Comment réaliser un arc surbaissé en maçonnerie

Un arc surbaissé est l'une des formes les plus techniques de la maçonnerie traditionnelle. L'utilisation d'un cintre en polystyrène est une méthode simple et pratique pour le réaliser facilement.

Sa courbe est « aplatie », avec une flèche (hauteur d’arc) plus faible que celle d’un plein cintre. Aussi, sa réalisation demande méthode, précision et le bon équipement de coffrage.

Ce guide vous explique ce qu'est un arc surbaissé et comment le réaliser facilement avec un moule (cintre) en polystyrène.

1. L'arc surbaissé est un arc dont la flèche est inférieure à la moitié de la portée.
2. Moins haut qu'un arc plein cintre, il est plus technique à poser.
3. Le rapport flèche/portée détermine son degré d'aplatissement : de 1/3 à 1/5 et au-delà.
4. Plus l'arc est surbaissé, plus les poussées latérales sur les piédroits sont importantes.
5. La pose exige un cintre robuste et un tracé géométrique parfait.
6. Un cintre en polystyrène (PSE) simplifie la mise en œuvre, résiste à la pression du béton et garantit une courbe précise.

L'arc surbaissé (aussi appelé arc segmentaire en architecture) est l'arc formé par un segment de cercle inférieur au demi-cercle. Sa hauteur (la flèche) est toujours inférieure à la moitié de sa largeur (la portée) et son centre de cercle est situé en dessous de la ligne

Un arc surbaissé se définit donc par une flèche inférieure à la moitié de la portée entre talons, un centre de courbure abaissé sous la ligne de naissance, et une forme caractéristique « aplatie » qui le différencie immédiatement d'un plein cintre.

Des façades anciennes aux constructions contemporaines, il s'impose donc là où la hauteur disponible ne permet pas un arc plein cintre.

• La flèche (ou montée) : c'est la hauteur mesurée entre la ligne de portée — la corde imaginaire reliant les deux points d'appui — et le point le plus haut de l'intrados (la face inférieure de l'arc). La flèche est donc la hauteur.Plus la flèche est faible par rapport à la portée, plus l'arc est surbaissé.
  
• La portée : c'est la largeur de l'ouverture franchie par l'arc, mesurée horizontalement entre les deux points d'appui (les piédroits). Elle correspond à la corde de l'arc — la ligne droite imaginaire qui relie les deux naissances. C'est la portée qui, combinée à la flèche, détermine le rapport flèche/portée et donc le degré d'aplatissement de l'arc.

Le rapport flèche/portée est la grandeur qui définit le degré d'aplatissement d'un arc surbaissé : il s'obtient en divisant la flèche par la portée.
Un arc en plein cintre affiche un rapport de 1/2 — la flèche est exactement égale à la moitié de la portée. Dès que ce rapport descend en dessous de 1/2, on passe sur ce que l'on nomme "arc surbaissé".

• 1/3 → arc légèrement surbaissé
• 1/4 → arc nettement aplati
• 1/5 et au-delà → arc très surbaissé, mise en œuvre particulièrement exigeante

À titre d'exemple, pour une ouverture de 120 cm, une flèche de 40 cm correspond à un rapport de 1/3, et une flèche de 30 cm à un rapport de 1/4. Plus le rapport est faible, plus le rayon de courbure est grand, plus le centre du cercle s'éloigne vers le bas sous la ligne de naissance — et plus les poussées latérales sur les piédroits sont importantes.

Un arc surbaissé se définit donc par une flèche inférieure à la moitié de la portée entre talons, un centre de courbure abaissé sous la ligne de naissance, et une forme caractéristique « aplatie » qui le différencie immédiatement d'un plein cintre.

Des façades anciennes aux constructions contemporaines, il s'impose donc là où la hauteur disponible ne permet pas un arc plein cintre.

L'arc surbaissé est formé de moins d'un demi-cercle, avec une courbure très peu prononcée. A contrario l'arc en plein cintre forme un demi-cercle parfait : sa flèche est exactement égale à la moitié de la portée, et son centre se trouve sur l'axe à hauteur de la naissance.

Le tableau ci-dessous fait le point sur les différences entre ces deux arcs. 

De fait, pour un même franchissement, le plein cintre exige davantage de hauteur de maçonnerie au-dessus du linteau. L'arc surbaissé est donc privilégié lorsque la contrainte de hauteur est forte — fenêtres basses, ouvertures larges dans des murs épais, bâti ancien aux plafonds bas.

L'arc surbaissé est techniquement plus exigeant que le plein cintre. Plusieurs points de vigilance s'imposent au maçon.

Plus un arc est plat, plus les efforts horizontaux exercés sur les talons et les piédroits sont intenses. Les murs porteurs de part et d'autre de l'ouverture doivent être suffisamment massifs ou chaînés pour absorber ces poussées sans déformation.

Contrairement au plein cintre où le centre de l'arc est évident (milieu de la portée, à la hauteur de la naissance/talon), l'arc surbaissé nécessite de trouver le bon rayon et la position exacte du centre en dessous de la naissance, pour obtenir la flèche souhaitée. Il est donc indispensable d'utiliser les techniques de géométrie (corde, médiatrices, etc.) pour réaliser un tracé exact. Ce tracé conditionne la régularité de toute la courbe.

Avec une faible flèche, les premiers rangs maçonnés travaillent rapidement en flexion. Le cintre de coffrage doit être parfaitement rigide, bien calé, et maintenu en place jusqu'à prise complète du mortier — souvent plusieurs jours. Décoffrer trop tôt est l'une des erreurs les plus fréquentes et les plus risquées.

Compte tenu de la poussée du béton, le cintre de coffrage doit être particulièrement solide pour résister à la pression.

La méthode traditionnelle pour réaliser un arc surbaissé consiste à réaliser un coffrage bois. Cette solution est fiable, mais elle demande du temps, des compétences en tracé et une bonne maîtrise de la menuiserie légère. Pour les artisans comme pour les particuliers avertis, le cintre surbaissé en polystyrène expansé (PSE) offre une vraie alternative. Vous gagnez du temps, vous simplifiez la pose du cintre et vous obtenez une courbe régulière.

• Courbe garantie : fabriqué industriellement sur mesure (flèche, épaisseur, longueur), le cintre PSE donne une courbe parfaitement régulière.
• Légèreté et maniabilité : le polystyrène est simple à transporter et à positionner, même dans des espaces de travail contraints.
• Gain de temps : suppression de la phase de tracé, de découpe et d'assemblage du cintre bois.
• Finition nette : l'intrados du linteau suit exactement la forme du cintre polystyrène, pour un résultat propre et régulier.

• Vérifier que les cotes de l'ouverture (portée et hauteur) correspondent bien aux dimensions du cintre PSE commandé.
• Prévoir des planches de coffrage latérales qui encadreront le moule PSE.

• Placer une planche support dans l'ouverture, reposant sur des chandelles ou étais.
• Centrer le cintre en polystyrène sur cette planche, à la cote de flèche prévue, entre les piédroits.
• Bloquer le moule avec des planches et serre-joints latéraux pour éviter tout déplacement pendant la pose.

• Étayer fermement le dessous de la planche et du moule avec des étais verticaux, correctement calés, pour reprendre le poids de la maçonnerie ou du béton coulé.

• Fermer le coffrage autour du moule avec des planches latérales, positionner les armatures, puis couler le béton

• Une fois le mortier ou le béton complètement durci, retirer le coffrage bois, puis découper ou arracher le polystyrène.

Important : le cintre en polystyrène est un moule, pas un élément structurel. Il ne reprend aucune charge par lui-même. L'étaiement et l'attente de la prise complète sont indispensables avant tout décoffrage.

Les cintres en polystyrène que nous proposons ont une densité standard 12 kg/m³ qui leur confère une bonne résistance à la pression. Une option : 20, 25, 30 kg/m³ est possible. Ils sont par ailleurs conformes aux normes NFT56-201 et DTU 45.1

• Flèche : hauteur de l'arc, mesurée verticalement depuis la ligne de portée jusqu'au point le plus haut de l'intrados (la clef). Sur un arc surbaissé, la flèche est toujours inférieure à la moitié de la portée.
• Talon : zone de naissance de l'arc, là où la courbe décolle du piédroit. C'est le point d'appui de l'arc dans le mur. Sur un arc surbaissé, la jonction entre l'intrados et le piédroit forme un angle marqué (contrairement à l'anse de panier).
• Portée : largeur totale de l'ouverture franchie par l'arc, mesurée horizontalement entre les deux talons (piédroits). Aussi appelée ouverture ou corde de l'arc.
• Intrados : face inférieure (concave) de l'arc, celle que l'on voit depuis l'ouverture. C'est sur l'intrados que reposent les voussoirs et que se lisent les joints..
• Extrados : face supérieure (convexe) de l'arc, opposée à l'intrados. C'est la partie noyée dans la maçonnerie, qui supporte le poids du mur au-dessus.
• Piédroit (ou jambage) : partie verticale du mur qui encadre l'ouverture et supporte les retombées de l'arc. Les piédroits doivent être suffisamment massifs pour résister aux poussées horizontales générées par l'arc surbaissé.
• Rayon de courbure : distance entre le centre du cercle et l'intrados de l'arc. Sur un arc surbaissé, ce rayon est supérieur à la moitié de la portée (contrairement au plein cintre où rayon = demi-portée).
• Poussée : force horizontale exercée par l'arc sur les piédroits et les murs latéraux. Plus la flèche est faible (arc très surbaissé), plus les poussées latérales sont importantes et plus les appuis doivent être robustes.
• Cintre : support provisoire en bois ou en polystyrène, mis en place dans l'ouverture pendant la pose, et qui épouse exactement la forme de l'arc. Il est retiré (décoffré) après prise complète du mortier.
• PSE (Polystyrène Expansé) : matériau léger utilisé pour fabriquer des cintres préfabriqués sur mesure. Simple moule de forme, il ne reprend aucune charge structurelle et doit toujours être étayé correctement pendant la mise en œuvre.
• Coffrage : ensemble du dispositif provisoire (planches, étais, moule) qui maintient la maçonnerie ou le béton dans la forme voulue le temps du durcissement. Le cintre en est le composant principal pour un arc.