Limon à crémaillère pour escalier tournant
Le limon central à crémaillère est une poutre crantée sur laquelle viennent se fixer les marches. Par rapport à un escalier classique avec limon latéral et/ou poteau central, ce système produit un ouvrage plus design et plus aérien.
Principes généraux
On veut réaliser un escalier tournant de géométrie classique c’est-à-dire correspondant à une spirale régulière s’enroulant autour d’un axe vertical. Si la fabrication des marches ne présente pas de difficulté, la réalisation d’un limon hélicoïdal est une autre affaire. Ni CNC, découpe laser ou autre presse hydraulique, un peu d’électroportatif et de patience suffisent.
Difficile de le faire en massif il faudrait trouver comment assembler solidement et durablement les différentes pièces. N’oublions pas que le limon porte tout le poids de l’escalier fini plus celui des usagers et qu’il ne doit pas se disloquer sous l’effet des contraintes variables liée aux circulations. La solution retenue est celle du lamellé-collé. Des feuilles de CP 5mm sont contre-collées pour former une poutre rigide d’un seul tenant. Fixée sur le sol et en tête sur le plancher haut, cette poutre tendue entre les deux niveaux est la colonne vertébrale de l’escalier qui ne tient que par elle. Avec sa face supérieure taillée en crémaillère elle a effectivement quelque chose d’une épine dorsale.
Une feuille de CP de 5mm est souple. Elle peut facilement être cintrée sur un rayon de courbure de 50cm sans se déchirer. Et ceux qui ont déjà fait du lamellé savent qu’avec seulement quelques feuilles on obtient vite une grande rigidité. Si vous collez ensemble 5 feuilles en les pressant contre une courbe quelconque l’assemblage ne se détendra presque pas après séchage et il aura perdu toute souplesse. Et il se détendra encore moins et sera encore plus rigide avec l’augmentation du nombre de feuilles. Ici la poutre est constituée de 20 feuilles. Elle est donc très rigide.
Matrice de cintrage
La spirale de la poutre s’enroule autour d’un axe qui est un cylindre d’un certain rayon défini par le plan.
J’ai donc besoin d’une matrice cylindrique sur laquelle je viendrai cintrer et coller les feuilles de CP, matrice que je vais devoir fabriquer.
Comme il s’agit d’un ouvrage perdu, j’utilise des planches de coffrage 27×300 qui sont peu coûteuses et que je pourrai jeter sans regret après usage. Elles ont l’inconvénient d’être souvent voilées et Il ne faut pas non plus attendre trop longtemps avant de les utiliser parce qu’elles ne sont pas sèches et se déforment rapidement. Mais ici elles sont débitées en courts tronçons de 500 mm donc ça ne pose pas trop de problème.
Une série de planches découpées suivant la courbe recherchée puis empilées forment un morceau de cylindre. Mais je n’ai besoin ni d’un cylindre complet ni d’une surface continue ce qui serait un énorme gâchis de matière. Il me faut juste la portion du cylindre contre laquelle je vais presser les lames de CP. Autrement dit, la portion de cylindre dont j’ai besoin est une spirale. A partir des ces planches on peut fabriquer des caissons de la hauteur d’une marche.
On verra plus loin comment en les empilant décalés de la profondeur d’une marche on obtient la spirale matrice. Mais revenons un peu en arrière. Un gabarit de coupe sur mesure pour assurer des courbes constantes et c’est parti pour la fabrication en série.
Les caissons sont empilés pour former la spirale de la matrice.
Et on recouvre cette ossature d’une peau de CP 5 mm pour donner de la rigidité à l’ensemble et créer une surface continue sur laquelle seront pressées les lames pendant la prise de la colle.
Mise en place et premières lames
Ensuite la matrice est mise en place sur site pour vérifier qu’il n’y a pas eu d’erreur dans les coupes ou les assemblages. Elle est équipée d’une série de presses verticales qui vont servir à former les sept premières couches de lamellé qu’on voit ici après séchage complet et « démoulage » au bout d’une cinquantaine d’heures de pressages successifs. Bien sûr les joints sont croisés sur au moins trois couches et ne retombent jamais exactement les uns en face des autres.
Avant « démoulage », un trait de scie horizontal pratiqué en suivant la face supérieure de chaque caisson marque la position des marches sur la face intérieure de la poutre. La matrice n’est maintenant plus utile et va être démontée. La suite du collage se passe à l’atelier.
Presse mobile spéciale
Dans cette seconde phase de collage on n’a donc plus besoin de la matrice. Les 7 premières lames de la phase 1 forment un embryon de poutre suffisamment rigide pour que les lames suivantes soient cintrées dessus. Par contre on ne dispose plus de la série de presses verticales qui étaient fixées sur la matrice. Pour cette seconde phase j’ai fabriqué une presse constituée de 3 longerons en lamellé-collé de 20 mm d’épaisseur (4 lames de CP 5mm) formés contre l’extrados de la phase 1 reliés entre eux par des chevrons issus des presses verticales. On se rend bien compte sur cette image de la variation continue de la courbure sur la longueur. Il n’y a que dans le sens des chevrons qu’on trouve une ligne droite qui correspond à la verticale de l’escalier.
Cette nouvelle presse fait 1.2 m de longueur. Ce sont donc des lames de 1.2 m max qui ajoutées à chaque fois. Il faut 4 pressage de 3 heures pour chaque épaisseur de 5 mm ajoutée à la poutre. La phase 1 a une épaisseur de 7 couches, il reste donc 13 couches à coller pour atteindre les 100 mm, soit 52 pressages, soit environ 156 heures. Patience toujours.
Les longerons ont été formés par dessus la 7ème lame mais ils ne font que 20 mm d’épaisseur et restent donc assez souples et pourront s’adapter naturellement à l’augmentation du rayon de courbure au fur et à mesure de l’ajout des couches.
Le collage terminé et après un nettoyage approximatif des faces dessus et dessous, la poutre est mise à nouveau en situation pour contrôle. A ce stade elle fait environ 80 kg. Les deux palans à corde permettent de régler précisément l’aplomb pour la caler bien en place.
Crémaillère
L’étape suivante consiste à tailler la crémaillère sur la face supérieure de la poutre. Sa surface gauche ne permettant pas de guider une machine, il n’y a pas d’autre solution que le sciage manuel à l’égoïne. Une lame neuve pour cet exercice long et délicat qui ne donne pas droit à l’erreur. Il y a 16 coupes horizontales et 16 coupes « verticales » dans 100 mm d’épaisseur. Chacune prend un quart d’heure. Patience et longueur de temps, ne pas forcer sur la scie pour que le trait reste bien droit et surtout il faut prendre un bon départ à chaque fois car une fois la lame engagée il est impossible de la dévoyer. Un départ de travers et la coupe est fichue. J’ai indiqué « verticales » entre guillemets parce que les coupes de contre-marches sont rentrantes sur 25mm pour laisser plus de place pour les pieds.
Toute la difficulté de ces coupes réside dans l’absence de plan d’orientation orthogonal classique. Lorsque vous coupez une tranche de pain, vous estimez la position de votre lame par rapport à la surface de la planche sur laquelle il est posé et ce dans deux directions, verticalement et latéralement. Si vous avez l’œil vos tranches seront d’épaisseur constante. Avec une spirale il n’y a aucun plan pour se repérer. Il faut se placer au mieux dans l’axe du tracé sur chaque face et trouver à chaque fois la meilleure façon de caler la pièce.
Quelques heures plus tard, ne restent plus que le pied et la tête à terminer.
Toutes les coupes sont réussies. La poutre qui ne pèse plus que 60kg retourne à l’atelier pour la finition de la face dessous. Il faut éliminer les différences de niveau résiduelles pour produire une surface lisse continue, le tout à main levée puisque là encore il est totalement impossible de poser une machine
Mise en place
Le parquet est ouvert et une semelle de compensation fixée sur le plancher technique pour recevoir le pied de la poutre.
La poutre est remise en place. La tête repose sur une traverse fixée sous le nez des solives du plancher supérieur.
Il faudra la redescendre encore une fois à l’atelier pour les finitions de surface. Et puis il y aura les marches et les garde-corps à réaliser mais c’est une autre histoire.