Bâtiments en bois antisismiques : le rôle des assemblages dans la rigidité des diaphragmes

Lorsqu’on parle de bâtiments en bois antisismiques, l’attention se concentre presque toujours sur les panneaux structurels. Il s’agit en effet des éléments les plus visibles, ceux qui définissent la géométrie du bâtiment et en constituent la principale structure porteuse. Pourtant, certaines des informations les plus intéressantes issues de la recherche menée ces dernières années racontent une histoire différente.

Les essais expérimentaux du projet SOFIE¹ – au cours desquels un bâtiment à plusieurs étages en CLT a été soumis, sur une table vibrante, à la simulation de certains des événements sismiques les plus importants enregistrés à l’échelle mondiale – ont montré que la capacité de la structure à résister aux actions horizontales ne dépend pas uniquement des panneaux, mais de l’interaction entre tous les éléments qui composent le système. En d’autres termes, lors d’un séisme, ce qui fait la différence, c’est la capacité du bâtiment à adopter un comportement en boîte. Et c’est précisément là qu’intervient la question du diaphragme rigide.

¹ SOFIE : projet de recherche sur la construction durable mené par le CNR-IVALSA avec le soutien de la Province Autonome de Trente.

Le comportement à diaphragme dans la conception antisismique des bâtiments en bois

Lors d’un événement sismique, les masses du bâtiment génèrent des forces d’inertie qui doivent être transférées aux murs porteurs. Cette tâche incombe aux planchers, qui agissent comme des diaphragmes horizontaux en répartissant uniformément les actions sur les structures de contreventement. Lorsque le diaphragme présente une rigidité suffisante dans son propre plan, les forces sont réparties sur les parois en fonction de leur propre rigidité. Il en résulte une répartition plus efficace des actions sismiques, une meilleure interaction structurelle et une réduction des déformations localisées.

C’est le principe de base de ce que l’on appelle le « comportement en boîte », l’un des objectifs fondamentaux de la conception antisismique. Plus le plancher se comporte comme un élément continu et rigide, plus le bâtiment réagit comme un système unitaire.

Grazzini Alessandro (2025) Effets de l’absence ou de la réalisation du comportement en boîte dans les bâtiments en maçonnerie - Ingenio

Rigidité du diaphragme : pourquoi elle ne dépend pas uniquement du panneau en CLT ?

Lorsqu’on parle de bâtiments en CLT, on a souvent tendance à associer la rigidité du diaphragme aux caractéristiques mécaniques du panneau. En réalité, les études universitaires les plus récentes montrent que la contribution du panneau ne représente qu’une partie de l’équation. Les déformations dans le plan du plancher dépendent en effet, dans une large mesure, des assemblages entre les panneaux et des connexions entre le diaphragme et les murs. Dans de nombreux cas, la déformabilité introduite par les assemblages a une incidence plus importante que celle du panneau lui-même. Cela signifie que la rigidité du diaphragme ne peut pas être considérée comme une propriété du matériau, mais bien comme une propriété du système. Modifier l’assemblage, tout en conservant inchangés le panneau et la géométrie du plancher, peut modifier de manière significative le comportement global de la structure.

D'Arenzo Giuseppe, Rigo Pietro, Nicolussi Valentino, Pozza Luca, Casagrande Daniele (2024) Characterisation of the rigid diaphragm conditions for cross laminated timber floors. Bulletin of Earthquake Engineering.

Assemblages structurels et comportement sismique des planchers en CLT

Le choix des assemblages revêt donc une importance décisive. Les assemblages traditionnels à vis de cisaillement, tels que ceux réalisés avec des vis HBS, constituent une solution simple et largement utilisée. Cependant, la déformabilité des connecteurs à tige cylindrique soumis à un cisaillement est assez élevée et, pour obtenir des niveaux de rigidité compatibles avec l’hypothèse d’un diaphragme rigide, il est souvent nécessaire de réduire les entraxes et d’augmenter le nombre de fixations, avec des conséquences évidentes sur les délais de pose. L’objectif de la conception consiste donc à identifier des systèmes capables de répercuter les actions tout en limitant les déformations et en améliorant la rigidité dans le plan du plancher.

Assemblages à haute rigidité pour les bâtiments en bois antisismiques

L’une des stratégies les plus efficaces consiste à exploiter la rigidité axiale des vis plutôt que leur comportement au cisaillement. C’est le cas des assemblages réalisés avec VGZ, installés en configuration croisée (double inclinaison de 45°). De cette manière, la connexion mobilise la résistance à l’arrachement du filet, permettant d’obtenir des niveaux de rigidité nettement supérieurs à ceux des assemblages traditionnels. Ce même principe guide le développement de systèmes spécialement conçus pour augmenter la rigidité du diaphragme.

SLOT, par exemple, permet d’assembler les panneaux en CLT grâce à un mécanisme basé sur le contact. Grâce à la grande rigidité de cet assemblage, il est possible de réduire considérablement le nombre de connexions nécessaires et d’accélérer les opérations de montage.

Cette même logique est à la base de RING, conçu pour transférer des actions élevées entre des éléments en bois tout en conservant une réponse extrêmement rigide. Il s’agit d’une solution particulièrement intéressante dans les processus de préfabrication avancée, où l’objectif est d’arriver sur le chantier avec des éléments déjà prêts à être assemblés rapidement. Dans tous ces cas, l’avantage n’est pas seulement local. L’amélioration des performances de la connexion modifie le comportement de l’ensemble du diaphragme.

Renforcement antisismique des bâtiments existants : le rôle du diaphragme

La nécessité de garantir un comportement en boîte efficace ne concerne pas exclusivement les bâtiments à plusieurs étages de construction récente. Dans les interventions de renforcement antisismique des bâtiments existants, notamment ceux en maçonnerie, le plancher représente souvent l’un des éléments les plus critiques. De nombreux bâtiments historiques possèdent en effet des planchers incapables de répercuter correctement les actions horizontales sur les murs porteurs. Dans ces cas-là, renforcer la rigidité du diaphragme revient à améliorer la réponse globale du bâtiment.

L’une des solutions les plus éprouvées est celle des planchers collaborants bois-béton. Grâce à des connecteurs tels que le CTC, le bois et la dalle collaborent sur le plan structurel, en augmentant la rigidité, la capacité portante, la capacité de répartition des actions horizontales et le comportement en boîte du bâtiment.

Parallèlement, des technologies entièrement à sec telles que SHARP METAL font leur apparition ; elles permettent de réaliser des assemblages hautement performants entre des éléments en bois sans recourir à des coulées de béton, tout en conservant tous les avantages de la préfabrication et de la construction à sec.

Concevoir le diaphragme signifie concevoir les assemblages

Les études les plus récentes aboutissent à une conclusion claire : à mesure que la rigidité des assemblages augmente, le comportement du plancher se rapproche progressivement de celui d’un diaphragme rigide. Pour le concepteur, cela change radicalement le point de vue.

Les assemblages ne sont donc pas de simples détails d’exécution à définir dans les dernières phases du projet. Ce sont les éléments qui permettent aux forces de traverser le bâtiment, en passant d’un panneau à l’autre pour atteindre les murs résistants. Ce sont eux qui transforment un ensemble d’éléments structurels indépendants en un organisme unique capable de réagir aux actions sismiques. C’est pourquoi, lorsqu’on parle de comportement en boîte, la question à se poser ne porte pas uniquement sur la rigidité d’un panneau. La vraie question est de savoir dans quelle mesure les assemblages permettent à tous les éléments de la structure de fonctionner ensemble.

La conception des diaphragmes nécessite une évaluation intégrée des panneaux, des assemblages et du comportement global de la structure. Pour en savoir plus sur le rôle des assemblages dans les constructions en bois, consultez les fiches techniques et la documentation de conception disponibles sur notre site officiel.