourde. ##### b. La charpente industrielle (ou à fermettes) * **Description :** Constituée de fermettes préfabriquées en usine, réalisées à partir de bois de section plus petite et assemblées par des connecteurs métalliques (plaques à pointes). Elle est conçue pour des portées plus courtes et est souvent utilisée pour les toitures non aménageables. * **Avantages :** Moins chère, rapide à poser, légère, utilisation optimisée du bois. * **Inconvénients :** Combles non aménageables, moins esthétique (souvent cachée), durée de vie potentiellement plus courte que la charpente traditionnelle. ##### c. La charpente en lamellé-collé * **Description :** Utilise des éléments de bois composés de lamelles collées entre elles. Cela permet de créer des poutres de grandes dimensions et des formes courbes, idéales pour les grandes portées et les architectures complexes (gymnases, piscines, bâtiments industriels). * **Avantages :** Grandes portées possibles, liberté de formes architecturales, bonne résistance au feu, esthétique moderne. * **Inconvénients :** Coût élevé, production industrielle spécifique. #### 3. Composants d'une ferme traditionnelle Une ferme est l'élément principal d'une charpente qui reprend les charges de la toiture et les transmet aux points d'appui. Voici ses composants essentiels : * **Entrait :** Pièce horizontale à la base de la ferme. Il relie les arbalétriers et empêche l'écartement de la structure. On peut avoir un entrait simple, retroussé ou moisé. * **Arbalétrier :** Pièce oblique qui forme la pente du toit. Il supporte les pannes et transmet les charges vers l'entrait et les appuis. * **Poinçon :** Pièce verticale centrale qui relie l'entrait et le faîtage de la toiture. Il travaille en traction ou en compression selon le type de ferme. * **Contre-fiche / Fiche :** Pièces obliques qui rigidifient la ferme en reliant le poinçon aux arbalétriers ou à l'entrait, formant des triangles pour la stabilité. * **Pannes :** Poutres horizontales posées sur les arbalétriers. Elles supportent les chevrons. On distingue la panne faîtière (en haut), la panne sablière (en bas, sur les murs) et les pannes intermédiaires. * **Chevrons :** Pièces de bois posées perpendiculairement aux pannes. Ils supportent les liteaux ou les voliges. * **Liteaux :** Petites lattes de bois clouées sur les chevrons, sur lesquelles sont fixées les tuiles ou ardoises. * **Voliges :** Planches clouées sur les chevrons pour former un platelage continu, souvent sous un revêtement en zinc ou en ardoise clouée. #### 4. Calcul de la pente d'une toiture La pente est un élément crucial pour l'écoulement de l'eau. Elle est généralement exprimée en pourcentage (\( \% \)) ou en degrés (\( ^\circ \)). La pente en pourcentage \( \% \) est souvent calculée par la formule : \[ Pente = \frac{Dénivelé}{Projection~Horizontale} \times 100 \] Où : * \( Dénivelé \) est la hauteur verticale de la toiture. * \( Projection~Horizontale \) est la distance horizontale couverte par cette hauteur. ### Vocabulaire * **Charpente :** Ossature principale qui supporte la toiture. * **Ferme :** Élément triangulaire constitutif de la charpente, reprenant les charges verticales. * **Poutre :** Élément porteur horizontal ou incliné soumis à la flexion. * **Panne :** Poutre horizontale de la charpente supportant les chevrons. * **Chevron :** Pièce de bois posée sur les pannes, supportant les liteaux. * **Liteau :** Latte de bois fixée sur les chevrons, support de la couverture (tuiles). * **Volige :** Planche mince clouée sur les chevrons, formant un support continu. * **Entrait :** Pièce horizontale inférieure d'une ferme. * **Arbalétrier :** Pièce inclinée d'une ferme, formant la pente du toit. * **Poinçon :** Pièce verticale centrale d'une ferme. * **Contre-fiche :** Pièce oblique rigidifiant une ferme. * **Tenon et Mortaise :** Système d'assemblage bois traditionnel. * **Faîtage :** Ligne de rencontre des deux versants d'une toiture, point le plus haut. * **Égout :** Partie basse du versant d'une toiture, où l'eau s'écoule. * **Pente :** Inclinaison de la toiture, exprimée en pourcentage ou en degrés. ### Exemples #### 1. Schéma d'une ferme traditionnelle Imaginez une ferme en bois. Vous verriez au centre, verticalement, le **poinçon**. De chaque côté, des pièces inclinées, les **arbalétriers**, partent du poinçon vers les extrémités. En bas, une pièce horizontale relie les deux arbalétriers : c'est l'**entrait**. Pour la rigidifier, des **contrefiches** peuvent relier le poinçon aux arbalétriers ou à l'entrait. #### 2. Calcul de pente Un toit a un dénivelé de 3 mètres sur une projection horizontale de 10 mètres. Calculons sa pente en pourcentage. \[ Pente = \frac{3}{10} \times 100 \] \[ Pente = 0.3 \times 100 \] \[ Pente = 30\% \] La pente de ce toit est de 30 %. ### Exercices 1. Sur un schéma de ferme traditionnelle (non fourni ici, à imaginer ou à dessiner), identifiez et nommez l'entrait, l'arbalétrier, le poinçon et une contre-fiche. 2. Quelle est la principale différence entre une charpente traditionnelle et une charpente industrielle en termes d'assemblage des éléments ? 3. Quel est le rôle du poinçon dans une ferme ? 4. Calculez la pente d'une toiture ayant un dénivelé de 2,5 mètres et une projection horizontale de 8 mètres. ### Devoir 1. Faites une recherche et trouvez trois exemples de bâtiments (en France ou ailleurs) qui utilisent des charpentes en lamellé-collé. Décrivez brièvement leur fonction et l'avantage d'utiliser ce type de charpente. 2. Dessinez à main levée une coupe simplifiée d'une toiture avec une charpente. Représentez au minimum : un mur porteur, une panne sablière, des chevrons et des liteaux avec des tuiles. 3. Discutez des avantages et des inconvénients des charpentes traditionnelles par rapport aux charpentes industrielles dans le contexte d'une maison individuelle neuve. ### Résumé Les charpentes en bois sont l'épine dorsale de nos toitures, assurant leur support et la distribution des charges. Nous avons vu trois types principaux : la charpente traditionnelle, robuste et esthétique ; la charpente industrielle, économique et rapide à poser ; et la charpente en lamellé-collé, idéale pour les grandes portées. Chaque type a ses propres composants, comme l'entrait, l'arbalétrier et le poinçon dans une ferme traditionnelle, chacun jouant un rôle vital dans la stabilité de l'ensemble. La compréhension de ces structures est fondamentale pour tout projet de construction ou de rénovation.