Tenon et mortaise en charpente : principe, cheville et taille

Sur une charpente ancienne, on cherche en vain les vis, les équerres et les boulons. Les pièces tiennent pourtant depuis deux siècles, et elles tiennent parce qu'elles s'emboîtent. L'assemblage qui fait ce travail porte un nom que tout le monde a entendu sans toujours savoir ce qu'il recouvre : le tenon et la mortaise. Ce guide explique le principe, le rôle de chaque face, le secret de la cheville décalée qui serre l'ensemble, les endroits où on le trouve dans une ferme, et les gestes pour le tailler sans le rater.

Le principe en une phrase

Une pièce porte une languette de bois taillée dans sa masse : c'est le tenon. L'autre pièce porte le logement qui va le recevoir : c'est la mortaise. Le tenon entre dans la mortaise, une cheville de bois traverse les deux, et l'assemblage est terminé.

Dit comme ça, on pourrait croire que la cheville fait tout le travail. C'est l'erreur de lecture la plus répandue, et c'est elle qui conduit à des réparations désastreuses. Dans un tenon-mortaise de charpente, la cheville ne porte presque rien. Elle maintient les deux pièces l'une contre l'autre, elle empêche le tenon de ressortir, elle serre. Mais l'effort, lui, passe par le bois : par les faces du tenon qui frottent contre les parois de la mortaise, et surtout par l'épaulement qui vient s'appuyer sur la pièce réceptrice.

Retenez la formule, elle résume tout l'article : la cheville tient, le bois porte. Tant que le bois porte, l'assemblage dure. Le jour où l'on demande à la cheville de porter, parce qu'un about a pourri ou qu'une mortaise a été agrandie, elle cisaille et tout se déboîte.

Cette logique explique aussi pourquoi l'assemblage n'a besoin ni de colle ni de quincaillerie. Une charpente bouge : le bois sèche, gonfle, se rétracte au fil des saisons. Un assemblage collé casserait au premier mouvement. Un assemblage vissé finirait par ovaliser ses trous. Le tenon-mortaise chevillé accepte ces mouvements, parce que les pièces restent libres de travailler l'une contre l'autre tout en étant tenues.

Ce que chaque partie fait

Un charpentier ne parle pas d'un tenon en général. Il nomme chaque face, parce que chacune a une fonction précise et se taille différemment.

Le tenon

Le tenon est la partie mâle. Ses deux grandes faces s'appellent les joues : ce sont elles qui glissent contre les parois de la mortaise. Le bout du tenon s'appelle l'about. Et à la base du tenon, là où la pièce reprend sa pleine section, on trouve l'épaulement, cette petite surface perpendiculaire qui vient buter contre la pièce réceptrice.

L'épaulement est la face la plus importante de l'assemblage, et la plus négligée par ceux qui débutent. C'est lui qui reprend la charge quand la pièce pousse : un poteau qui descend sur une sablière s'appuie par son épaulement, pas par le bout de son tenon. Un épaulement mal arasé, qui ne touche que sur un coin, concentre tout l'effort sur une arête qui finit par s'écraser.

La mortaise

La mortaise est la partie femelle, un logement rectangulaire creusé dans la pièce réceptrice. Ses parois guident le tenon et l'empêchent de pivoter. Son fond ne doit pas toucher l'about du tenon : on laisse volontairement un léger jeu, pour que l'épaulement porte franchement au lieu que le tenon vienne buter au fond.

Ce jeu en fond de mortaise paraît contre-intuitif à qui vient de la menuiserie, où l'on cherche des ajustements parfaits partout. En charpente, l'ajustement doit être serré sur les joues et franc à l'épaulement, mais libre en bout. Sinon, on ne sait plus quelle surface porte, et c'est souvent la mauvaise.

La profondeur et la position

La profondeur de la mortaise suit la longueur du tenon, et sa position dans l'épaisseur de la pièce n'est jamais laissée au hasard. On la trace depuis une face de référence, la même pour toutes les pièces d'une ferme, de façon que tout s'aligne au montage. C'est ce repérage qui permet de tailler chaque pièce séparément, au sol, et de les retrouver parfaitement alignées une fois levées.

La cheville et le tire-fort

Voici ce qui distingue vraiment l'assemblage de charpente de l'emboîtement de menuiserie, et ce que la plupart des pages sur le sujet oublient de dire.

Sur un tenon-mortaise chevillé, les trous ne sont pas alignés. On perce d'abord la mortaise, de part en part. On présente le tenon, on marque l'emplacement du trou, puis on retire le tenon et on perce son trou légèrement décalé vers l'épaulement. Quand on remonte l'assemblage et qu'on chasse la cheville, elle ne trouve pas un passage droit : elle force, se cintre un peu en entrant, et en forçant elle tire le tenon vers le fond de la mortaise. L'épaulement vient se plaquer contre la pièce réceptrice.

C'est le tire-fort, qu'on appelle aussi chevillage en tirage. Un assemblage chevillé au tire-fort se serre tout seul, sans serre-joint, sans colle, et il reste serré parce que la cheville, légèrement fléchie, continue de tirer. On comprend alors pourquoi les charpentes anciennes ont des assemblages si jointifs alors qu'elles ont été levées sans aucun outil de serrage.

Le décalage ne se chiffre pas une fois pour toutes. Il dépend de l'essence, du diamètre de la cheville et de la dureté du bois. Trop faible, il ne serre rien. Trop fort, la cheville casse en entrant ou fait éclater le bout du tenon. Le charpentier le règle à l'expérience, et c'est l'un des gestes qui distinguent un assemblage bien fait d'un assemblage simplement monté.

La cheville elle-même compte. On la fend dans un bois sec, de fil droit, souvent du chêne ou de l'acacia, et on la façonne légèrement conique pour qu'elle entre en se serrant. Un bois de travers casse sous l'effet du tirage. Un bois humide se rétracte en séchant et laisse du jeu. C'est aussi pour cette raison qu'on ne remplace pas une cheville de bois par une tige filetée : la tige ne tire pas, elle bloque, et elle ne suit pas les mouvements du bois. Sur une charpente qui travaille, elle finit par ovaliser son trou et par fendre la pièce.

Où on le trouve dans une ferme

Le tenon-mortaise est partout dans une charpente traditionnelle. Ce qui change d'un endroit à l'autre, c'est ce que l'assemblage doit tenir, et cela décide de sa forme.

En tête d'arbalétrier, l'arbalétrier entre dans une mortaise du poinçon. L'assemblage travaille surtout en compression : les deux arbalétriers poussent l'un vers l'autre et le poinçon les reçoit. Le tenon y est souvent complété par un embrèvement, ce cran qui fait porter la pièce oblique sur une surface plus large.

En pied de poteau, le poteau entre dans une sablière ou dans une semelle. L'effort est vertical, la compression est franche : c'est l'épaulement qui porte, le tenon ne sert qu'à empêcher le pied de glisser.

À la jonction de l'entrait et de l'arbalétrier, la situation est différente. L'entrait retient la poussée des arbalétriers et travaille en traction. L'assemblage doit donc empêcher les pièces de se séparer, ce qui met la cheville et surtout le bois laissé derrière la mortaise à rude épreuve. C'est l'un des assemblages les plus délicats d'une ferme.

Enfin, sur les pièces de contreventement comme l'aisselier ou les liens, le tenon-mortaise sert surtout à maintenir la pièce en place pendant qu'elle travaille alternativement en compression et en traction selon le sens du vent. On retrouve la même logique dans l'assemblage d'une contrefiche, où la pièce oblique doit à la fois buter et rester tenue.

Ce qui le rend solide ou fragile

Un tenon-mortaise bien taillé dure plus longtemps que la plupart des maisons. Un tenon-mortaise mal conçu peut céder en quelques années. La différence tient à quelques mécanismes simples.

Le premier est le bois laissé derrière la mortaise. Quand l'assemblage travaille en traction, c'est ce bois qui empêche le tenon et sa cheville de ressortir en arrachant tout. S'il est trop court, il se fend le long du fil, et la cheville part avec un morceau de pièce. C'est pour cette raison qu'on ne place jamais une mortaise trop près du bout d'une pièce qui travaille en traction.

Le deuxième est la largeur du tenon. Un tenon trop gros affaiblit la pièce qui reçoit la mortaise, puisqu'on y retire beaucoup de matière. Un tenon trop fin casse lui-même. Le bon tenon est un compromis entre les deux pièces, et les charpentiers ont des règles de proportion pour le trouver, que l'on vérifie toujours sur la section réelle des bois employés.

Le troisième est le fil du bois. Une cheville percée dans une zone de fil tranché, autour d'un nœud ou trop près d'une fente de séchage, fait éclater la pièce. Le charpentier lit le bois avant de tracer, et déplace l'assemblage de quelques centimètres quand le fil l'exige.

Le quatrième, et le plus traître, est l'humidité piégée. Une mortaise est un petit réservoir. Si l'eau y entre, par une fuite de couverture ou par la condensation, elle n'en ressort pas facilement, et le bois pourrit de l'intérieur pendant que la surface reste saine. On voit des tenons réduits à l'état d'éponge dans des pièces qui paraissent intactes vues du dessous.

Le tailler : les gestes dans l'ordre

Tailler un tenon-mortaise de charpente demande moins d'outils qu'on ne le croit, mais un ordre strict. La plupart des ratés viennent d'une étape sautée ou faite dans le désordre.

Tracer depuis les faces de référence. On choisit pour chaque pièce une face de parement et une face de dessus, on les marque, et tous les traits partent de là, au trusquin et à l'équerre. Tracer depuis une face quelconque, c'est garantir que les pièces ne s'aligneront pas au montage.

Scier les joues du tenon. On scie dans le bois perdu, à côté du trait, jamais dessus. Les deux joues d'abord, en restant parallèle aux faces.

Araser l'épaulement. On scie perpendiculairement pour dégager l'épaulement, en s'arrêtant exactement aux joues. On reprend ensuite au ciseau pour obtenir une surface plane : c'est elle qui portera.

Percer puis bédaner la mortaise. On perce une série de trous dans la largeur de la mortaise pour retirer le gros de la matière, puis on dresse les parois au ciseau et au bédane. Les parois doivent être droites et parallèles, le fond n'a pas besoin d'être parfait.

Présenter à blanc. On emboîte sans cheville. Le tenon doit entrer serré à la main ou au maillet, sans forcer au point de fendre. L'épaulement doit toucher sur toute sa surface. On corrige ici, au sol, ce qui serait impossible à reprendre une fois la pièce levée.

Percer les trous décalés et cheviller. Mortaise percée, tenon présenté, marquage, démontage, perçage du tenon avec le décalage du tire-fort, remontage, et on chasse la cheville. Sur une charpente que l'on prévoit de démonter pour le levage, on ne chasse pas les chevilles à fond lors du premier montage, sinon on ne les ressort plus.

À chaque étape, l'erreur classique est la même : vouloir aller trop vite et couper sur le trait. Le trait est une limite, pas une cible. On scie à côté, on ajuste au ciseau.

Les erreurs qu'on voit en rénovation

Sur les charpentes anciennes, le tenon-mortaise est rarement en cause par lui-même. Ce qu'on voit, ce sont les conséquences d'une réparation mal pensée ou d'un défaut d'entretien.

Le cas le plus fréquent est le tenon pourri au fond d'une mortaise qui a pris l'eau. La pièce semble saine, l'assemblage a l'air en place, et pourtant il ne tient plus rien : on s'en aperçoit quand la pièce bouge à la main ou qu'un tournevis s'enfonce sans résistance au droit de la cheville.

Vient ensuite la cheville remplacée par une vis ou par une tige filetée lors d'une ancienne intervention. On a voulu bien faire, on a serré fort, et le bois s'est fendu le long du fil à partir du trou. La pièce a perdu la capacité de travailler que le chevillage lui laissait.

On rencontre aussi des mortaises élargies au ciseau pour faire entrer une pièce neuve trop grosse. La mortaise ne guide plus, le tenon flotte, et l'épaulement ne porte plus que sur un bord.

Enfin, sur les structures extérieures comme les pergolas ou les carports, on voit des assemblages collés. Ils tiennent la première année, puis le bois travaille au soleil et à la pluie, la colle casse, et l'assemblage se retrouve plus lâche qu'un assemblage simplement chevillé. Pour comprendre comment ces pièces s'organisent dans l'ensemble d'une structure, il faut revenir à la logique propre à chacun : les assemblages de charpente se lisent comme un système, pas comme une collection de pièces.

Ces désordres se réparent, presque toujours, et c'est l'un des avantages de la charpente assemblée : une pièce se démonte, une cheville se remplace, un tenon se reconstitue par une greffe de bois sain. Encore faut-il que le diagnostic soit fait par quelqu'un qui sait lire l'assemblage. Le savoir-faire des charpentiers de Charpentiers France repose précisément sur cette lecture.