Leçon 2 — Lecture de plans, épure et traçage de charpente
Apprendre à lire un plan de charpente, à réaliser une épure grandeur d'exécution et à tracer les pièces de bois (chevrons, pannes, fermes).
Objectifs pédagogiques
- Lire un plan de charpente et identifier les éléments : ferme, panne, chevron, lien.
- Réaliser une épure d'exécution grandeur réelle au sol ou sur plateau.
- Tracer un about à mi-bois, un tenon-mortaise et un embrèvement.
- Utiliser correctement les outils : équerre de charpentier, fausse équerre, sauterelle, niveau, cordeau.
- Établir la nomenclature et la fiche de débit d'un ouvrage.
1. La lecture de plans de charpente
Un dossier de charpente complet comprend au minimum :
- Le plan de masse à l'échelle 1/200 ou 1/500.
- Le plan de toiture en vue de dessus à l'échelle 1/50 ou 1/100.
- Les coupes verticales (longitudinale, transversale) à l'échelle 1/50.
- Les détails d'assemblages à l'échelle 1/10 ou 1/5.
- La nomenclature ou liste des bois (essence, section, longueur, quantité).
La toiture est définie par sa pente (exprimée en pourcentage ou en degrés) et son type : 2 pans, 4 pans, en croupe, en pavillon, en mansarde, à la Mansart. La pente influe sur la nature de la couverture : 30° à 45° pour les tuiles, 25° à 60° pour l'ardoise, 5° à 15° pour le bac acier.
2. Vocabulaire technique de la charpente
| Terme | Définition |
|---|
| Ferme | Ensemble triangulé qui reçoit la charge de toiture et la transmet aux murs porteurs |
| Arbalétrier | Pièce inclinée de la ferme suivant la pente du toit |
| Entrait | Pièce horizontale basse de la ferme, en tension |
| Poinçon | Pièce verticale centrale de la ferme |
| Panne | Pièce horizontale reposant sur les fermes, supportant les chevrons |
| Chevron | Pièce inclinée perpendiculaire aux pannes, supportant la volige |
| Sablière | Pièce horizontale fixée sur le mur de couronnement |
| Faîtage | Ligne haute du toit, à la rencontre des deux pans |
| Entraxe | Distance entre axes de deux pièces parallèles (chevrons : 40 à 60 cm) |
| Portée | Distance entre deux appuis d'une pièce (mur à mur) |
3. L'épure d'exécution
L'épure est le dessin grandeur réelle de la ferme ou de l'ouvrage tracé au sol sur un plateau d'épure (plancher en contreplaqué CTBX 18 mm) ou directement sur la dalle béton. Elle sert de référence absolue pour tracer chaque pièce.
Étapes de réalisation de l'épure d'une ferme latine :
- Tracer la ligne d'entrait à la longueur réelle (portée + débord).
- Marquer le milieu de l'entrait pour positionner le poinçon.
- Élever la hauteur du poinçon (calculée selon la pente : H = L/2 × tan α).
- Tracer les arbalétriers du sommet du poinçon aux extrémités de l'entrait.
- Repérer les positions des pannes (panne sablière, panne ventrière, panne faîtière).
- Tracer les contre-fiches et jambes de force si besoin.
- Identifier chaque assemblage (tenon-mortaise du poinçon, embrèvement à about du pied d'arbalétrier).
« L'épure est à la charpente ce que la partition est à la musique : sans elle, aucune exécution juste n'est possible. » — Manuel de charpente, Éditions H. Vial, 7e édition
4. Le traçage des pièces
Le traçage est l'opération qui consiste à reporter sur la pièce brute (chevron, panne, arbalétrier) toutes les lignes nécessaires à la taille : coupes d'extrémités, abouts, tenons, mortaises, encoches.
Outils du charpentier traceur
- Équerre de charpentier en acier (60 × 40 cm) pour les angles droits et l'aplomb.
- Fausse équerre (sauterelle) pour reporter un angle quelconque.
- Cordeau à tracer bleu ou rouge pour les longues lignes.
- Rabot et varlope pour le dressage des chants.
- Niveau à bulle et fil à plomb pour les verticalités.
- Compas à pointes sèches pour les arrondis et reports.
- Crayon de charpentier rectangulaire (taille pointe plate au cutter).
5. La nomenclature et la fiche de débit
La nomenclature recense toutes les pièces de bois nécessaires à l'ouvrage. Chaque ligne précise : repère, désignation, essence, classe de résistance, section brute (mm × mm), longueur (m), quantité.
| Repère | Désignation | Essence | Section | Long. | Qté |
|---|
| F1 | Arbalétrier | Douglas C24 | 80×220 | 4,80 m | 2 |
| F2 | Entrait | Douglas C24 | 80×220 | 7,20 m | 1 |
| F3 | Poinçon | Douglas C24 | 80×140 | 2,40 m | 1 |
| F4 | Contre-fiche | Douglas C24 | 80×140 | 1,80 m | 2 |
| P1 | Panne faîtière | Douglas C24 | 100×220 | 8,00 m | 1 |
| P2 | Panne intermédiaire | Douglas C24 | 80×220 | 8,00 m | 2 |
| C1 | Chevron | Sapin C18 | 63×80 | 5,20 m | 32 |
Cas pratique — Calcul d'épure d'une ferme latine
Donnée : portée hors tout 6,00 m, pente 40 %, débord de toit 40 cm de chaque côté.
Calcul :
- Longueur d'entrait : 6,00 + 2 × 0,40 = 6,80 m.
- Demi-portée utile : 6,00 / 2 = 3,00 m.
- Hauteur du poinçon : 3,00 × 0,40 = 1,20 m.
- Longueur d'arbalétrier (théorème de Pythagore) : √(3,00² + 1,20²) = √(9,00 + 1,44) = √10,44 = 3,23 m.
- Avec débord, longueur d'arbalétrier brute : 3,23 + 0,40 / cos(α) ≈ 3,66 m. On commande 3,80 m sécurité.
Cette épure permet de tracer la ferme avant taille, en respectant l'angle de pente α = arctan(0,40) = 21,8°.
Astuce Compagnons
Les Compagnons traceurs utilisent la règle des "trois sept" : sept lignes à tracer (ligne de joint, ligne de bordage, ligne d'aplomb, ligne de coupe, ligne de tenon, ligne de mortaise, ligne d'about), sept points de contrôle (chaque pièce est vérifiée à 7 endroits avant taille). Ce mnémotechnique évite les erreurs de débit irrécupérables sur du bois cher.
Vérification avant taille — règle d'or
Aucune pièce n'est jamais taillée sans double vérification de l'épure et du traçage. Une mortaise mal placée sur un arbalétrier de chêne 80×220 c'est plusieurs centaines d'euros de bois et plusieurs heures de retaille. La règle compagnonnique : "On mesure deux fois, on trace une fois, on coupe une fois."
Pour aller plus loin
6. L'épure de charpente — méthode complète
L'épure de charpente est le tracé à grandeur réelle (ou à une échelle rigoureuse, généralement 1/10 ou 1/20) de la ferme ou de l'ouvrage, réalisé sur un plateau horizontal avant toute opération de taille. L'épure n'est pas un dessin d'intention : c'est l'outil de travail précis à partir duquel chaque pièce est mesurée et tracée.
Définition et rôle de l'épure
Contrairement aux plans architecturaux (cotés mais schématiques), l'épure permet :
- De déterminer les longueurs réelles de chaque pièce (arbalétriers, pannes, chevrons) en tenant compte des débords, des coupes et des assemblages.
- De définir les angles de coupe à l'aplomb et à la pente pour chaque pièce.
- De vérifier la cohérence géométrique de l'ouvrage avant toute mise en œuvre.
- D'extraire les gabarits d'assemblage (embrèvement, tenon) que l'on reporte au trusquin sur le bois.
Outils nécessaires à l'épure
- Plateau d'épure : plancher contreplaqué CTBX 18 mm, raboté et gratté pour être plan au millimètre, surface blanche ou légèrement teintée.
- Règle métallique de 2 m minimum pour les longues droites.
- Grande équerre en acier (60 × 40 cm) pour les angles droits.
- Compas à pointes sèches (ouverture jusqu'à 30 cm) pour les reports et arcs.
- Crayon gras ou feutre traceur à pointe large pour les traits principaux, crayon fin pour les tracés secondaires.
- Fil à plomb et niveau à bulle pour s'assurer de l'horizontalité du plateau.
- Cordeau à craie pour les longues droites.
Étapes de réalisation de l'épure d'une ferme à deux versants
- Étape 1 — Axe de symétrie et ligne d'entrait : Tracer la ligne d'entrait horizontale sur toute la longueur (portée + 2 débords). Marquer le milieu exact comme axe de faîtage.
- Étape 2 — Hauteur du faîtage : À partir de l'axe, élever la perpendiculaire (poinçon) à la hauteur H = (portée/2) × tan(α), où α est l'angle de pente.
- Étape 3 — Arbalétriers : Relier les extrémités de l'entrait (ou les abouts de débord) au sommet du poinçon. Ces droites sont les lignes d'arbalétriers. Vérifier la pente en pourcentage.
- Étape 4 — Positions des pannes : Reporter les pannes sablières (à l'aplomb des murs porteurs), les pannes ventrières (à mi-arbalétrier approximativement) et la panne faîtière (au sommet). Chaque position est un point sur l'arbalétrier.
- Étape 5 — Chevrons : Reporter les positions d'entraxe (40, 50 ou 60 cm) sur la sablière, puis élever des perpendiculaires à la pente pour croiser les pannes. Ces croisements donnent les longueurs des chevrons.
- Étape 6 — Assemblages : Tracer les assemblages en vraie grandeur (embrèvements, tenons) pour définir les gabarits de taille.
- Étape 7 — Vérification globale : Vérifier la fermeture géométrique de chaque triangle, l'équerre des coupes et la cohérence des cotes avec la nomenclature.
7. Le traçage in situ sur le bois
Le traçage in situ est l'opération de report des informations de l'épure sur chaque pièce de bois brute. C'est une étape critique : une erreur de traçage implique une erreur de taille souvent irrécupérable.
Outils de traçage sur le bois
- Mètre ruban de 5 m (acier, verrouillage) pour les longueurs.
- Fil à plomb en laiton 150 g pour vérifier les verticaux in situ.
- Niveau laser rotatif (portée 30 à 50 m) : de plus en plus utilisé pour les grandes charpentes, remplace les niveaux optiques traditionnels. Projection d'un plan horizontal de référence pour l'alignement des sablières.
- Sauterelle (bevel gauge) : jauge d'angle réglable permettant de reporter l'angle de pente de l'épure sur chaque pièce avec précision au degré.
- Trusquin à deux pointes : outil de tracé parallèle aux arêtes pour les tenons et mortaises.
- Cordeau à craie bleu ou rouge : tendu entre deux points, il laisse une ligne droite par claquage.
- Crayon de charpentier à section rectangulaire, taillé en pointe plate au cutter : trait plus visible et plus précis que le crayon rond.
Séquence de traçage d'un arbalétrier
- Dresser la pièce sur tréteaux, face de référence dessus.
- Reporter la longueur totale brute depuis l'épure, y compris les surlongueurs de taille.
- Tracer la coupe de pied (angle d'embrèvement) avec la sauterelle réglée sur l'angle de pente.
- Tracer la coupe de tête (about à la selle du poinçon) avec la sauterelle.
- Marquer les positions des pannes (encoches d'appui) au trusquin.
- Tracer le tenon de tête au trusquin : largeur = 2/3 hauteur, épaisseur = 1/3 épaisseur.
- Inscrire le repère de la pièce (ex. : A1 pour arbalétrier gauche n°1) au crayon sur le bois.
« Tracer c'est déjà tailler. Chaque trait au crayon engage la pièce. On ne revient pas en arrière sur une mortaise trop large. » — Compagnons du Devoir, livret de charpente niveau 1
8. Nomenclature complète d'une toiture à deux versants
Une toiture comporte un vocabulaire précis que tout charpentier doit maîtriser pour lire les plans et dialoguer avec les architectes, conducteurs de travaux et couvreurs.
Éléments de la toiture à deux versants (toit à long-pan)
- Faîtage : ligne de rencontre des deux versants au sommet. La panne faîtière porte les chevrons au sommet.
- Égout ou gouttière : arête basse du versant, où l'eau de pluie est collectée.
- Pignon : surface triangulaire à chaque extrémité de la toiture.
- Larmier : débord horizontal de toit au-dessus des murs de façade (généralement 40 à 80 cm).
- Croupe : versant triangulaire ou trapézoïdal sur les côtés étroits d'une toiture à 4 pans.
- Arêtier : arête saillante formée par la rencontre de deux versants en angle externe (dans une croupe).
- Noue : angle rentrant formé par la rencontre de deux versants (jonction d'un auvent sur un mur). C'est le point le plus vulnérable à l'étanchéité.
- Jouées : parties verticales latérales d'une lucarne.
- Lucarne à queue d'aronde (ou "lucarne jacobine") : lucarne dont la couverture forme une petite croupe en arrière. Exige un chevêtre, des jouées et un jambage.
- Châssis de toit (fenêtre de toit type Velux) : intégré dans la pente, posé dans le plan du versant.
- Souche de cheminée : traversée de la couverture, exigeant un solin étanche et un chevêtre.
Pentes minimales par type de couverture
La pente du toit doit être adaptée au matériau de couverture pour garantir l'étanchéité et l'évacuation des eaux pluviales.
| Matériau de couverture | Pente minimale (°) | Pente minimale (%) | Pente optimale |
|---|
| Ardoise naturelle (posée au clou) | 25° | 47 % | 35° à 60° |
| Ardoise artificielle (fibrociment) | 20° | 36 % | 25° à 45° |
| Tuile mécanique terre cuite | 28° | 53 % | 35° à 50° |
| Tuile canal ou romane | 25° | 47 % | 30° à 50° |
| Zinc à joint debout (ZJD) | 5° | 9 % | 10° à 40° |
| Bac acier nervuré | 3° | 5 % | 5° à 25° |
| Chaume (roseaux) | 40° | 84 % | 45° à 55° |
| Bardeau de bois (shake) | 20° | 36 % | 25° à 45° |
Conversion pente °/% : pente en % = tan(α) × 100. Exemple : pente 35° → tan(35°) = 0,700 → 70 %. Inverse : pente en ° = arctan(pente%/100). Exemple : 40 % → arctan(0,40) = 21,8°.
9. Vérification dimensionnelle et contrôle de l'ouvrage
Après traçage et avant taille, une vérification dimensionnelle systématique permet d'éviter les erreurs de débit. Après levage, un contrôle de l'ouvrage posé valide la conformité.
Contrôle longueur des chevrons
La longueur d'un chevron dépend de trois facteurs :
- Portée entre pannes (mesurée sur l'épure selon la vraie pente).
- Débord de toiture (larmier), typiquement 40 à 80 cm.
- Coupes de pied et de tête : coupes à l'angle de pente, qui consomment quelques centimètres de longueur.
Formule pratique : L chevron = √((portée/cos α)² + débord²) environ, mais l'épure donne la longueur exacte par report graphique.
Entraxe des pannes et résistance
L'entraxe des pannes détermine la portée des chevrons et donc leur résistance. Les valeurs habituelles :
- 600 mm : configuration standard pour tuile lourde (40 kg/m²) ou zone neigeuse.
- 800 mm : configuration courante pour tuile légère (25 kg/m²) ou ardoise.
- 1 000 mm : acceptable pour bac acier léger ou zinc avec section chevron renforcée.
Pour chaque portée et charge, on vérifie la flèche admissible : f ≤ L/300 en état limite de service (ELS), et souvent L/500 pour les locaux habitables. Au-delà, le chevron fléchit visiblement et la couverture se fissure.
Vérification géométrique globale — règle des 3-4-5
La règle des 3-4-5 (triangle pythagoricien) est utilisée sur chantier pour vérifier les angles droits sans instrument optique :
- Mesurer 3 m sur un mur (côté A).
- Mesurer 4 m sur le mur perpendiculaire (côté B).
- Si la diagonale (côté C) mesure exactement 5 m → l'angle est à 90° exact.
On utilise aussi les multiples : 6-8-10, 9-12-15 pour des chantiers plus grands.
10. Cas pratique complet — Épure et nomenclature d'une ferme en croupe
Données : Maison à 4 pans, longueur hors tout 12,00 m, largeur hors tout 8,00 m, pente 35°, débord de toit 60 cm, essence Douglas C24, sections standard.
Calculs préliminaires
- Demi-portée (sens court) : 8,00 / 2 = 4,00 m
- Hauteur du faîtage : 4,00 × tan(35°) = 4,00 × 0,700 = 2,80 m
- Longueur de l'arbalétrier : √(4,00² + 2,80²) = √(16 + 7,84) = √23,84 = 4,88 m (sans débord)
- Avec débord 60 cm côté égout : longueur brute arbalétrier ≈ 4,88 + 0,60/cos(35°) = 4,88 + 0,73 = 5,61 m, commander 5,80 m
- Longueur d'entrait : 8,00 + 2 × 0,60 = 9,20 m
Nomenclature partielle de la ferme principale
| Repère | Désignation | Essence/Classe | Section (mm) | Longueur | Qté | Volume (m³) |
|---|
| AB1 | Arbalétrier | Douglas C24 | 80 × 220 | 5,80 m | 2 | 0,205 |
| E1 | Entrait | Douglas C24 | 80 × 220 | 9,20 m | 1 | 0,162 |
| P1 | Poinçon | Douglas C24 | 80 × 140 | 3,20 m | 1 | 0,036 |
| CF1 | Contre-fiche | Douglas C24 | 80 × 140 | 2,40 m | 2 | 0,054 |
| PF | Panne faîtière | Douglas C24 | 100 × 220 | 12,00 m | 1 | 0,264 |
| PV | Panne ventrière | Douglas C24 | 80 × 200 | 12,00 m | 2 | 0,384 |
| SA | Sablière | Douglas C24 | 80 × 140 | 12,00 m | 2 | 0,269 |
| CH | Chevron | Sapin C18 | 63 × 100 | 6,20 m | 52 | 2,03 |
Volume total bois estimé : 3,40 m³ pour la charpente principale. Au prix de 700 €/m³ Douglas fourni, cela représente environ 2 380 €HT de bois pour la ferme principale.
Mémo outils de traçage — rôle et entretien
- Sauterelle (bevel gauge) : vis de serrage à huiler régulièrement, vérifier le parallélisme des branches avant utilisation, ranger dans une étui en cuir.
- Équerre charpentier : vérifier l'équerre par la méthode du double retournement (tracer un angle des deux côtés, comparer), jamais en contact avec l'humidité.
- Crayon charpentier : tailler à 30° pour une pointe plate fine, axe perpendiculaire à la surface de traçage pour éviter la dérive.
- Fil à plomb : ne jamais laisser se balancer sans frein (oscillation erronée), attendre l'immobilité complète avant lecture.
- Niveau laser : calibration mensuelle obligatoire, protéger de la poussière de bois, vérifier la pile.
Erreurs de traçage les plus fréquentes à l'examen EP1 et EP2
- Confusion pente en % et pente en degrés : vérifier toujours l'unité demandée dans le sujet.
- Oubli du débord de toiture dans le calcul de longueur d'arbalétrier : ajouter systématiquement le larmier.
- Mesure sur plan sans conversion d'échelle : utiliser le coefficient multiplicateur (ex. : 1/50 → multiplier par 50).
- Inversion des côtés du triangle pour le calcul de hauteur de poinçon : c'est la demi-portée, pas la portée totale, qui sert de base.
- Angle de sauterelle pris du mauvais côté : vérifier que l'angle reporté est bien l'angle de pente de l'arbalétrier et pas son complémentaire.
