La masse volumique du bois est un facteur déterminant dans la conception et la réalisation de projets de construction bois. Ce paramètre essentiel influence la résistance mécanique, la durabilité, le coût et les performances thermiques et acoustiques des structures. Ce guide complet vous fournira les informations nécessaires pour comprendre l'importance de la masse volumique et choisir l'essence de bois la mieux adaptée à vos besoins.
Définition et importance de la masse volumique du bois
La masse volumique, souvent exprimée en kg/m³, représente la masse d'un volume unitaire de bois. Elle est directement liée à la densité du bois, mais il est important de distinguer la *densité réelle* (sans compter les vides) de la *densité apparente* (tenant compte des vides). En construction, c'est la densité apparente qui est principalement utilisée car elle reflète les propriétés mécaniques du matériau.
Une masse volumique élevée indique un bois plus dense, généralement plus résistant et durable, mais aussi plus coûteux. A l'inverse, une faible masse volumique caractérise un bois plus léger, facile à manipuler, mais potentiellement moins résistant. Le choix de l'essence doit donc se faire en fonction des contraintes du projet (résistance, budget, performance énergétique).
- Applications des bois légers (masse volumique < 500 kg/m³): coffrages, moulures, isolation
- Applications des bois moyens (masse volumique 500-700 kg/m³): charpentes, ossatures, menuiseries
- Applications des bois lourds (masse volumique > 700 kg/m³): planchers, structures porteuses, placages extérieurs
Facteurs influençant la masse volumique du bois
La masse volumique du bois n'est pas une constante. Plusieurs facteurs interagissent pour déterminer sa valeur finale:
Essence de bois et classification
L'essence de bois est le facteur le plus influent. Les résineux (pins, épicéas, sapins, mélèzes) ont généralement une masse volumique inférieure aux feuillus (chêne, hêtre, châtaignier, frêne). Cependant, il existe une grande variabilité même au sein d'une même espèce.
Voici quelques exemples de masses volumiques typiques (à 12% d'humidité):
- Pin sylvestre: 450-550 kg/m³
- Épicéa commun: 420-520 kg/m³
- Chêne: 650-800 kg/m³
- Hêtre: 650-750 kg/m³
- Douglas: 500-650 kg/m³
Humidité du bois
Le taux d'humidité du bois impacte fortement sa masse volumique. Le bois vert (humidité supérieure à 30%) est beaucoup plus lourd que le bois sec (humidité autour de 12%). L'humidité d'équilibre est la teneur en eau atteinte par le bois lorsqu'il est en équilibre hygrométrique avec son environnement. Il est crucial de considérer l'humidité lors des calculs de structure et de dimensionnement.
Un bois avec 20% d’humidité aura une masse volumique supérieure de 15 à 20% à celle du même bois sec à 12%.
Densité apparente vs. densité réelle
La densité apparente prend en compte les vides internes du bois (pores, vaisseaux), tandis que la densité réelle ne les considère pas. La densité apparente est toujours inférieure à la densité réelle et est plus pertinente pour les calculs de construction.
La différence entre ces deux densités est importante, particulièrement pour les bois poreux. Elle peut atteindre jusqu’à 10% pour certaines essences.
Autres facteurs
Plusieurs autres facteurs influencent la masse volumique du bois : l'âge de l'arbre, les conditions de croissance (sol, climat), les traitements de préservation (autoclave, imprégnation), la présence de nœuds… Un arbre ayant poussé rapidement aura généralement un bois moins dense qu'un arbre ayant poussé lentement.
Tableau récapitulatif des masses volumiques
Le tableau suivant présente une liste plus exhaustive de masses volumiques pour différentes essences de bois utilisées en construction (valeurs approximatives à 12% d’humidité):
| Essence | Type | Masse volumique (kg/m³) |
|---|---|---|
| Pin sylvestre | Résineux | 450-550 |
| Sapin pectiné | Résineux | 400-500 |
| Épicéa commun | Résineux | 420-520 |
| Mélèze d'Europe | Résineux | 500-600 |
| Douglas | Résineux | 500-650 |
| Chêne | Feuillu | 650-800 |
| Hêtre | Feuillu | 650-750 |
| Châtaignier | Feuillu | 600-700 |
| Frêne | Feuillu | 650-800 |
| Merisier | Feuillu | 550-650 |
| Peuplier | Feuillu | 350-450 |
| Pin maritime | Résineux | 500-600 |
| Sequoia | Résineux | 450-550 |
| Redwood | Résineux | 480-580 |
| Cèdre | Résineux | 450-550 |
| Acajou | Feuillu | 600-750 |
| Noyer | Feuillu | 600-700 |
| Ipé | Feuillu | 900-1100 |
| Teck | Feuillu | 600-800 |
| Bambou | Herbacée | 600-800 |
| Laurier | Feuillu | 700-900 |
| Eucalyptus | Feuillu | 650-850 |
| Sapelli | Feuillu | 600-750 |
Implications pratiques de la masse volumique en construction
La connaissance de la masse volumique est essentielle pour différentes étapes de la construction:
Calculs structurels et dimensionnement
La masse volumique intervient directement dans les calculs de résistance des structures en bois. Le poids propre de la structure, calculé à partir de la masse volumique et du volume, est une charge permanente qui doit être considérée. Une sous-estimation de la masse volumique peut conduire à des erreurs de dimensionnement et compromettre la sécurité de l'ouvrage.
Des logiciels de calcul de structure permettent de prendre en compte la masse volumique et de dimensionner correctement les éléments de structure.
Choix des assemblages
Le type d'assemblage dépend également de la masse volumique. Pour les bois denses, des assemblages plus simples peuvent suffire, tandis que pour les bois légers, des assemblages plus robustes sont nécessaires pour assurer la solidité de la structure.
Pour des bois légers, on privilégiera des assemblages par visserie renforcée ou par collage. Pour des bois plus denses, des assemblages par boulonnage ou tenons-mortaises seront plus adaptés.
Isolation thermique et acoustique
La masse volumique influence l'inertie thermique du bois. Un bois plus dense aura une meilleure inertie thermique, ce qui peut améliorer légèrement les performances d'isolation. De plus, une masse volumique plus élevée contribue à une meilleure isolation acoustique.
L’utilisation de bois denses pour les cloisons améliore l’isolation phonique. Cependant, d'autres facteurs, comme l'épaisseur et la nature du bois, sont prépondérants pour l'isolation thermique.
Coût et disponibilité
La masse volumique est corrélée au coût et à la disponibilité des essences. Les bois denses et exotiques sont souvent plus chers et moins facilement disponibles que les bois légers et locaux. Il faut trouver un équilibre entre performances, budget et disponibilité.
Un projet de construction doit prendre en compte le budget disponible et la facilité d'approvisionnement des essences de bois choisies.
Méthodes de détermination de la masse volumique
La masse volumique du bois peut être déterminée par différentes méthodes:
Méthodes de mesure en laboratoire
Des méthodes précises existent en laboratoire pour déterminer la masse volumique. Elles impliquent la mesure précise du volume et de la masse d'un échantillon de bois sec à 12% d’humidité.
Méthodes d'estimation sur chantier
Sur chantier, des estimations approximatives peuvent être réalisées à partir de tables de valeurs ou par pesée d'échantillons de volume connu. La précision est limitée, mais cela peut suffire pour certains choix préliminaires.
Normes et standards
Pour des calculs précis, il est essentiel de se référer aux normes et standards en vigueur (ex : normes NF EN concernant le bois de construction). Ces normes fournissent des données fiables sur les propriétés mécaniques du bois, dont la masse volumique.
Ce guide fournit des informations essentielles pour une meilleure compréhension de la masse volumique du bois et son impact sur les projets de construction. Un choix judicieux de l'essence, basé sur une connaissance précise de ce paramètre, contribue à la réalisation d'ouvrages performants, durables et sécuritaires.
