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Restauration de la charpente, flèche, et toiture  

Emploi du matériau bois 

Un programme d'aide à la conception et à la décision

Par le Professeur Paolo VANNUCCI

Membre du Comité d'Expert du programme scientifique et universitaire de Restaurons Notre-Dame

Professeur des universités en ingénierie mécanique à l’université de Versailles- Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ) et responsable du Master Méthodes Mathématiques pour la Mécanique (MMM). Il est membre du laboratoire de mathématiques de Versailles (CNRS/UVSQ)

L’opération de recherche scientifique et technique relative à la  reconstruction de la charpente, flèche et toiture de la Cathédrale Notre Dame de Paris, lancée par Restaurons Notre Dame (rND) en collaboration avec plusieurs partenaires académiques, a connu le 18 décembre 2020 dernier un premier aboutissement (*).

Les élèves du Master 2 Génie Civil « Architecture Bois Construction » de l’ENSTIB d’Épinal et de l’ENSA de Nancy (Université de Lorraine), ont donné une restitution de leurs travaux de conception d’une nouvelle charpente en bois, flèche et toiture pour la Cathédrale Notre-Dame de Paris. Six projets différents ont été présentés aux enseignants et au comité d'experts de rND par autant d’équipes d’étudiants. Ces six projets, tous remarquablement bien soignés, constituent autant d’explorations, d’études de solutions possibles pour la réalisation de la future charpente en bois de la toiture et de la flèche.

Ces projets restent bien sûr, à ce niveau, des avant-projets de ce que l’on pourrait appeler des idées structurales et architecturales. Leur intérêt, au-delà de leur valeur formative pour les étudiants, n’est pas tellement dans la possibilité ou non de les réaliser, mais plutôt, dans ce qui a émergé fortement lors des présentations à savoir : le spectre, vaste, des problématiques qui se présentent lors de la conception d’une telle structure.

 

Ces problématiques, qui sont au cœur des préoccupations de l’Association rND, sont les suivantes :

 

1)    L’évaluation précise de l’état de la sous-structure en pierre (murs gouttereaux, corbeaux, piliers, voûtes). Certaines études montrent l’importance, pour finaliser une proposition de structure en bois de la charpente du toit, d'une prise en considération de la pathologie structurale de la sous-structure en pierre, sans quoi la conception reste un exercice de style sans fondement concret. L’Association peut proposer diverses solutions de structures de couverture, selon la situation de la sous-structure en pierre, mais un choix pertinent pourra être fait qu’une fois qu’un diagnostic de l’état de la structure en pierre soit disponible. Trois points nous semblent importants : la capacité portante résiduelle de la maçonnerie, sa durabilité dans le temps après l’incendie et l’état du chainage en fer des murs gouttereaux ;

 

2)    La disponibilité de relevés précis :  c’est évidemment une condition nécessaire pour pouvoir passer à une étape plus approfondie de la conception structurale ;

3)    L’analyse des charges climatiques sur le long terme, surtout en relation avec les changements climatiques. Il s’agit d’avoir une estimation fiable des charges de vent dans les événements extrêmes, et de leur temps de retour. Ce point est essentiel pour estimer l’intensité du vent à prendre en compte dans les calculs : le dérèglement climatique montre que les évènements extrêmes augmentent en intensité et en fréquence, mais à ce jour, faire des prévisions en se basant sur des données climatiques susceptibles de changer reste un problème ouvert ;

 

4)    L’action effective du vent sur la toiture de la cathédrale : pour un ouvrage tel que la toiture de Notre-Dame, l’action du vent ne peut pas seulement être estimée qu’en utilisant les normes en vigueur. Il n’est pas possible, pour l’heure, d’établir avec exactitude et fiabilité quelle sera la véritable action du vent sur la structure ;

 

5)    Le schéma statique de la structure : il s’agit de savoir si la structure d'origine (plutôt les structures, car au-delà des trois différentes charpentes, il s’agit aussi de la flèche) d’origine pourra être reproduite à l'identique ou bien si des modifications du schéma statique sont opportunes et donc envisageables ;

 

6)    Les joints de structure et les connexions avec la structure en pierre : cet argument est particulièrement important et en relation avec le point précédent et le suivant ; il est à mettre aussi en relation avec le choix du type de bois, si vert ou sec ;

 

7)    La durabilité : le véritable challenge est réussir à réaliser une structure capable de défier le temps comme l’ancienne charpente l’avait fait ;

 

8)    La couverture : le choix du type de couverture (voligeage en bois de sapin plus tuiles en plomb, comme dans l’ancienne charpente ? autre(s) solution(s) ? autres matériaux ? ) est fondamental pour plusieurs aspects : architectonique, structural, de durabilité etc.

 

Ces points, qui ont émergé avec force lors de la présentation des projets (et c’est là, nous semble-t-il, la principale utilité des projets académiques : un « brain storming » qui fait émerger non seulement des propositions de solution mais, encore plus, des problématiques importantes), sont autant des sujets sur lesquelles Restaurons Notre-Dame (rND) espère pouvoir entamer un dialogue réel avec les autorités en charge de la restauration de la Cathédrale. L’expertise  portée par l’organisation, sa force de proposition, le travail de recherche qu’elle organise (l’Association se mobilise, à travers ses membres, sur pratiquement tous les points listés ci-dessus) ne peut que constituer une aide précieuse et réelle pour la reconstruction de la Cathédrale.

Paolo Vannucci,

Paris, le 13 janvier 2021

(*) Ce programme universitaire a nécessité plus de 20 000 heures de travail (d'architectes et d'ingénieurs diplômés) et se concrétise par une base documentaire composée de 350 pages et de 500 illustrations. Ces documents sont publics et téléchargeables.

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