Assemblages par broches et boulons en charpente : modes de rupture et calcul selon Eurocode 5

Les assemblages par broches et boulons représentent le nœud structurel central de chaque ferme de charpente. Contrairement aux assemblages traditionnels en tenon-mortaise, ces jonctions métalliques transmettent les efforts par pression diamétrale entre tige d'acier et bois. L'Eurocode 5 (EN 1995-1-1) impose une méthode de calcul fondée sur les modes de rupture réels : matage du bois, plastification de la tige ou arrachement latéral. Le dimensionnement ne repose plus sur des contraintes admissibles globales, mais sur la vérification aux états limites de chaque composant de l'assemblage.

Fonctionnement et modes de rupture des assemblages à broches

Lorsqu'un boulon ou une broche transmet un effort de cisaillement entre deux pièces de bois, trois scénarios de rupture entrent en compétition selon le diamètre de la tige, l'épaisseur du bois et la résistance locale en compression perpendiculaire au fil :

Le calcul selon EN 1995-1-1 identifie le mode de rupture dominant par comparaison des résistances caractéristiques de chaque mode, puis applique les coefficients de modification k_mod correspondant à la classe de chargement (permanente, court terme, instantanée). La combinaison gouvernante n'est donc pas systématiquement celle qui génère les efforts les plus élevés, mais celle pour laquelle le rapport effort/résistance modéré par k_mod est le plus défavorable.

Méthode de dimensionnement selon l'Eurocode 5

Le dimensionnement d'un assemblage par boulons ou broches suit une séquence normalisée. D'abord, le concepteur détermine la géométrie : diamètre de la tige, nombre de plans de cisaillement, épaisseur des pièces assemblées, entraxes entre organes. Ensuite, il calcule la résistance caractéristique par organe pour chaque mode de rupture envisageable selon les formules de l'annexe nationale de l'EN 1995-1-1. La résistance caractéristique retenue est la plus faible des valeurs calculées.

Le coefficient k_mod est ensuite appliqué en fonction de la classe de service et de la durée de charge : pour une charpente en bois lamellé-collé en classe de service 1 sous charges permanentes, k_mod vaut 0,60 ; pour la neige (court terme), 0,90 ; pour le vent (instantané), 1,10. Le calcul final vérifie que la résistance de calcul de l'assemblage (résistance caractéristique × k_mod / γ_M) dépasse l'effort de calcul pour chaque combinaison d'actions.

Les assemblages bois/métal — par exemple lorsque des équerres ou des sabots métalliques fixent une ferme à un poteau — exigent une vérification complémentaire de la résistance en conditions accidentelles, notamment au feu. L'Eurocode 5 partie 1-2 (EN 1995-1-2) prescrit la méthode de section résiduelle : la profondeur carbonisée réduit la section portante du bois ; l'assemblage doit conserver sa résistance mécanique durant le temps requis de résistance au feu. La protection des organes métalliques (plaques coupe-feu, enrobage béton léger) peut être nécessaire pour les classes de résistance R60 et supérieures.

Rigidité, glissement et détails constructifs

Au-delà de la résistance ultime, l'Eurocode 5 impose la vérification du glissement en service. Chaque assemblage à tige métallique présente un jeu initial puis un déplacement élastique sous charge. La rigidité instantanée K_ser par organe, définie en fonction du diamètre de la tige et de la masse volumique du bois, sert à calculer la flèche différée de la ferme. Pour les assemblages multiples (plaque perforée avec 12 broches par exemple), la rigidité de calcul n'est pas la somme arithmétique des rigidités unitaires mais intègre un coefficient de redistribution qui tient compte de la distribution non uniforme des efforts entre organes.

Les prescriptions constructives de l'Eurocode 5 fixent les entraxes minimaux entre organes et les distances aux rives chargées pour éviter le fendage du bois. L'entraxe parallèle au fil doit respecter un multiple du diamètre ; l'entraxe perpendiculaire dépend de l'angle de chargement par rapport au fil. Ces règles de pincement s'appuient sur des essais de rupture et visent à garantir que le mode de rupture observé en laboratoire se reproduise en ouvrage réel. Ignorer ces règles transforme l'assemblage en zone de concentration de contraintes où le bois se fend avant que l'effort nominal ne soit atteint.

Formation continue et mise en œuvre pratique

Face à la complexité des calculs d'assemblages selon l'Eurocode 5, plusieurs organismes proposent des formations continues spécialisées. L'École supérieure du bois organise notamment une session de deux jours dédiée au dimensionnement des assemblages de structures en bois selon l'Eurocode 5, programmée pour septembre 2026, au tarif de 840 euros. Le programme couvre le principe de fonctionnement des assemblages, les modes de rupture, le dimensionnement et la justification des assemblages bois/bois et bois/métal, ainsi que les calculs de rigidité et de glissement. La formation inclut également la justification des assemblages bois/métal en conditions accidentelles (incendie) et les solutions de protection. Les participants doivent disposer de bases en résistance des matériaux et calcul de structures.

Pour les bureaux d'études structure, les manuels d'application des Eurocodes publiés dans le cadre du programme AQCEN constituent une référence opérationnelle. Ces ouvrages, coordonnés par le CTBA (devenu FCBA) et financés par le ministère de l'Industrie, proposent un accès facilité aux nouvelles règles européennes à travers des exemples détaillés et des formules commentées. Ils couvrent l'ensemble des typologies d'assemblages : pointes, agrafes, boulons, tire-fond, ainsi que les assemblages mixtes acier-bois et les connexions encastrées.

Le dimensionnement rigoureux des assemblages par broches et boulons selon l'Eurocode 5 garantit la sécurité structurelle et la durabilité des fermes industrialisées comme des charpentes traditionnelles. En identifiant le mode de rupture dominant et en appliquant les coefficients de modification adaptés, l'ingénieur bois dispose d'un cadre normatif cohérent pour justifier chaque jonction métallique, du simple boulon d'assemblage à la plaque perforée multi-organes. Cette approche aux états limites remplace définitivement le système des contraintes admissibles et impose une vérification élément par élément qui reflète le comportement mécanique réel du bois sous charge.