Les escaliers en bois

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  • Préambule

    Tous mes remerciements à Jean Claude Guyot, directeur de l'entreprise Guyot Escaliers à St Alban les Eaux dans le Roannais et à son équipe, chez qui j'ai eu le privilège d'effectuer un stage qui a grandement facilité mon apprentissage de la problématique des escaliers. J'ai pu apprécier une approche rigoureuse et moderne de réalisation ainsi qu'une passion pour le travail bien fait. Le cours qui suit s'appuie sur cette technique.

Travail préparatoire

Règles et méthodologie du dessin d'un escalier

Réalisation de l'escalier

Pose de l'escalier

  •  Définition :

     L’escalier est une construction architecturale constituée d'une suite régulière de marches, permettant d'accéder à un étage, de passer d'un niveau à un autre en montant et descendant. Le terme a pour origine étymologique « scala », l'« échelle » en latin. Le métier correspondant est celui d'escaliéteur. La conception d'un escalier impose la connaissance d'un certain nombre d'éléments qui permettront de le définir correctement. L'escalier est un triangle constitué de la hauteur de l'escalier, de la ou les volées et du sol, il est indéformable.

     Lors de la conception d'un escalier, il est impératif de bien connaître sa destination pour respecter la réglementation qui lui sera appliquée. Il est donc important de bien connaître la réglementation associée pour ne pas se faire refuser un escalier.

     On distinguera la réglementation des bâtiments soumis au code du travail, la règlementation des établissements recevant du public et celle des logements individuels.

    Plus de détails ici : Accès Sagaweb

  • Vocabulaire de l'escalier

Hauteur d'escalier de sol fini à sol fini (1) : c'est la distance verticale entre les niveaux des sols finis du départ et de l'arrivée.

La trémie ou le chevêtre : c'est l'ouverture effectuée dans un plafond destinée à recevoir l'arrivée de l'escalier.  Longueur de la trémie (2)  Largeur de la trémie (3).

Reculées : c'est la longueur et la largeur de l'escalier projetées horizontalement ( reculée de départ (4), reculée d'arrivée (5).

L'échappée (6) : c'est la hauteur de passage nécessaire pour passer debout. Cette hauteur doit être au minimum de 1.90 mètres voir 2.00 mètres à 2.10 dans les établissements recevant du public. Cette hauteur est à contrôler avec grand soin.

La marche : c'est une tablette horizontale qui sert d'assise au pied pour monter ou descendre. Elle est réalisée en plusieurs pièces bois pour éviter la déformation du bois et orienté cœur vers le haut. Son épaisseur est de 34mm. Elle sera encastrée dans les entailles de l'épaisseur de le limon côté mur soit 35 mm (17 mm de chaque côté).

La contremarche : c'est une pièce de bois qui peut être utilisée pour combler l'espace entre deux marches.  Son épaisseur peut varier entre 15 et 24 mm. Si l'escalier possède des contremarches, les marches auront un recouvrement horizontal de 30mm, s'il n'y a pas de contremarche, le recouvrement sera de 50mm.

La hauteur de marche : c'est la distance verticale entre deux marches. Cette distance peut varier entre les différents types d'escaliers de 13cm pour les escaliers d'honneur à 19cm pour les escaliers intérieurs. Pour un escalier classique on retiendra la valeur de 17 cm.

Le giron : c'est la distance horizontale constante entre deux nez de marche consécutives. Lorsque l'escalier est balancé, on mesure cette distance sur la ligne de foulée.

La crémaillère : c'est un élément qui supporte toutes les marches d'une volée qui est fixé au mur. C'est une variété de limon. Elle a une épaisseur de 35 mm. L'escalier est alors habillé d'une plinthe pour protéger les murs. On lui préfèrera le limon de mur.

L'emmarchement : c'est la largeur utile pour l'établissement des marches.

La ligne de foulée : c'est la ligne de trajectoire théorique suivie par une personne suivant l'escalier. Cette ligne est située à 50 cm de la main courante. On la représente sur le tracé de l'escalier en pointillés. Sur cette ligne les girons sont constants.

Le limon : est un élément de franchissement et d'assise dans lequel sont défoncés les entailles des marches et des contremarches. le limon à la française dépasse généralement de 4 à 5 cm au-dessus de la ligne des nez de marches. Il a une épaisseur de 50 mm

Le poteau de départ :  C'est une pièce de section 80x80 environ qui permet l'assem-blage du limon, du garde corps et des marches balancées. Il peut être vissé dans le limon ou chevillé. Comme le poteau de départ est le point d'appui de l'escalier il sera vissé au sol. Il est réalisée en deux parties collées cœur à l'extérieur pour éviter les déformations.

Le balancement : c'est une technique de tracé des marches dans les virages qui permet de faire tourner une volée d'escalier et gardant le giron constant. Cette technique permet d'éviter des collets de marches trop étroits. Le balancement d'une marche consiste à faire varier les points 1 et 2 vers les points 1' et 2' simultanément autour d'un point fixe de la ligne de foulée.

Le collet : C'est la partie la plus étroite d'une marche balancée. On veillera lors du balancement des marches à avoir un collet suffisamment important. Une augmentation du collet se traduira automatiquement par une diminution de la queue.

La queue : C'est la partie la plus large d'une marche balancée.

Le garde-corps : Ensemble constitué d'une main courante et de balustres, destiné à assurer une protection devant un vide. La main courante sera située à 90 cm du nez de marche en montant et 100 cm sur un palier ou une mezzanine.

La pente de l'escalier : elle est représentée par un angle existant entre le plan horizontal et la ligne de foulée. La raideur d'un escalier se définit comme suit :

Escalier raide  : 1.32 > H/G ≥ 1    -    53° > α ≥ 45°

Escalier courant : 1 > H/G ≥ 0.78    -    45° > α ≥ 38°

Escalier confortable : 0.78 > H/G ≥ 0.45  -    38° > α ≥ 24°

La volée : c'est une portion d'escalier ininterrompue comprise entre deux plates-formes et qui comprend les marches. Les marches sont droites dans la volée droite, les marches sont rayonnantes dans la volée d'escalier à vis (à la française) les marches sont biaises ou balancées ou dansantes dans les quartiers tournants.

Le débillardé : virage "débillardé" ou escalier "débillardé" (Taillé dans la bille de bois).  Ce terme définit un virage obtenu par une courbe continue, sans poteau d'angle. Il s'agit de réaliser une pièce courbe en bois massif reconstitué qui sera taillée dans la masse, puis coupée en deux parties, le limon et la rampe.

Virage débillardé

  • Principaux types d'escaliers

Les escaliers à limon droit 

Droit

Avec un quartier tournant

(avec palier de repos)

Avec deux quartiers tournants

(avec jour et paliers de repos)

 

Les escaliers à marches balancées 

A un quartier tournant 

A deux quartiers tournants avec jour

A deux quartiers tournants, sans jour.

Il peut être à un seul poteau, rampe sur rampe

 

Les escaliers hélicoïdaux

A base carrée

A base  octogonale

A base circulaire

  •  Appellation des escaliers

     Parmi les différents types d'escaliers rencontrés, on peut distinguer l'escalier à l'italienne qui se caractérise par une ou plusieurs volées droites coupées par un palier et installées entre deux murs, l'escalier à l'anglaise dont les marches visibles latéralement sont supportées par une crémaillère, l'escalier à la française dont les marches et contremarches sont "embrevées" (ajustées par emboîtement) dans le limon.

Escalier à l'anglaise

Escalier à la française

     Le premier travail en vue d'une réalisation d'escalier consiste à effectuer une prise de cotes. Les cotes qu'il faut relever avec le plus grand soin sont :

- La hauteur à franchir Htotale,

- les dimensions de la trémie

- L'équerrage des murs (méthode 3, 4, 5),

- L'épaisseur du plancher,

- Les reculées,

- Plus les spécificités "locales", les aplombs, les niveaux, les obstacles à franchir, etc.

     En 1675, François Blondel (1618 - 1686) se penche sur la question du calcul de l'escalier dans son "Cours d'architecture" enseigné à l'Académie Royale d'architecture. Il mesure le pas et constate qu'à chaque fois qu'on s'élève d'un pouce, la valeur de la partie horizontale se trouve réduite de deux pouces et que la somme de la hauteur doublée de la marche et de son giron doit demeurer constante et être de deux pieds. La formule, dite « formule de Blondel » est née :

M = 2h + g,

 

M est le module (ou le pas) et vaut 2 pieds (63 cm), h la hauteur de la marche et g son giron (distance entre deux nez de marche consécutifs mesurée sur la ligne de foulée).

L'idée directrice est que l'effort fait par la personne qui monte soit constant, malgré les variations de la hauteur montée effectivement par rapport au déplacement horizontal selon l'endroit où on se situe dans l'escalier, montée plus forte dans les coudes (cette personne est positionnée avec la main sur la rampe).

Les marches courantes ont 17 cm de hauteur, mais ne doivent plus excéder 16 cm pour les lieux accueillant du public et 28 cm de giron minimum (Décrets no 2006-1657 et 1658 arrêté du 15 janvier 2007)  : le pas usuel est de 63 cm, la pente de ces marches est de 30° environ. Cette valeur standard est à considérer comme base de calcul, tout est question de l'effet final donné à l'escalier : escarpé, ou au contraire « agréable » ou encore à accessibilité maximum pour le public.

Calculs à effectuer

    Il faudra calculer le nombre de marches, la hauteur des marches, le giron,  Par le dessin on obtiendra les différentes cotes des marches, contre-marches, limon(s), crémaillère, poteaux.

Etape n°1 calcul du nombre de marches n

     Pour qu’un escalier soit agréable à monter, le nombre de hauteurs théoriques "n" est défini dans l’intervalle suivant :

     Le nombre de hauteur réel "n" sera la valeur entière comprise dans l’intervalle ci-dessus.

Etape n°2 : calcul de la hauteur de marche h

     Le calcul de la hauteur réelle h d’une marche est défini par la relation suivante :

     Pour faciliter le tracé, toutes les marches doivent avoir la même hauteur sauf la première marche qui peut être légèrement différente.

Etape n°3 : calcul du giron g

     Pour qu’un escalier soit agréable à monter, la dimension du giron g, en cm, soit définie dans l’intervalle suivant :

63cm ≥ 2h+g ≥ 58cm

    La dimension d'un giron sera une valeur la plus grande possible comprise dans l’intervalle ci-dessus. Toutefois pour certains escaliers le giron doit être diminué afin de respecter la hauteur d’échappée

     L’escalier idéal est celui qui vérifie la relation suivante :

     Etape n°4 : calcul du nombre de girons

     Chaque giron sera reporté sur la ligne de foulée en partant du nez de la marche palière, la plaquette. Le nombre de giron est égal au nombre de hauteur moins un.

     La position du nez de la plaquette sera définie par la somme de la saillie + l'épaisseur de la contre marche d’arrivée + le jeu positif compris entre l’arrière de la contre marche d’arrivée et le nez de dalle (ou de solive palière)

Etape n°5 : définition des marches pour un escalier à un quart tournant

Méthode de la herse de balancement développée par Techn Au Logis

 

Surface projetée

Ligne de foulée

Projeter en plan de la surface frontale de l’escalier

Porter sur la ligne de foulée la valeur du giron de chaque marche

 

Déterminer les marches à balancer

Tracer les marches droites

marches à balancer

A l’intersection des deux limons tracer un cercle de rayon l’emmarchement. Toutes les marches situées dans le cercle seront balancées, les autres seront droites.

Tracez les lignes de girons passant par les points situés à l'extérieur du cercle. Ces lignes sont perpendiculaires au mur et au limon.

 

Tracer la médiane

Tracer le premier axe de la herse

traçage de la médiane

Tracez la ligne AB séparant la volée au tournant de l'escalier et coupant la marche de liaison entre les deux volées.

Tracez à l'extérieur de l'escalier un segment droit horizontal égal à BC.

 

Tracer le second axe de la herse

Tracer les lignes de la herse

Tracez perpendiculairement au premier segment un deuxième segment droit d’une longueur égale à DE de la ligne de foulée. Reporter tous les points de la ligne de giron.

Tracez les lignes de chaque point de giron au point B.

 

Rechercher les collets

Reporter les collets

     

Tracez un arc de centre C de rayon CB. Cet arc coupe la dernière droite de la herse en F. Tracez le segment CF. Chaque intersection de ce segment avec les lignes précédentes donne les longueurs des collets des marches.

Reporter sur CB les distances des collets a, b, c, d, e, f obtenues sur CF.

 

        Tracer les marches

Tracé de la deuxième herse

Tracer chaque marche en joignant le point du collet au point du giron de la marche considérée

 Tracez à l'extérieur de l'escalier un segment droit horizontal égal à DB puis reportez la ligne de foulée et ses girons...

 

Reporter les collets

Tracer les marches

Reporter sur DB les distances des collets obtenues sur DG.

Tracer les marches manquantes. L’escalier est à marche balancées.

 
  • Matériaux utilisés

Débit en plot ou avivés selon les besoins. Le chêne n’est livré qu’en plots

     Les bois sélectionnés doivent être des essences de bois réputées pour leurs qualités tant physiques (résistance, densité, stabilité) qu’esthétiques (veine, couleur). Un contrôle qualité rigoureux doit s'effectuer avant chaque usinage. Il est préférable d'utiliser des essences de bois certifiées PeFc ou Fsc. Les essences qui peuvent être retenues sont le frêne blanc, le chêne, le hêtre ou le sapin du Jura.

 

     Les pieds d'arbre devront être soigneusement contrôlés pour éviter le phénomène de "queues de vaches". Ces queues de vaches sont observables sur du hêtre, pin, frêne qui peuvent subir une remontée de champignons dans le cœur suite à une attente trop longue après la coupe. Il faudra en épurer les pièces de bois car elles les fragilisent.

 

     Le séchage du bois a une incidence sur sa couleur. Un bois séché à l'air a une couleur homogène alors qu'un bois séché en séchoir, donc plus rapidement, peut avoir tendance à blanchir.

 

     Sur la pièce en bois massif reconstitué ci-contre on voit très nettement les traces de blanchiment. Le hêtre est passé en étuve pour homogénéiser la couleur.

Phénomène de queue de vache sur le chêne

Blanchiment du bois au séchage

     Une fois l'escalier correctement balancé, il est imprimé à l'échelle 1/10, cette échelle permet d'obtenir directement les cotes réelles en ajoutant un zéro.

     Chaque pièce de bois utilisées pour la réalisation de l'escalier doit être fait avec soin pour obtenir des tons harmonieux. Aucune des dosses ne sera utilisée pour réaliser une pièce d'un seule tenant.

     Il est nécessaire de réaliser toutes les pièces de l'escalier. C'est donc un jeu d'assemblage pour réaliser les pièces brutes qui pourront ensuite être usinées. Les pièces de bois seront toutes recoupées pour éviter que le bois ne tire à cœur et les déforme.

      Lorsque les pièces de bois auront été réalisées, elles pourront être usinées, puis appariées et montées définitivement dans la volée correspondante.

a - Réalisation des différents limons

     Les limons et crémaillères ébauchés sont réalisés généralement en deux parties. Les pièces de bois sont délignées, rabotées, enturées à la toupie, puis assemblés à la MUF (Mélamine Urée Formol) et pressées. Pour calibrer correctement les limons on utilise des plans tracés à l'échelle 1.

     Lors du défonçage sur la MOCN, les limons de jour seront défoncés à contre cœur et les limons de mur à cœur. Les programmes des pièces sont réalisées en CFAO à partir du dessin des escaliers. Sur ce type de machine, la mise en position se fait par un projecteur laser qui projette le profil de la pièce sur le bois brut, le maintien en position se fait par dépression, ou par serrage pneumatique.

Choix des dosses pour les limons

Découpes des pièces de bois pour les limons.

Entures sur limon

Tenon sur limon pour poteau de départ

Arrivée du limon et plaquette

Ancrage de la volée basse

Enture et collage des limons

Usinage des limons à la MOCN

b - Réalisation des marches et contremarches

     Les éléments de marches et de contremarches sont coupés à la scie à format d'être corroyées à une épaisseur de 39 mm. Les marches sont établies une à une avec 2 ou 3 pièces de bois pour "casser " le bois et éviter que le cœur ne déforme la marche.

     Pour cette étape de fabrication les dessins utilisés sont à l'échelle 1.

     Chaque pièce de bois est ensuite toupillée, collée et serrée. Les éléments d'une marche doivent être assemblés le cœur vers le haut. Chaque marche sera calibrée à 38 mm d'épaisseur, épaisseur définitive.

     Les marches sont ensuite chantournées à la CN coupée à la largeur de l'emmarchement + 34 mm. Le nez de marche est ensuite taillé avec une fraise de forme puis la rainure destinée à la contremarche est réalisée.

     La marche est pratiquement finie, elle est ensuite vérifiée, mastiquée si nécessaire, puis poncée.

     Les contremarches seront rainurées pour chevaucher la marche.

Découpes des pièces de bois pour les marches

Délignage et corroyage

Constitution de la marche N°4. Le plan de la marche balancée est tracé à l'échelle 1

Assemblage par collage des éléments de marche

Les marches sont ensuite mises à longueur et rabotées

Réalisation des nez de marche avec les rainures de contremarches et les contre marches.

c - Réalisation des poteaux

     Les poteaux sont réalisés en deux parties à partir d'avivés contrecollés. Ils sont enturés puis collés et serrés. Les différents usinages, mortaises et entailles, seront ensuite réalisés sur MOCN par retournement de la face du poteau à travailler. La mise à longueur des poteaux peut se faire soit sur CN soit à la main lors de l'assemblage. Les cotes d'un poteau fini sont d'environ 80 x 80 mm.

Collage des avivés

Une mortaise pour le tenon du limon

et deux entailles de marches.

Une mortaise pour le tenon de la main courante

et un perçage pour la cheville à la tire

d - Réalisation de la main courante et des balustres

Défonçage de la main courante

Usinage des entailles des balustres

Tenon sur ébauche. Le trou est percé

pendant l'appairage.

Une moulure est toupillée sur chaque angle

e - Assemblage et appairage

     Toutes les pièces de bois sont reprises pour les finir les assemblages et les finitions. Lors de cette phase les chevillages à la tire sont réalisés, vérifiés, mais l'assemblage final se fera au montage.

     Les correspondances entre les entailles des poteaux et des limons sont vérifiées et ajustées. Les limons sont vissés sur les poteaux puis démontés. Les poteaux ne seront mis en place que lors du montage.

     Chaque marche est contrôlée et ajustée si nécessaire. Par la suite les différentes volées seront assemblées définitivement.

Ajustement des poteaux, limon, main courante, marche et réalisation des trous de chevillage

     Les marches sont collées et clouées sur le limon

et vissées à travers la crémaillère seulement

Clouage des contre marches sur les marches

 

Stockage des deux volées de l'escalier avant la pose.

 

     Pour vous rendre compte des difficultés de pose d'un escalier vous avez à votre disposition deux poses d'escaliers, un escalier droit à la française et un escalier à 1/4 tournant à droite.