Les expérimentations

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Le chantier de construction du Gyptis. (© Ph. Groscaux, CNRS-CCJ).

Selon les principes de l’archéologie expérimentale, la construction de la réplique navigante Gyptis, doit respecter les principes et les méthodes de construction et les techniques d’assemblage en usage sur les chantiers navals massaliotes du VIe siècle av. J.-C., c’est-à-dire, en fait, sur les chantiers navals grecs de l’époque archaïque.

Une construction longitudinale sur bordé. © Ph. Groscaux, CNRS-CCJ
Une construction longitudinale sur bordé. (© Ph. Groscaux, CNRS-CCJ).  

 L’analyse archéologique des vestiges, fait apparaître un principe de construction « longitudinal sur bordé » dans lequel la conception des formes de la carène est définie par la pose de la charpente axiale et des virures du bordé et dont la conception structurale repose sur l’ensemble charpente axiale-bordé qui constitue la structure portante du navire.

À ce principe de construction est associée une méthode de construction « bordé premier » qui consiste à assembler directement sur la charpente

Assemblage de bordé premier sur la charpente axiale. © Ph. Groscaux, CNRS - CCJ
Assemblage du galbord sur la charpente axiale. (© Ph. Groscaux, CNRS – CCJ).

axiale pré-établie (quille, étrave, étambot) les virures du bordé. La pose de la membrure n’intervient que dans un second temps.

Cette dernière ne joue donc aucun rôle dans la détermination des formes de la coque et n’a qu’une fonction de renfort de la structure primaire constituée par le bordé. En outre, les assemblages des bordages entre eux et à la quille s’effectuent par ligatures végétales avec l’aide de chevilles de pré-assemblage. De même, la fixation des membrures au bordé est entièrement réalisée par ligatures.

 

 

 

Assemblage du bordé sur la quille par ligatures végétales © L. Damelet CNRS-CCJ
Assemblage du galbord sur la charpente axiale par ligatures. (© L. Damelet CNRS-CCJ).

Objectifs des expérimentations

Or ce principe et cette méthode de construction comme cette technique d’assemblage sont totalement oubliés de nos jours en Méditerranée. Aussi, avant de se lancer directement dans la construction du navire, il est apparu nécessaire de réaliser des expérimentations ayant pour objet de comprendre et de se familiariser avec ces modes de construction, et de retrouver les gestes et les savoir-faire. Il s’agit aussi de pouvoir bien identifier les difficultés et les problèmes éventuels pour y apporter des solutions et, enfin, d’évaluer le temps de travail pour avoir une bonne programmation de l’ensemble de la construction.

Pour que cette expérimentation soit significative, elle doit être conduite à grande échelle. C’est pourquoi, il a été choisi de la faire porter sur un élément de quille, brion et étrave de 6 m de longueur comportant la pose, à bâbord, d’éléments des deux premières virures (“galbord“  et “ribord“) longs de 4, 30 m, et l’aboutissement de la tête de la 3e virure.

Plan quille, brion, étrave © Ph. Groscaux, CNRS-CCJ
Plan quille, brion, étrave. (© Ph. Groscaux, CNRS-CCJ).
Quille, brion et étrave. © L. Damelet, CNRS-CCJ
Quille, brion et étrave. (© L. Damelet, CNRS-CCJ).

 

 

 

 

 

 

 

L’ensemble permet ainsi d’expérimenter :

– l’assemblage des éléments de la charpente axiale (quille-brion, brion-étrave) par un écart en « trait de Jupiter » avec simple adent et clef de blocage verticale verrouillée par une gournable ;

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Mise en place du trait de Jupiter. (© L. Damelet, CNR-CCJ).
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Mise en place du trait de Jupiter. (© L. Damelet, CNR-CCJ).

 

 

 

 

 

 

 

 

Vues du trait de Jupiter © L. Damelet,  Ph. Groscaux,CNRS-CCJ
Vues du trait de Jupiter. (© L. Damelet, Ph. Groscaux,CNRS-CCJ).

 

 

 

 

 

– la pose et la mise en forme des virures du bordé directement sur la charpente axiale. Le problème étant de réaliser le ployage de l’extrémité des virures pour que leur tête vienne se raccorder sur l’étrave sans autre aide que celle des chevilles de pré-assemblage et de déterminer, à partie de la seconde virure, la taille de la râblure sur l’étrave.
– l’assemblage par ligature des virures du bordé sur la quille et entre elles. Cela suppose d’avoir procédé au marquages préliminaire des positionnement des chevilles de pré-assemblage, des points de ligatures correspondant aux évidements tétraédriques et aux  canaux de passage des liens. Puis d’effectuer les ligatures à trois brins après la pose des joints d’étanchéité.

Réalisation des percements et des évidements tétraédriques pour le passage des ligatures. (© Ph. Groscaux, CNRS-CCJ).
Réalisation des percements et des évidements tétraédriques pour le passage des ligatures. (© Ph. Groscaux, CNRS-CCJ).

Nous reviendrons sur les enseignements de ces expérimentations dans un prochain billet.

 

 

 

 

 

La sélection des bois pour la charpente axiale

Revoir la sélection initiale

Le bois disponible pour la construction de Gyptis, réplique navigante de l’épave Jules-Verne 9, provient de l’approvisionnement effectué à l’origine pour la construction de Prôtis, réplique navigante de l’épave Jules-Verne 7. L’opération a été réalisée par l’association Arkaeos, en 2010, en liaison avec le Centre Camille Jullian, l’Institut méditerranéen d’écologie et de paléoécologie et  l’ONF. Une sélection des arbres à abattre a tout d’abord été effectuée au sein de la forêt Domaniale de Cadarache, pour le chêne, et de la forêt communale de Gémenos, pour le pin d’Alep (voir les billets sur l’identification et sur la sélection des arbres). Une fois les arbres abattus, les billes ont été transférées à la scierie Haute-alpine de Gap afin d’être débitées aux dimensions requises puis séchées par étuvage. Les bois ont ensuite été transférés au chantier naval Borg et stockés sur le terrain adjacent de la Marine Nationale en attente de leur utilisation pour la construction.

Gyptis étant de dimensions inférieures à Prôtis, les quantités actuellement disponibles pour la construction sont donc importantes. Néanmoins, le bois ayant été stocké pendant deux ans, il a été nécessaire de contrôler son état général avant de procéder à la sélection des plateaux en fonction des besoins.

Sélection des plateau à l'aide d'un gabarit. (© Ch. Durand, CNRS-CCJ).
Sélection des plateau à l’aide d’un gabarit. (© Ch. Durand, CNRS-CCJ).

Pour le moment, cette sélection concerne les plateaux permettant le débitage de la quille, de l’étrave, de l’étambot, et des brions nécessaires à la construction du navire. Il s’y ajoutent les éléments de quille, brion et d’étrave et ceux des premières virures nécessaires à l’expérimentation.

Les critères du choix

Les dimensions de chaque pièce sont tout d’abord prisent en compte dans le choix des plateaux. Des gabarits, réalisés en contre-plaqué, permettent d’apprécier la taille de chacune et de vérifier qu’elle peut effectivement être débitée dans le plateau sélectionné. Ces gabarits permettent ensuite de tracer sur chaque plateau la forme de la pièce et d’effectuer un pré-débit.  Ainsi, pour le choix des plateaux pouvant servir au débitage de l’étrave et de l’étambot, le bois de chêne nécessaire ayant à l’origine été sélectionné pour la construction de Prôtis, peu de plateaux présentent la courbure nécessaire pour celle de Gyptis. Les plateaux potentiellement utilisables sont limités à trois.  Ces derniers sont donc réservés pour la construction du bateau. Pour le choix du carrelet nécessaire à la réalisation de la quille, l’un d’eux présentait une longueur réduite en raison d’un défaut, marqué par la présence de l’écorce sur l’une de ses faces. Il s’est donc avéré inutilisable pour la construction. Ses dimensions sont néanmoins adaptées à celles requises pour l’expérimentation, cette dernière portant sur une portion restreinte du bateau. Par ailleurs, un nombre important de plateaux permet le débit, dans le fil, des brions d’étrave et d’étambot tout en conservant un bois de qualité.

Pré-débit des pièces de bois. (© Ch. Durand, CNRS-CCJ).
Pré-débit des pièces de bois. (© Ch. Durand, CNRS-CCJ).

En effet, la qualité du bois est aussi un critère à prendre en compte dans le choix des plateaux. Ainsi, le passage à la raboteuse des trois pièces initialement sélectionnées pour la réalisation de l’étrave et de l’étambot, et pré-débitées, a révélé des imperfections rendant l’une d’elles inutilisables. Les deux restantes ne présentent pas de défaut et seront donc utilisées pour façonner les pièces finales d’étrave et d’étambot. Pour la réalisation de la quille, plusieurs carrelets de chêne vert et de chêne blanc étaient disponibles. Le chêne blanc étant l’essence utilisée à l’origine lors de la construction du bateau, celui-ci est choisi pour la réalisation de la réplique navigante. Par ailleurs, l’observation des carrelets en chêne vert a révélé un travail important du bois et des déformations. Trois carrelets en chênes blanc présentant les dimensions nécessaires et une bonne qualité ont ainsi été sélectionnés et seront utilisable pour la réalisation de la quille du bateau.

Choix effectué parmi les pièces pré-débitées en fonction de leur qualité. (© Ch. Durand, CNRS-CCJ).
Choix effectué parmi les pièces pré-débitées en fonction de leur qualité. (© Ch. Durand, CNRS-CCJ).

A ce jour, nous disposons donc de deux pièces de bois pour la confection de l’étrave et de l’étambot, de trois carrelets parmi lesquelles la pièce qui servira à la réalisation de la quille pourra être choisie ainsi que de trois pièces pouvant servir à la fabrication des brions (pour le brion d’étrave, celui d’étambot et un de rechange).

L’expérimentation portant seulement sur une partie du bateau, un carrelet de chêne blanc de bonne qualité mais de dimensions réduite, ainsi qu’une partie de l’étrave et un brion ont également été sélectionnés et pré-débités, avant d’être façonnés et mis en place.

L’assemblage des virures du bordé par “tenons et mortaises”

Le projet « Prôtis » est avant tout un programme d’archéologie expérimentale qui vise à comprendre, par l’expérimentation en grandeur nature, les procédés de constructions des anciens charpentiers navals grecs, leurs gestes techniques et leur savoir-faire.

Mais avant de procéder à la construction de la réplique navigante du navire de l’épave Jules-Verne 7, baptisé Prôtis, il convient tout d’abord de se familiariser avec certaines techniques anciennes aujourd’hui oubliées. Ceci afin de bien les appréhender et de bien les maîtriser avant de les utiliser à grande échelle.

Parmi ces techniques perdues, l’une des plus importante est la technique d’assemblage dite par « tenons et mortaises » utilisée pour la liaison des planches du bordé (bordages) constituant le revêtement de la coque. Il s’agit d’un assemblage à franc-bord – c’est-à-dire dans lequel les bordages sont assemblés bord à bord, sans recouvrement – qui utilise des clefs en bois (dits tenons) prenant place dans des mortaises taillées à cet effet. Les tenons sont ensuite bloqués par des petites chevilles de bois enfoncées dans l’épaisseur des planches pour verrouiller l’assemblage.

Système d'assemblage par tenons et mortainses
Schéma du système d’assemblage par tenons et mortaise (dessin M. Rival, CNRS/CCJ)

Cette technique d’origine très ancienne, sans doute phénicienne, a été utilisée par les Grecs à partir du VIe siècle avant J.-C. comme en témoigne l’épave Jules-Verne 7 où elle est employée pour la plus grande partie des bordés à l’exception des extrémités.

Détail d'un tenon sur l'épave Jules Verne 7
Détail d'un tenon sur l'épave Jules Verne 7 Détail d’un tenon d’assemblage du bordé de l’épave Jules-Verne 7. (photo CNRS/CCJ)

Les qualités de solidité et de longévité de cette technique la feront adopter dans toutes la Méditerranée antique au point de devenir l’une des caractéristiques essentielles de la construction navale antique gréco-romaine.

Pour bien maîtriser cette technique, mais aussi pour évaluer la résistance des bois aux déformations et la tenue des assemblages, une première expérimentation a été effectuée au chantier naval Borg dans le courant du mois d’octobre 2010.

Enregistrement vidéo par A. Chéné de l’expérimentation de l’assemblage par « tenons et mortaises » (photo L. Damelet, CNRS/CCJ)

L’expérimentation a porté sur l’assemblage de 3 bordages en pin d’Alep (L. 1 m ( l. 25 cm ( ép. 3 cm) à l’aide de mortaises disposées en quinconce d’un bord à l’autre des planches et espacées de 20 cm entraxe (prof. 7,5 cm ; ép. 0,5 cm).

Préparation entre R. Roman (CCJ) et Thierry Garval (chantier Borg) de l’expérimentation d’après les schémas d’assemblage (photo L. Damelet, CNRS/CCJ)

Ces mortaises ont reçu des tenons en olivier (L. 15  cm ( l. 4 cm ( ép. 0,5 cm) qui ont été verrouillés à l’aide de petites chevilles de blocage en olivier de forme tronconique (diam. int. 11 mm ; ext. 9 mm). L’enfoncement des chevilles se fait depuis l’intérieur de la coque.
Toutes les mortaises ont été taillées à la main au bédane. La taille d’une mortaise prend, en moyenne, 15 mn. Temps pouvant être réduit avec la pratique.

Réalisation des mortaises au bédane par Th. Garval (chantier Borg)Réalisation des mortaises au bédane par Th. Garval (chantier Borg)

Réalisation des mortaises au bédane par Th. Garval (chantier Borg) (photo L. Damelet, CNRS/CCJ)

Le percement des trous de passage des chevilles (9 mm) a été effectué au vilebrequin à défaut de disposer d’un foret à archer.

Les chevilles en bois, ou gournables, ont été taillées à l’aide d’une boîte à gournables permettant de passer d’une section rectangulaire à une section finale octogonale par rabotages successifs. La cheville prendra ensuite une fois en place une section sensiblement arrondie par contraintes.

Les différentes étapes de la réalisation d’une petite cheville de blocage tronconique de section octogonale (photo Ch. Durand, CNRS/CCJ)

Boîte à gournable pour donner à la cheville une forme tronconique par passage du rabot Boîte à gournable pour donner à la cheville une forme tronconique par passage du rabot Boîte à gournable pour donner à la cheville une forme tronconique par passage du rabot (photo Ch. Durand, CNRS/CCJ)

Une fois les éléments préparés, l’assemblage des bordages s’est effectué en insérant les tenons dans les mortaises du bordage en attente, puis en mettant en place, sur ces tenons, le bordage suivant. Le chevillage est intervenu ensuite bordage par bordage.

Insertion en force au maillet des petites chevilles de blocage des tenons. (photo Ch. Durand, CNRS/CCJ)

Il est à noter que le bois s’est bien comporté et ne s’est pas fendu lors des assemblages. Néanmoins, il convient de limiter le jeu des tenons à l’intérieur des mortaises pour éviter leur éclatement lors du passage en force des chevilles.

Vue de détail de l’assemblage final. Seules les têtes des petites chevilles de blocage des tenons sont visibles de part et d’autre du joint. (photo Ch. Durand, CNRS/CCJ)

Avec le temps, on constate aujourd’hui la bonne tenue des assemblages qui n’ont pas joué.
La suite de l’expérimentation consistera à mettre en place les membrures de renfort intérieur de la coque

patrice pomey

Directeur de recherche émérite CNRS; Ancien directeur du Centre Camille Jullian, Archéologie Méditerranéenne et Africaine, (UMR 6573), (Université de Provence - CNRS); Ancien directeur des Recherches Archéologiques Sous-Marines (Ministère de La Culture); Domaine recherche : archéologie navale et maritime; archéologie sous-marine; histoire des techniques; patrimoine maritime.

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De l’identification des bois à la sélection des arbres

De l’identification des bois de l’épave Jules-Verne 7…

Grâce aux analyses xylologiques conduites par Frédéric Guibal (Institut Méditerranéen d’Ecologie et de Paléoécologie, Aix-Marseille Université/CNRS) sur les bois de l’épave Jules-Verne 7, nous connaissons précisément les essences utilisées par les anciens charpentiers navals grecs pour la construction de ce navire. La quille a ainsi été façonnée dans un tronc de chêne vert (Quercus ilex), les planches (virures) du bordé de même qu’une partie de la membrure (charpente transversale) ont été confectionnées en pin d’Alep (Pinus halepensis) tandis que le reste de la membrure a été réalisé dans du pin pignon (Pinus pinea) et de l’aulne glutineux (Alnus glutinosa). Tous les éléments d’assemblage, tenons et petites chevilles, ont été débitées dans un bois dur, l’olivier (Olea europaea).
Toutes ces essences sont endémiques au littoral méditerranéen et on imagine aisément que les charpentiers grecs massaliotes de l’époque s’approvisionnaient dans l’arrière pays de la cité phocéenne.

… à la sélection des arbres pour la construction de Prôtis

Pour la construction de Prôtis, réplique de Jules-Verne 7, nous sommes donc, nous aussi, allés chercher nos bois dans l’arrière pays proche du littoral marseillais. Et ce sont les forêts de Cadarache et de Gémenos, toutes deux situées dans les Bouches-du-Rhône, qui nous ont fourni l’essentiel des billes qui serviront à la construction de la charpente axiale du navire et au façonnage de son bordé et de sa charpente interne.

– Chênes pubescents et chêne vert en forêt de Cadarache (Bouches-du-Rhône) pour la construction de la charpente axiale (quille-étrave-étambot et allonges d’étrave et d’étambot)
La recherche en chênes verts de grandes longueurs (8,30 m) et/ou de diamètres importants (45 cm) s’est néanmoins révélée difficile : l’essence étant aujourd’hui principalement gérée en taillis constitués de tiges aux dimensions modestes, il était impossible d’abattre des sujets aussi magnifiques que rares satisfaisants aux dimensions requises. A l’exception d’un superbe chêne vert sélectionné pour la réalisation de la pièce d’emplanture de mât, nous avons donc choisi de nous approvisionner en chênes pubescents, cette essence présentant des caractéristiques physiques du bois proches de celles du chêne vert. Tous ces arbres ont été sélectionnés en Forêt Domaniale de Cadarache, en collaboration avec l’ONF qui gère le domaine.
Pour le choix des arbres, les diamètres des troncs et les longueurs des grumes disponibles ont été systématiquement mesurés.

Utilisation de gabarits, en forêt de Cadarache pour la sélection de chênes destinés au façonnage des pièces d’étrave et d’étambot (© Photo L. Damelet, CCJ)

Et, pour le repérage des arbres destinés au façonnage de pièces courbes (étrave, étambot et allonges d’étrave et d’étambot), des gabarits ont été utilisés afin de choisir les individus présentant la courbure la mieux adaptée pour le débit de ces différentes pièces. Certains arbres ont aussi été expertisés au moyen de carottages à cœur effectués à la tarière afin de s’assurer de leur bon état sanitaire.
Au total, 12 chênes pubescents et un chêne vert ont été choisis pour la réalisation de la charpente axiale de Prôtis.

– Des pins d’Alep en forêt de Gémenos (Bouches-du-Rhône) pour la réalisation du bordé et de la charpente interne (épontilles, barrots, baux…)

Sélectionnés et marqués au cours de trois journées de repérage en forêt communale de Gémenos, 36 pins d’Alep ont été choisis pour la réalisation du bordé et 3 pour la réalisation d’une partie de la charpente interne de Prôtis. Malgré l’abondance du pin d’Alep en Provence, il a été particulièrement difficile de trouver autant de sujets dont le tronc offrait les dimensions voulues ainsi qu’une bonne rectitude et une absence de nœuds, de gélivures, de méplats, de champignons ou de cicatrices. Les plus grands de ces arbres mesurent près de 30 m, pour une grume utile de 9 m, et les plus gros diamètres atteignent 68 cm. Tous ces arbres ont été sélectionnés en collaboration avec l’ONF qui gère ces parcelles et c’est le maire de la commune de Gémenos qui nous a gracieusement fait don de la totalité des arbres abattus sur sa commune.