Une voûte tient en poussant sur les murs qui la portent
La plupart des caves voûtées des maisons anciennes sont couvertes d'une voûte en berceau : un demi-cylindre de pierres, de meulière ou de briques posé sur deux murs parallèles, les piédroits. Chaque pierre de l'arc, le claveau, s'appuie sur ses voisines, et la pierre du sommet, la clé, bloque l'ensemble. La face visible depuis la cave s'appelle l'intrados, la face cachée sous le sol du rez-de-chaussée l'extrados, et les flancs de la voûte les reins.
Le CAUE de Midi-Pyrénées le résume dans sa fiche sur la voûte clavée : les voûtes produisent des poussées latérales, et leurs désordres courants viennent de l'écartement des appuis ou de la désagrégation des joints. Cette poussée horizontale dépend surtout de la forme de l'arc. Pour un même poids à porter, plus la voûte est plate, plus elle pousse fort sur ses murs.
Plus la voûte est plate, plus elle pousse sur ses murs
Choisissez la forme de votre voûte.
≈ 25 %
de la charge portée par la voûte pousse sur chaque mur
≈ 38 %
de la charge portée par la voûte pousse sur chaque mur
≈ 50 %
de la charge portée par la voûte pousse sur chaque mur
≈ 75 %
de la charge portée par la voûte pousse sur chaque mur
Le demi-cercle des caves les plus anciennes. C'est la forme qui pousse le moins sur ses murs.
Une courbe plus basse, faite de plusieurs arcs raccordés. Elle gagne de la hauteur sous plafond au prix d'une poussée une fois et demie plus forte.
Fréquente sous les maisons de ville. Chaque mur reçoit une poussée égale à la moitié de la charge que porte la voûte.
Presque un plafond plat. Elle pousse trois fois plus qu'un plein cintre, et un faible écartement des murs y fait descendre le sommet plus vite.
Ordre de grandeur pour un arc parabolique sous charge répartie : poussée = charge × portée ÷ (8 × flèche). Le remplissage des reins et le poids des étages, qui stabilisent la voûte selon le CAUE, ne sont pas comptés.
C'est pour contenir cette poussée que les bâtisseurs chargeaient souvent les reins d'un blocage de matériaux, et que la cave est enterrée. Selon le CAUE, l'excavation réduit le risque de basculement des murs d'appui, et le poids des étages comme l'alignement continu des maisons voisines renforcent leur stabilité. Les travaux qui retirent l'un de ces appuis, que nous détaillons plus bas, laissent les murs reprendre seuls la poussée.
Les sous-sols plus récents, en béton ou en parpaing, se lisent autrement : leurs fissures sont décrites dans le guide des fissures de cave, de sous-sol et de garage.
La direction de la fissure dit ce qui a bougé
Dans une voûte, une fissure qui suit l'axe de la cave et une fissure qui le coupe n'ont pas la même cause. La première traduit un mouvement des murs dans le sens de la largeur, la seconde un mouvement dans le sens de la longueur. Les guides d'inspection des ponts en maçonnerie, publiés par le Cerema, classent eux aussi les fissures d'une voûte selon leur direction et leur position. Le schéma suivant reprend les quatre situations que nous rencontrons dans les caves.
Où court la fissure dans votre voûte ?
Écartement des murs
Ce que vous voyez
Un trait qui suit la clé dans l'axe de la cave, sur une partie ou toute sa longueur, souvent plus ouvert au milieu qu'aux extrémités.
Ce qui a bougé
Les deux murs d'appui s'écartent. L'arc s'élargit, son sommet descend et s'ouvre côté cave. Le CAUE décrit ce désordre comme une ouverture entre claveaux à l'intrados, dans la partie médiane de la voûte.
Ce que nous vérifions
Nous mesurons la portée entre les murs à plusieurs hauteurs, cherchons un faux aplomb des piédroits et regardons le carrelage de la pièce du dessus, au-dessus des reins.
Tassement d'un appui
Ce que vous voyez
Une fissure qui traverse la voûte en suivant sa courbe, d'un pied de mur à l'autre, comme un anneau découpé dans le berceau.
Ce qui a bougé
Une portion de la cave s'enfonce ou bascule par rapport au reste : un appui qui tasse sur une partie de sa longueur, une charge nouvelle posée au-dessus, ou la limite de la cave sous la maison.
Ce que nous vérifions
Nous comparons les niveaux de part et d'autre de la fissure et cherchons son prolongement dans les murs de la maison, au-dessus, dans le même plan.
Décollement du mur de tête
Ce que vous voyez
Une fissure qui suit la jonction entre la voûte et le mur qui ferme la cave, souvent le mur de façade ou un mur de refend.
Ce qui a bougé
La voûte se détache de ce mur de tête, qui bascule ou tasse indépendamment d'elle. Un mur de façade, plus proche du sol extérieur, y est plus exposé.
Ce que nous vérifions
Nous vérifions l'aplomb du mur de tête et comparons l'ouverture de la fissure en haut et en bas de la jonction.
Mortier lessivé
Ce que vous voyez
Aucune fissure franche. Les joints se creusent entre les pierres, le mortier part en poudre sous le doigt et du sable s'accumule au sol, sous la voûte.
Ce qui a bougé
Rien n'a encore bougé : l'eau a dissous le liant. Le CAUE cite les remontées capillaires, les infiltrations et la condensation, qui dissolvent les mortiers et les fragilisent.
Ce que nous vérifions
Nous testons la dureté des joints pour situer la classe du mortier et cherchons d'où vient l'eau.
Quel que soit le tracé, une pierre qui sort de la courbe de la voûte passe avant tout le reste : nous en parlons plus bas, avec l'étaiement.
Deux tracés se combinent souvent, par exemple une fissure le long de la clé et des joints vides, quand l'eau a affaibli une voûte déjà poussée par ses murs. Nous relevons chacun séparément, avec sa longueur et son ouverture, pour suivre son évolution d'une visite à l'autre. C'est la méthode de l'identification du type de fissure, appliquée à la géométrie d'une voûte.
Sur argile, la cave ne court souvent que sous une partie de la maison
Beaucoup de maisons anciennes n'ont de cave que sous une partie de leur emprise. La voûte porte la partie creusée, et le reste de la maison repose sur des fondations peu profondes, dans la couche de sol qui sèche l'été. L'arrêté du 22 juillet 2020 sur les constructions en zone argileuse demande justement des fondations ancrées de manière homogène, sans dissymétrie, notamment pour les bâtiments à sous-sol partiel. Le mécanisme d'une maison fondée à deux profondeurs est détaillé à propos de la maison sur sous-sol partiel qui fissure sur argile.
Dans la cave, ce mouvement se repère à l'endroit où la voûte s'arrête sous la maison : une fissure en arc près du mur du fond, ou une fissure de décollement à la jonction, apparue la même saison que des fissures dans les murs du rez-de-chaussée. Quand une fissure de voûte et une fissure de façade se répondent dans le même plan après un été sec, nous traitons le dossier comme un mouvement d'ensemble de la maison, avec les repères du guide des fissures de sécheresse.
Joints qui s'effritent et sable au sol : l'eau a dissous le mortier
Les voûtes de cave anciennes sont montées au mortier de chaux, parfois au plâtre ou à la terre. Une cave enterrée reçoit l'eau de partout : par le sol, par les murs au contact de la terre, et par l'air humide qui condense sur la pierre froide. Le sable au sol, sous la voûte, est le liant qui s'en va : un joint qui perd sa chaux redevient du sable.
Dans leur cahier sur l'auscultation des ouvrages en maçonnerie, le Cerema et l'Université Gustave Eiffel proposent de situer la dureté d'un mortier par un test simple, à la pointe d'un tournevis. Le test suivant reprend leurs quatre classes, de M1 à M4.
Le test du tournevis sur un joint de voûte
Grattez un joint du bas de la voûte, près du pied de mur, jamais sous une pierre qui bouge, puis choisissez ce qui se passe.
Dur
Friable
M1 · ≈ 20 MPa
Un mortier dur, rare sur une voûte d'origine. Il s'agit souvent d'une reprise au ciment, et nous regardons si les arêtes des pierres éclatent le long du joint.
M2 · ≈ 10 MPa
Un mortier résistant, chaux hydraulique ou mortier bâtard en bon état. Le joint tient les pierres entre elles et transmet les efforts.
M3 · ≈ 5 MPa
La dureté habituelle d'une chaux ancienne restée sèche. Elle convient à une voûte de cave tant que les joints restent pleins.
M4 · ≈ 2,5 MPa
Le liant est parti. Le joint ne tient plus les pierres entre elles et doit être refait, après avoir traité l'eau qui l'a dissous.
Classes de mortier : Cerema et Université Gustave Eiffel, cahier interactif sur l'auscultation des ouvrages d'art, fiche E4-1, septembre 2020.
Le même cahier donne la résistance d'une maçonnerie, pierres et joints ensemble, selon la pierre et le mortier. Pour une même pierre, passer d'un mortier M1 à un mortier qui se désagrège fait perdre 7 % de la résistance avec une pierre tendre, et plus de 40 % avec une pierre dure. Une voûte aux joints lessivés porte donc moins, alors même que ses pierres sont intactes.
Rejointoyer ne sert à rien tant que l'eau arrive. Les remontées par le pied des murs, l'humidité ascensionnelle, et les infiltrations se traitent avant le mortier, avec les solutions comparées pour une cave humide et fissurée, du drainage à l'injection.
Voûtains sur poutrelles : la rouille gonfle et fend la brique
À partir du XIXe siècle, beaucoup de caves ont été couvertes de voûtains : de petites voûtes de briques jointées au plâtre, lancées entre des solives de bois, puis entre des poutrelles en fer, les IPN. Le CAUE de Midi-Pyrénées en fait l'étape qui précède le plancher à poutrelles et hourdis actuel. Leurs fissures suivent souvent les poutrelles, et leur cause tient à l'acier.
Quand l'humidité de la cave atteint une poutrelle, elle rouille, et la rouille occupe plus de place que le fer dont elle vient. Selon les valeurs réunies par Noubactep, Caré et Crane, son volume va de deux fois celui du fer pour la magnétite à plus de six fois pour l'hydroxyde ferrique hydraté. Logée entre l'aile de la poutrelle et la brique, elle pousse, soulève le voûtain et le fend le long de la poutrelle.
Au plafond de la cave, cela donne des fissures droites et parallèles, à l'aplomb des poutrelles, parfois des éclats de brique ou de plâtre tombés au sol avec des traces orangées. L'Agence Qualité Construction range d'ailleurs les poutrelles métalliques rouillées des plafonds de cave parmi les points à vérifier avant de rénover. Nous dégageons une poutrelle sur quelques centimètres pour juger de la perte d'acier sur son aile.
La lecture rejoint celle des fissures de plafond qui suivent les poutrelles d'un plancher hourdis, avec un avantage : sous un voûtain, l'acier reste souvent visible et son état se constate à l'œil. Les immeubles parisiens ont les mêmes planchers, que nous intégrons au diagnostic d'un immeuble haussmannien.
Les travaux qui réveillent une voûte
Dans une voûte qui a tenu un siècle, une fissure récente suit souvent un changement : des travaux dans la cave, dans la maison au-dessus, ou chez le voisin. Chacun retire à la voûte l'un des appuis qui la tenaient en équilibre.
Décaisser le sol de la cave pour gagner de la hauteur
Ouvrir un piédroit pour une porte ou agrandir un soupirail
Ajouter du poids au-dessus de la voûte
Vider les reins en refaisant le sol du rez-de-chaussée
Démolir ou creuser la maison voisine
Pierre qui glisse, mur qui penche : quand étayer sans attendre
Certaines situations passent avant le diagnostic. Une pierre qui a glissé vers le bas et dépasse de la courbe peut tomber, même quand la voûte tient encore dans son ensemble. Le CAUE classe la descente de la clé ou des claveaux du milieu de la voûte parmi les désordres moins graves que l'ouverture des reins, et une pierre de plusieurs kilos au-dessus d'un passage reste pourtant un danger immédiat. Un sommet qui s'aplatit, un mur d'appui qui penche ou une fissure qui s'ouvre d'une semaine à l'autre demandent aussi une intervention rapide.
L'étaiement d'une voûte se fait avec des cintres, des gabarits en bois ou en acier taillés à la forme de l'arc, calés sous l'intrados et posés sur des appuis solides. Il soulage la voûte pendant le diagnostic et les travaux. C'est un travail d'entreprise, que nous pouvons préconiser dès la première visite.
En attendant l'étaiement
Videz la zone sous la fissure et n'y passez plus. Ne posez aucune charge dans la pièce du dessus. Ne rebouchez rien : l'état des fissures et des joints est ce que nous lisons. Photographiez la voûte avec un repère de taille, au même endroit chaque semaine, et posez un témoin de fissure s'il est possible de l'atteindre sans toucher aux pierres. L'Agence Qualité Construction le rappelle avant toute rénovation : des travaux lancés sans diagnostic peuvent accélérer une dégradation en cours.
Rejointoyer, injecter, ceinturer : renforcer selon la cause
Le renforcement dépend de ce qui a bougé. Le cahier du Cerema décrit la démarche suivie sur les ouvrages en maçonnerie : vérifier d'abord la stabilité de la voûte, puis la renforcer si elle ne suffit pas, jusqu'à une contre-voûte en béton coulée sous l'arc ou sur l'arc.
Le choix du mortier compte autant que la technique. Une chaux hydraulique naturelle atteint de 2 à 15 MPa à 28 jours selon sa classe, un ciment courant de 32,5 à 52,5 MPa. La règle suivie en restauration veut que le joint reste moins résistant que la pierre qu'il relie : sur une voûte de pierre tendre, un joint au ciment devient plus dur que la pierre, et ce sont les arêtes des pierres qui cassent quand la voûte bouge.
| Technique | Ce qu'elle corrige | Ce qu'elle ne règle pas |
|---|---|---|
| Rejointoiement à la chaux | Les joints creusés ou sableux, une fois l'humidité traitée. Le mortier de chaux reste plus souple que la pierre et laisse la maçonnerie sécher. | Un mur qui s'écarte ou un appui qui tasse : le joint neuf se rouvre sur la même ligne. |
| Injection de coulis de chaux | Les vides à l'intérieur de la maçonnerie et derrière les pierres, que le rejointoiement n'atteint pas. | Une pierre déjà sortie de la courbe, à recaler avant d'injecter. |
| Tirants | La poussée qui écarte les murs : des barres d'acier traversent la cave et retiennent les deux piédroits, sur le principe du ceinturage d'une maison fissurée. | Un tassement des fondations, qui demande de reprendre les appuis eux-mêmes. |
| Reprise des piédroits en sous-œuvre | Un appui qui s'enfonce ou qui a été déchaussé par un décaissement, repris par plots ou par micropieux selon le sol. | Les joints lessivés et la poussée, qui se traitent à part. |
| Traitement des poutrelles de voûtains | Une poutrelle rouillée : dégagement, brossage et protection de l'acier, ou doublage par un profilé neuf quand l'aile a trop perdu. | Les fissures du plâtre, à reprendre seulement une fois l'acier traité. |
| Contre-voûte en béton | Une voûte trop affaiblie pour porter seule : une coque de béton coulée sous l'intrados ou sur l'extrados reprend la charge. | Elle demande une étude de structure et change l'aspect de la cave de façon définitive. |
Sur un immeuble classé ou inscrit au titre des monuments historiques, les travaux sur une cave voûtée suivent des règles particulières, détaillées à propos des fissures sur un bâtiment classé.
Avant de choisir, il faut savoir laquelle de ces causes est à l'œuvre, et si la voûte porte encore sa charge avec une marge suffisante. C'est l'objet de l'évaluation des risques structurels que nous menons sur place : relevé des fissures, test des joints, mesure de la portée et de l'aplomb des murs, état des poutrelles.
