Une solution moderne et durable avec la charpente métallique

La charpente métallique se voit de plus en plus dans le secteur résidentiel. Si elle fut d’abord l’apanage des bâtiments commerciaux et industriels, ses qualités attirent aujourd’hui les particuliers. 

Si vous êtes intéressé pour monter une charpente en métal sur votre maison, vous avez raison. Par contre, il y a des choses à savoir sur la charpente métallique avant de se lancer. 

Une charpente métallique, c'est quoi ?

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Une charpente métallique est un type de charpente dont l’organisation structurelle reprend trait pour trait celle de la charpente en bois. Ainsi, la charpente métallique se compose elle aussi de : 

• Fermes, 

• Pannes,

• Poutres, 

• Poteaux, 

• Linteaux, 

• Contreventements, 

• Montants, 

• Lisses. 

Une fois montée, la charpente métallique est recouverte d’un bardage en métal. 

Structure et éléments 

Dans leur structure, les portiques ou fermes en acier sont les mêmes que ceux des charpentes en bois. Ils peuvent être : 

• Monopente, 

• Double-pentes, 

• Mansardé. 

À cela s’ajoute également une forme qui lui est propre : le portique à chevrons courbes. La charpente métallique permet donc de faire la même chose que le bois, mais également d’aller au-delà des limites structurelles d’une charpente en bois. 

Pour réaliser ces formes, les charpentes métalliques se composent de différents éléments : 

• Les poutres en H, qui sont posées verticalement et horizontalement, 

• Les poutres en I, posées horizontalement pour résister à des charges importantes,

• Les poutres et les cornières en T, qui forment les contreventements, 

• Les pannes en Z pour les petits chantiers (portée inférieure à 8 mètres). 

Quelles sont les caractéristiques d’une construction en métal ? 

Les propriétés du métal se divisent en 2 groupes : 

•  insensibles à la structure,

• sensibles à la structures.

Les propriétés insensibles à la structure

Ces propriétés dépendent directement des propriétés atomiques du métal, qui est un alliage de fer et de carbone.

Par exemple, la résistance à la traction du métal est une propriété insensible à la structure. Elle s’exprime par le module de Young qui est le résultat de la contrainte de traction divisée par la déformation en traction. Parce qu’elle est une caractéristique insensible à la structure, elle est la même quelle que soit la composition du métal. 

Du module de Young découle une autre propriété : la résistance élastique. Il s’agit de l’énergie stockée dans le métal et susceptible d’être libérée. C’est notamment le cas pour les ponts suspendus, dans le cas d’une rupture de câble. 

Les propriétés sensibles à la structure

Il s'agit de caractéristiques qui dépendent de la structure de l’ouvrage.

Parmi les propriétés sensibles à la structure, on compte la résistance aux actions latérales et verticales. La capacité d’une charpente métallique à répondre à ces forces dépend non seulement de la rigidité en flexion du métal, mais aussi de la qualité des connexions qui la composent. 

Un renforcement des chevrons va permettre d’augmenter la résistance de la charpente métallique aux actions latérales et verticales.  

Pourquoi utiliser une charpente métallique pour votre maison ? 

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Parce que la charpente métallique permet : 

• Un gain de place, 

• Une plus grande liberté de design, 

• D’être prête à monter.

Gain de place

L’usage des charpentes métalliques est particulièrement en vogue dans les secteurs de : 

• L’industrie, 

• L’import-export (stockage), 

• L’agriculture, 

• La vente au détail. 

Pourquoi ? Parce que ces secteurs souffrent tous d’une même contrainte : avoir de la place. Or, ménager des espaces importants est exactement ce que permet la charpente métallique. 

En effet, bien que ce type de charpente réponde aux mêmes principes qu’une charpente en bois (fermes, pannes, linteaux, etc.), elle s’en distingue par la possibilité de construire des portiques sans contreventements.

Les portiques sont des structures en acier à ossature continue qui correspondent aux fermes de toit des charpentes en bois.

Ceux-ci peuvent être composés de poutres atteignant 131 pieds (40 mètres) de longueur, ce qu’aucun bois n’est capable de réaliser. 

Liberté de design

Vous ne le savez peut-être pas, mais la charpente métallique offre une très grande liberté aux architectes. 

Une ossature métallique permet tout autant de réaliser un bâtiment comme le Chrysler Building de New-York, que la charpente de la gare de King’s Cross Saint-Pancras, en passant par la Tour Eiffel à Paris. 

Ces 3 monuments nous permettent de bien comprendre que la charpente métallique est le champ de tous les possibles. 

Prêt-à-monter

La majeure partie des composants d’une charpente métallique sont conçus en usine, puis livrés sur le chantier. Elle n’a donc plus qu’à être assemblée sur place. 

Seul bémol : sa complexité. Réussir son montage facilement demande une grande technicité. C’est notamment le cas pour prendre en compte des contraintes comme celles dont nous avons parlé précédemment, qui dépendent de : 

• L’habillage de la façade, 

• La couverture du toit, 

• Les contraintes météorologiques, 

• Etc. 

Son montage doit également prendre en compte la dilatation thermique. C’est notamment le cas lors de la pose d’une couche de séparation. En effet, les fixations et les pattes du support sont alors noyées. Autrement, sous l’effet de la dilatation thermique, elles risqueraient de percer les bandes de tôle. 

En résumé, ce sont l’ensemble des forces (poids des matériaux, effets du vent, etc.), qui s’imposent à la structure métallique, qui doivent être prises en compte. Au demeurant, c’est exactement la même chose pour les charpentes en bois. 

Comment construire une charpente métallique ?  

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Si vous souhaitez vous lancer seul dans la construction d’une charpente métallique, sortez dors et déjà votre calculatrice, car voici les étapes à suivre. 

Étape 1 : calculez les contraintes 

Pour réaliser une charpente métallique qui tienne debout, vous devez estimer précisément les contraintes que la structure va devoir supporter. Le calcul de ces contraintes va notamment déterminer les formes que pourraient prendre votre charpente.  

Nous avons évoqué un peu plus haut le module de Young. Et bien, à celui-ci, vous pouvez ajouter le calcul de la flexion uniaxiale et biaxiale ou encore le calcul de la capacité de charge de la structure par la méthode de Newmark ou celle de Cranston.

Étape 2 : faites fabriquer la charpente 

Lorsque vos calculs sont terminés, qu’ils ont été corrigés et contrôlés, vous pouvez lancer la production des éléments en usine.  

La charpente vous sera livrée en kit directement sur votre chantier. Vous n’aurez plus qu’à la monter. Par contre, si vous avez fait des erreurs de calcul, et que vous souhaitez effectuer des modifications sur le chantier, vous devrez faire appel à un sidérurgiste. 

Étape 3 : le montage 

Si vous avez déjà monté vous-même une charpente en bois, vous pourrez prévoir un temps de montage 30% plus rapide que ce qu’il vous a fallu pour monter votre charpente en bois.  

L'isolation d’une toiture métallique 

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Deux types d’isolation peuvent être ajoutés à une charpente en acier. Il y a bien sûr l’isolation thermique, indispensable à toute maison au Québec. Mais il est aussi envisageable d’ajouter une isolation phonique.  

Cette dernière permettra de limiter l’éventuel bruit issu de la dilatation du métal et amplifié par ses propriétés de résonance.

Isolation thermique

Elle fonctionne de la même façon que l’isolation posée sous une charpente en bois. La charpente métallique est compatible avec : 

• La laine de verre (panneaux et rouleaux), 

• La mousse de cellulose (projetée), 

• Le polystyrène expansé (EPS), 

• Les mousses polyuréthanes (projetées), 

• La laine de roche (projetée).

Isolation phonique 

Mieux vaut prévoir l’isolation phonique dès le début de la construction, et cela pour une raison simple. Une fois la charpente et la couverture en place, vous devez déposer le toit pour la réaliser. 

Lorsque le toit est déjà posé, l’isolant phonique peut être posé sur les chevrons. À l’inverse, lors de la construction de la charpente, l’isolant peut être posé sur les voliges, sous la forme de fines planches. 

Si vos combles sont perdus, vous pouvez poser l’isolant directement au sol, ou le souffler dans la pièce. 

Vaut-il mieux utiliser une charpente métallique ou en bois ? 

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À première vue, la charpente métallique semble l’emporter sur la charpente en bois, puisqu’elle est : 

• Plus légère, 

• Plus économique, 

• Plus résistante, 

• Plus facile à entretenir. 

Légère

Les poutres en métal sont plus légères que les poutres en bois. Par conséquent, elles sont non seulement plus faciles à manœuvrer sur le chantier, mais elles supportent également des matériaux de couverture plus lourds. 

Économique 

10%. C’est l’économie réalisée à l’achat sur le prix d’une charpente métallique, par rapport à une charpente en bois. Ce n’est qu’une moyenne, car si l’économie ne peut être que de 8%, elle peut très bien s’élever à 15% du prix d’une charpente en bois. 

Résistante 

L’acier d’une charpente métallique se compose généralement d’acier laminé. Ce type de matériau est particulièrement résistant et dépasse le bois dans ses capacités de flexion.

Facile à entretenir

L’acier n’est ni sujet aux champignons, ni aux insectes, ce qui en fait un matériau idéal pour une charpente de maison. Une fois installé, il ne demande aucun traitement ou entretien particulier. 

Sauf… S’il est touché par la corrosion. Il est maintenant temps de passer aux inconvénients de la charpente métallique.

Inconvénients de la charpente métallique 

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Si vous avez peur que votre charpente rouille, ou qu’elle soit mal réalisée par l’artisan, mieux vaut opter pour une charpente en bois. Cette dernière étant plus répandue, les artisans peuvent avoir une plus grande expérience quant à sa pose. 

Rouille et charpente métallique

Comme vous le savez, celle-ci se forme au contact de l’humidité. Or, une charpente de toiture est autant touchée par de l’humidité extérieure (formée par la condensation) que par de l’humidité intérieure (respiration, cuisson, douche, etc.). 

Pour lutter contre la corrosion, ces éléments peuvent être installés sur une charpente métallique et dans le bâtiment : 

• Une membrane pare-pluie, 

• Un écran pare-vapeur, 

• Une ventilation VMC.

Dans tous les cas, privilégiez toujours une charpente constituée d’acier galvanisé. Ce traitement permet au métal de résister à la corrosion.

Ce n’est pas le seul point faible de la charpente métallique. 

La technicité

Pour être performante, une charpente métallique doit être particulièrement bien réalisée. Prenons l’exemple d’une couverture de toit en métal. Lorsque celle-ci est posée sur un toit à faible pente et exposée au vent, des bruits de flottement peuvent résonner dans tout le bâtiment.    

C’est notamment le cas lorsque : 

• Les entraxes sont trop importants, 

• Il existe une entrée d’air dans la lame d’air,

• Il n’y pas de couche de séparation avec les voligeages ajourés, 

• Le choix et l’épaisseur des matériaux n’est pas la bonne.     

Autre inconvénient : les craquements liés à la dilatation thermique. 

Le métal est un matériau particulièrement sujet à la dilatation thermique. Ainsi, il peut produire des bruits caractéristiques durant la journée, en fonction de la température extérieure, et si les plaques de tôle sont : 

• Mal posées (trop bord à bord), 

• Trop rigides, 

• Bridées sur la charpente métallique. 

Ce phénomène est d’autant plus amplifié que l’acier possède une forte résonance.      

Le feu, inconvénient du métal ? 

La faible résistance de l’acier est souvent donnée comme inconvénient d’une toiture métallique. Il est vrai qu’une toiture en bois résiste mieux à la chaleur. 

Néanmoins, si vous avez la malchance de voir votre maison brûler, l’état de votre toiture restera un problème très secondaire.                 

Comment calculer le prix d'une charpente métallique ?

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Une charpente en acier galvanisé vous coûtera entre 10 et 25$ /pi². À ce prix-là, votre maison sera protégée pour au moins 50 ans. L’investissement est donc rentable. 

À titre d’exemple, voici les prix d’une charpente, par pièce, au travers des éléments de structure : 

• Contreventement calibre 25, 11.25 pi : 21$, 

• Barre résiliente pour plafond : 10$, 

• Cornière d’angle 10 pi L X 1 ¼ po l : 5$, 

• Profilé métallique en U calibre 18, 1 ½ X 12 pi : 19$, 

• Moulure en L de 10 pi : 8$, 

• Moulure en J de 10 pi L X ⅝ po : 8$, 

• Poteau d’ossature 2 ½ po X 12 pi : 11$, 

• Poteau métallique calibre 25, 3 ⅝ po X 12 pi : 16$.