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.

L’approvisionnement en bois pour Prôtis

Identification des bois sur l’épave Jules-Verne 7

Par F. Guibal, Institut Méditerranéen d’Écologie et Paléoécologie (CNRS – Université Paul Cézanne, Aix-Marseille)

Élément de construction Essence
Quille Quercus ilex (chêne vert)
Virures (bordé) Pinus halepensis (pin d’Alep)
Membrures Pinus halepensis (pin d’Alep) (´ 3)
Pinus pinea (pin pignon) (´ 1)
Alnus glutinosa (aulne glutineux)(´ 3)

Pièce de section carrée avec tenon (épontille) Pinus halepensis (pin d’Alep)
Tenons Olea europaea (olivier)
Chevilles Olea europaea (olivier)
Plan épave avec identification des essences utilisées pour la construction de la charpente axiale et du bordé. Plan CNRS/CCJ

La sélection des bois : un approvisionnement local

Comme dans l’Antiquité, l’arrière-pays proche fournit l’approvisionnement en bois nécessaire à la construction de notre bateau.

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 forêt de Cadarache (Bouches-du-Rhône). Photo CNRS/CCJ, L. Damelet

La recherche en chênes verts de grandes longueurs (8,30 m) et/ou de diamètres importants (45 cm) s’est révélée difficile : l’essence étant aujourd’hui principalement gérée en taillis constitués de tiges aux dimensions modestes, il était impossible d’abattre les sujets aussi magnifiques que rares satisfaisant aux dimensions requises. A l’exception d’un superbe chêne vert sélectionné pour la réalisation de la pièce d’emplanture, 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. 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 par carottage à cœur effectué 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.

Sélection d'un chêne à l'aide d'un gabarit. Photo CNRS/CCJ, L. Damelet
Carottage d'un chêne par F. Guibal. photo C?RS/CCJ, L. Damelet
Plan CNRS/CCJ, R. Roman

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

La forêt de Gémenos. Photo CNRS/CCJ, Ch. Durand

Sélectionnés et marqués au cours de 3 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.

L’abattage des arbres

Après avoir été sélectionnés et marqués, les chênes et les pins d’Alep ont tous été abattus au printemps 2010, dans la semaine du 12 avril pour les chênes et dans les 11 premiers jours de mai pour les pins. Ces dates d’abattage ont été choisies en fonction du calendrier lunaire : en lune descendante, favorable à l’abattage des arbres, et notamment des feuillus.

Avant d’abattre les arbres, les branches susceptibles d’endommager l’arbre au moment de la chute ont été élaguées. Chaque arbre a ensuite été maintenu au moyen de deux câbles d’abattage afin d’orienter leur chute. L’abattage a été effectué à la tronçonneuse thermique. Une fois abattu, l’essentiel des branches a été tronçonné, le bûcheron ne laissant en place, pour les chênes, qu’une ou deux branches maîtresses afin que les feuilles puissent pomper la sève, processus devant permettre de renforcer la solidité mécanique des bois.

Les arbres sont donc demeurés au sol 2 à 3 semaines avant que ne soit terminé leur ébranchement et qu’ils ne soient transportés en scierie où ils ont été débités en pièces pour les chênes et en plateaux pour les pins.

Elagage d'un chêne-vert avant son abattage. Photo CNRS/CCJ, L. Damelet

Abattage à la tronçonnseuse. photo CNRS/CCJ, L. Damelet

Chute d'un chêne pubescent. photo CNRS/CCJ, L. Damelet