La règle de l’avant-trou nomme le bois et se mesure à partir du fond de filet

La source est le Wood Handbook, Wood as an Engineering Material, FPL-GTR-190, publié par le Forest Products Laboratory du service forestier américain et téléchargeable gratuitement. Le chapitre 8 traite des fixations. La phrase figure comme condition de l’équation d’arrachement des vis à bois : l’équation s’applique lorsque les avant-trous ont un diamètre d’environ 70 pour cent du diamètre à fond de filet dans les résineux, et d’environ 90 pour cent dans les feuillus.

Lue comme une règle de conception plutôt que comme une note de bas de page, elle fait deux choses à la fois. Elle donne un pourcentage, et elle dit de quoi ce pourcentage est pris. Le frêne est un feuillu ; la valeur en jeu était donc 90.

Le manuel donne le pourcentage d’un diamètre et le tableau d’un autre

Quelques pages plus loin, le même chapitre met en tableau les numéros de vis et les diamètres, et ce qu’il tabule, c’est la tige :

Le n° 8 mesure 0,164 pouce : la série numérotée se comporte exactement comme sa formule linéaire le prévoit. Ce que le manuel ne tabule nulle part, c’est le diamètre à fond de filet d’une vis à bois, et nous n’avons pas non plus de source citable ; cette page ne donnera donc pas de valeur en millimètres pour l’avant-trou d’un n° 8. Ce manque n’est pas un reproche au document. C’est le problème pratique : la règle est exprimée dans un diamètre que le lecteur a peu de chances d’avoir sous la main, à quelques pages d’un tableau du diamètre qu’il a.

Le fond de filet est plus petit que la tige ; prendre le pourcentage du mauvais diamètre donne donc toujours un trou plus grand. C’est la défaillance silencieuse. Rien ne casse, la vis entre en douceur, et la charge d’arrachement que l’équation devait prédire ne s’applique plus, car sa condition explicite n’a pas été remplie.

Et le diamètre de référence change dans le même chapitre

C’est ici que la confusion a une origine honnête plutôt que négligente. Quelques pages plus loin, le manuel donne la règle pour les tire-fond, et elle est rédigée par rapport à la tige :

Le manuel ajoute que le plus petit pourcentage de chaque plage s’applique aux tire-fond de petit diamètre et le plus grand aux gros diamètres, et que l’avant-trou de la tige doit avoir le même diamètre que la tige ; un tire-fond demande donc un trou étagé plutôt qu’un seul foret.

Dans un même chapitre, il y a donc deux familles, deux jeux de pourcentages et deux diamètres différents auxquels les appliquer. Un tableau affiché à l’atelier porte les chiffres et rarement la phrase qui dit à quel diamètre ils se rapportent – c’est ainsi qu’un lecteur finit par appliquer la plage d’un tire-fond à une vis à bois, ou un pourcentage de fond de filet à une tige.

Les deux erreurs côte à côte

Le fil de discussion rapportait la première. Les vis étaient presque entièrement entrées avant de céder, et c’est le détail à retenir, car le couple de vissage s’accumule à mesure que le filet s’engage. Les derniers tours sont ceux où le total est le plus élevé ; un trou légèrement trop petit produit donc sa rupture en fin de vissage plutôt qu’au début. Quelqu’un qui visse prudemment et lentement, l’embrayage réglé à mi-course, obtient le même résultat que quelqu’un qui force, simplement plus tard.

La forme générale de cet écart, entre le couple nécessaire pour visser une vis et le couple auquel elle cède, est développée pour les vis autotaraudeuses dans la tôle, une autre famille de fixations avec sa propre norme. Le raisonnement se transpose. Les chiffres non, et cette page n’en cite aucun ici.

Deux choses que le manuel prescrit vraiment, toutes deux bon marché

• Le savon. Lubrifier la surface d’une vis avec du savon ou un lubrifiant similaire est recommandé pour faciliter l’insertion, dit le manuel, surtout dans les bois denses, et cela n’aura que peu d’effet sur la résistance ultime à l’arrachement. C’est cette dernière proposition qui compte, car l’objection habituelle à ce vieux truc d’atelier est qu’une vis glissante doit forcément moins bien tenir, et le document y répond directement
• Un peu plus grand pour une vis longue. Dans le passage sur les tire-fond, le manuel indique qu’avec des vis longues, il faut utiliser des avant-trous légèrement plus grands que ceux recommandés pour une efficacité maximale. Un n° 8 d’un pouce trois quarts est long pour son diamètre
• La profondeur compte aussi, et elle dépend du support. Un code de construction demande à une vis pour plaque de plâtre de pénétrer de 5/8 de pouce dans le bois mais de 3/8 seulement dans l’acier mince : le même principe dans l’autre sens – plus le matériau qui tient le filet est tendre, plus la vis doit aller loin

Le même passage contient une troisième consigne qui semble écrite pour un autre siècle, et ne l’est pas : les vis doivent toujours être vissées, jamais amorcées ni enfoncées au marteau, car cela déchire les fibres du bois et abîme le filet, ce qui réduit sérieusement la capacité portante de la vis. La raison mérite d’être retenue même là où personne ne prend de marteau, car elle dit de quoi la tenue est faite : de fibres intactes enserrant un filet intact. Tout ce qui endommage l’un ou l’autre lors de la pose a déjà consommé une partie de la valeur.

La question du message à laquelle personne n’a répondu

L’auteur demandait si le froid avait pu jouer, les vis étant restées dehors un moment. C’est une meilleure question qu’il n’y paraît, car la température modifie réellement la façon dont une fixation en acier rompt ; la forme générale en est traitée dans ce qu’une classe de qualité dit et ne dit pas des basses températures.

Ici, nous ne prétendrons pas trancher. Nous n’avons aucune donnée basse température pour les vis à bois, aucune valeur de ténacité pour l’acier et le traitement thermique de ces vis, et rien qui permette de comparer un abri froid à un avant-trou percé selon une valeur pour résineux. Ce que l’on peut dire, c’est que le calcul disponible désigne le trou : l’essence était nommée dans la règle, la règle donne un autre pourcentage pour elle, et la rupture est survenue en fin de vissage, là où le couple de vissage est maximal. C’est une explication qui tient sans avoir besoin de la météo.

Ce qu’il faut régler avant le prochain trou

• De quel diamètre le pourcentage est-il un pourcentage ? Réglez cela avant de discuter du chiffre. Se tromper de référence déplace le trou davantage qu’un pourcentage légèrement faux
• L’essence figure-t-elle dans la règle ? Résineux et feuillus sont des lignes différentes, et pour les tire-fond le manuel va plus loin et nomme des groupes
• La vis est-elle longue pour son numéro ? Si oui, le manuel dit de percer un peu plus grand que le trou le plus efficace, et d’accepter le compromis
• Y a-t-il une raison de ne pas utiliser de savon ? Le manuel le recommande dans les bois denses et dit qu’il ne coûte presque rien à l’arrachement

Le point plus général est un constat auquel ce site revient par différents chemins. Une règle empirique voyage bien, ses conditions non. Le pourcentage a été recopié sur cent tableaux ; la phrase qui nomme le diamètre et l’essence est restée dans le manuel.

Le même chapitre contient les équations d’arrachement, et en divisant celle des vis par celle des clous, il ne reste que le bois.

Cet article traite de l’étape 1 : support. L’ordre complet est support, filetage, tête, empreinte, finition et documentation. L’article anglais Specifying a screw explique pourquoi le modifier entraîne une reprise.

Questions fréquentes

Quel avant-trou faut-il pour une vis à bois ?

Le Wood Handbook pose comme condition de son équation d’arrachement un avant-trou d’environ 70 pour cent du diamètre à fond de filet dans les résineux et d’environ 90 pour cent dans les feuillus. Notez les deux moitiés : le pourcentage dépend du groupe d’essences, et c’est un pourcentage du diamètre à fond de filet, pas de la tige. Le manuel tabule les diamètres de tige par numéro mais pas les diamètres à fond de filet ; la valeur doit donc venir de la vis réellement utilisée.

Pourquoi ma vis a-t-elle cassé vers la fin du vissage ?

Parce que c’est là que le couple de vissage est le plus élevé. Le couple s’accumule à mesure que le filet s’engage ; un trou légèrement trop petit produit donc sa rupture dans les derniers tours plutôt qu’au début. Un avant-trou dimensionné selon une règle pour résineux et utilisé dans un feuillu est une façon courante d’en arriver là, et cela arrive au tournevis à main comme à la visseuse.

La règle d’avant-trou est-elle la même pour les tire-fond ?

Non, et la différence ne tient pas qu’aux chiffres. Le Wood Handbook donne l’avant-trou de la partie filetée d’un tire-fond en pourcentage du diamètre de tige : 40 à 70 pour cent pour les résineux de faible densité comme les cèdres et les pins blancs, 60 à 75 pour le douglas et le Southern Pine, et 65 à 85 pour les feuillus denses comme les chênes, le plus petit pourcentage de chaque plage s’appliquant aux petits diamètres. Il précise aussi que l’avant-trou de la tige doit avoir le même diamètre que la tige ; un tire-fond demande donc un trou étagé.

Le savon sur une vis réduit-il sa tenue ?

Le Wood Handbook indique que lubrifier la surface avec du savon ou un lubrifiant similaire est recommandé pour faciliter l’insertion, surtout dans les bois denses, et que cela aura peu d’effet sur la résistance ultime à l’arrachement. Dans la section sur les tire-fond, il réitère la recommandation et ajoute qu’avec des vis longues il faut utiliser des avant-trous légèrement plus grands que les plus efficaces.

Le froid peut-il faire casser des vis ?

La température modifie bien le comportement d’une fixation en acier, et la forme générale de cette question est traitée dans notre page sur ce qu’une classe de qualité ne dit pas des basses températures. Pour une vis à bois dans un abri, nous n’avons aucune donnée : aucune valeur de ténacité pour l’acier et le traitement thermique en question, et rien qui permette de comparer le froid à la taille de l’avant-trou. Dans le cas à l’origine de cette page, le calcul disponible désigne le trou plutôt que la météo.

Pourquoi les tableaux d’avant-trous publiés se contredisent-ils ?

En grande partie parce que ce sont des pourcentages de diamètres différents. Dans un même chapitre du Wood Handbook, la règle des vis à bois est un pourcentage du diamètre à fond de filet et celle des tire-fond un pourcentage de la tige, et un tableau porte généralement les chiffres sans la phrase qui dit à quel diamètre ils se rapportent. Le fond de filet étant plus petit que la tige, la mauvaise référence donne toujours un trou plus grand que prévu.

Références

• Wood Handbook, Wood as an Engineering Material, FPL-GTR-190, Forest Products Laboratory, US Forest Service, 2010 ; chapitre 8, Fastenings : condition d’avant-trou des vis à bois, tableau 8–9 des diamètres de tige par numéro, pourcentages d’avant-trou des tire-fond et consignes sur le lubrifiant et le marteau
• r/woodworking — le fil de discussion de départ, y compris l’auteur écartant la visseuse à chocs et la réponse signalant la même rupture à la main

Le chapitre 8 du Wood Handbook a été lu dans un exemplaire complet du document, et les conditions, pourcentages et consignes cités en reprennent les termes. Le manuel ne tabule pas les diamètres à fond de filet des vis à bois et nous n’avons pas de source citable pour eux ; aucun diamètre d’avant-trou en millimètres n’est donc donné ici, quel que soit le numéro. Ce manque fait partie du propos et n’est pas un oubli. Aucune densité n’est citée pour le frêne, car nous n’avons pas lu les définitions de colonnes du tableau qui la fournirait, et rien sur cette page ne dépend d’une valeur de densité au-delà du fait que le frêne est un feuillu. Aucun couple de rupture n’est donné pour une vis à bois : la norme des vis autotaraudeuses couvre une autre famille de fixations dans la tôle et ses chiffres ne sont pas transposables. L’observation selon laquelle le couple de vissage culmine vers la fin du vissage relève de la mécanique générale et est formulée par nous, pas par le manuel. La remarque du manuel sur la résistance admissible à la traction dans la section nette au fond de filet concerne l’arrachement des tire-fond et n’est pas utilisée ici comme argument de torsion. Rien sur cette page ne diagnostique les vis du fil de discussion ni ne nomme de fabricant.