Dimensionner un tube rectangulaire en aluminium pour une ossature ne se résume pas à choisir une section « qui semble assez grosse ». Le cadre normatif imposé par l’Eurocode 9 (EN 1999-1-1) structure la démarche en plusieurs vérifications successives, et les retours de chantier post-2020 confirment que négliger l’une d’elles, la flèche de service en particulier, génère des désordres coûteux.
Flambement local des parois minces en alliage série 6000
La première vérification à mener concerne la stabilité locale. Un tube rectangulaire extrudé en alliage 6060 T6 ou 6005A T6 présente des parois dont le rapport largeur/épaisseur conditionne directement le classement de la section. L’Eurocode 9 classe les sections en quatre catégories, de 1 (plastique) à 4 (minces), selon ce ratio.
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Pour une ossature légère (pergola, châssis de façade, structure de verrière), nous observons fréquemment des sections de classe 3 ou 4. Cela signifie que la pleine capacité plastique du profil ne peut pas être mobilisée. Le calcul doit alors se baser sur la résistance élastique, voire sur une largeur efficace réduite pour les sections de classe 4.
Appliquer la méthode pour dimensionner un tube rectangulaire sans vérifier ce classement revient à surestimer la capacité portante du profil, parfois de façon significative.
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Les Annexes Nationales révisées entre 2022 et 2024 (notamment les NA français et allemand) renforcent cette exigence en encadrant plus strictement les vérifications de flambement local pour les profilés creux extrudés courants.
Critère de flèche en service : le vrai dimensionnant d’une ossature alu
La flèche de service gouverne le dimensionnement plus souvent que la contrainte. Nous recommandons de commencer par cette vérification avant même de contrôler la résistance. C’est contre-intuitif pour qui vient de l’acier, mais l’aluminium possède un module d’Young environ trois fois plus faible. À section équivalente, un tube alu fléchit trois fois plus qu’un tube acier.
Limites de flèche selon l’usage
Les guides techniques des organisations professionnelles du bâtiment et de la menuiserie aluminium fixent des seuils variables :
- L/200 pour des éléments de structure secondaire non visibles ou sans remplissage fragile
- L/300 pour des ossatures portant un bardage, des panneaux composites ou des éléments de menuiserie
- L/500 ou plus sévère pour des éléments vitrés ou des structures où le moindre désalignement provoque une fissuration des joints
Les retours d’expérience publiés après 2020 sont clairs : dimensionner uniquement « à la contrainte » conduit fréquemment à des ossatures légalement conformes mais fonctionnellement défaillantes. Joints qui fissurent, remplissages qui se décalent, sensation de souplesse perçue par les utilisateurs.
Calcul pratique de la flèche
La formule classique de la flèche d’une poutre simplement appuyée sous charge uniformément répartie reste le point de départ : f = 5·q·L⁴ / (384·E·I). Le paramètre déterminant est le moment d’inertie I du tube rectangulaire, qui dépend des dimensions extérieures et de l’épaisseur de paroi.
Pour un tube rectangulaire creux, l’inertie selon l’axe fort (celui qui résiste à la flexion principale) diffère nettement de l’inertie selon l’axe faible. Orienter le tube avec la grande dimension dans le sens de la charge est une évidence, mais nous constatons régulièrement des erreurs d’orientation sur chantier.
Résistance en flexion et vérification au flambement global
Une fois le critère de flèche satisfait, la vérification de résistance en flexion s’effectue selon la classe de section déterminée plus haut. Pour une section de classe 1 ou 2, le moment résistant plastique s’applique. Pour une section de classe 3, on se limite au moment élastique. Pour une classe 4, la section efficace réduite doit être recalculée.
Le flambement global (déversement) intervient lorsque la membrure comprimée du tube n’est pas maintenue latéralement sur toute sa longueur. Sur une ossature de toiture ou de pergola, les pannes ou traverses intermédiaires jouent ce rôle de maintien. Leur espacement conditionne la longueur de flambement et donc la charge critique.
L’Eurocode 9 impose une vérification combinée flexion + effort normal dès que le tube reprend simultanément une charge axiale (poids propre transmis en compression dans les montants, par exemple). Cette interaction réduit la capacité en flexion et ne peut pas être ignorée dans une ossature tridimensionnelle.
Alliage et état métallurgique : impact direct sur le dimensionnement
Le choix de l’alliage n’est pas un détail commercial. La limite d’élasticité conventionnelle f₀ varie du simple au double entre un 6060 T5 et un 6005A T6. Cette valeur entre directement dans le calcul du moment résistant, et donc dans la section nécessaire.
- Les alliages de la série 6000 (6060, 6063, 6005A, 6082) sont les plus courants pour les tubes extrudés destinés à l’ossature
- L’état T6 (traité thermiquement et revenu) offre les meilleures caractéristiques mécaniques pour un profilé extrudé standard
- L’état T5 (refroidi après extrusion puis vieilli) présente des valeurs inférieures, mais suffit pour des ossatures faiblement sollicitées
Spécifier l’alliage et l’état métallurgique dès la phase de dimensionnement évite de recalculer toute l’ossature au moment de la commande des profils.
Assemblages et longueur de flambement réelle
Le dimensionnement du tube seul ne suffit pas. La rigidité réelle de l’ossature dépend des conditions d’appui aux nœuds. Un assemblage boulonné avec jeu se comporte comme une articulation, tandis qu’un assemblage soudé ou vissé avec platine rigidifie le nœud.
La longueur de flambement adoptée dans le calcul doit refléter le type d’assemblage prévu. Utiliser une longueur de flambement égale à la longueur libre entre nœuds suppose des articulations parfaites. Si les nœuds sont semi-rigides, la réalité se situe entre l’encastrement et l’articulation, et une modélisation plus fine (ou un coefficient correctif) devient nécessaire.
Pour les ossatures en aluminium de portée modeste, la combinaison flèche + flambement local + choix d’alliage couvre la grande majorité des cas de dimensionnement. Les cas de charges dynamiques, de fatigue ou de séisme relèvent de parties complémentaires de l’Eurocode 9 et justifient systématiquement l’intervention d’un bureau d’études structures.