Lorsque les gens choisissent une serre, ils s'intéressent souvent en premier lieu au diamètre du tube en acier, à l'épaisseur de la paroi ou à l'épaisseur du revêtement galvanisé. En revanche, on accorde généralement beaucoup moins d'importance à la nuance d'acier utilisée pour la fabrication du tube.
Toutefois, dans le cas d’une serre commerciale conçue pour une utilisation à long terme, la dimension des tubes n’est qu’un élément parmi d’autres de la performance structurelle. La limite d’élasticité, la résistance à la traction, la formabilité, la soudabilité et le rôle de l’acier au sein du système structurel global peuvent tous influencer la capacité de la serre à résister en toute sécurité aux charges dues au vent, à la neige, aux équipements et aux cultures.
Dans la fabrication de serres en Chine, les nuances d’acier de construction Q195, Q235 et Q355 comptent parmi les plus couramment utilisées. Elles ne doivent pas être considérées simplement comme des matériaux “ de qualité inférieure, moyenne ou supérieure ”. Il s’agit en réalité de classes de résistance différentes, destinées à remplir des fonctions structurelles distinctes.
Pour bien comprendre cette différence, il est utile de commencer par la notion de limite d'élasticité.
Que signifient réellement les désignations Q195, Q235 et Q355 ?
Lorsque l'acier est soumis à une force extérieure, il subit d'abord une déformation élastique.
Si la charge est relativement faible, l'acier peut retrouver en grande partie sa forme initiale une fois la force supprimée. Cependant, dès que la contrainte atteint un certain seuil critique, l'acier commence à subir une déformation plastique permanente.
Ce point critique est lié à la limite d'élasticité.
En termes simples, la limite d'élasticité correspond au niveau de contrainte qu'un matériau en acier peut supporter avant que ne commence une déformation permanente.
Dans les nuances chinoises Q195, Q235 et Q355, la lettre “ Q ” fait référence à la limite d'élasticité, tandis que le chiffre indique le niveau de résistance nominal en MPa.
D'une manière générale :
Le Q195 est un acier de construction à faible résistance, le Q235 est un acier de construction à résistance moyenne très répandu, et le Q355 est un acier de construction à haute résistance.
Il serait toutefois trompeur de conclure que le Q355 est toujours “ meilleur ” que le Q235.
La sécurité d'une serre ne dépend pas uniquement de la résistance des matériaux.
Les structures de serres ne cèdent généralement pas simplement parce que l'acier est “ trop faible ”
Une serre présente une caractéristique structurelle très importante : bon nombre de ses éléments sont longs, élancés et constitués de tubes en acier à paroi relativement fine.
Pour ce type de structure, l'un des principaux risques ne réside pas nécessairement dans la rupture ou l'écrasement de l'acier. C'est plutôt l'instabilité structurelle qui peut devenir le facteur déterminant.
Par exemple, une colonne de serre de grande hauteur peut se déformer ou se flamber sous l'effet d'une charge latérale due au vent, même si l'acier utilisé présente une limite d'élasticité élevée, notamment si la section transversale est trop petite, si la paroi est trop mince ou si l'espacement entre les colonnes est trop important.
C'est pourquoi un tube Q355 de faible épaisseur n'est pas automatiquement plus sûr qu'un tube Q235 correctement conçu, doté d'une section transversale plus grande et mieux adaptée.
La résistance du matériau nous indique le niveau de contrainte que l'acier lui-même est capable de supporter. La structure d'une serre doit également répondre à d'autres questions :
- Le membre va-t-il se courber de manière excessive ?
- Est-ce qu'il va céder ?
- La connexion va-t-elle échouer ?
- Les fondations résisteront-elles au soulèvement ?
- La serre dans son ensemble restera-t-elle stable en tant que système tridimensionnel ?
D'un point de vue technique, la nuance d'acier ne constitue qu'un élément parmi d'autres de la conception.
Le rôle de Q195 ne se résume pas simplement à son “ faible coût ”
Le Q195 est souvent considéré comme un acier de base ou économique, mais cela ne signifie pas pour autant qu'il n'ait aucune valeur technique.
Pour les pièces soumises à des contraintes relativement faibles, présentant de petites sections transversales ou pour lesquelles une bonne formabilité est souhaitable, le Q195 peut constituer un choix économique et pratique.
Il peut être utilisé dans :
- Petites serres en tunnel ;
- Structures agricoles légères ;
- Renforts auxiliaires ;
- Tubes de support de petit diamètre ;
- Éléments de l'enceinte secondaire ;
- Éléments structurels non critiques.
Ces éléments ne supportent pas nécessairement la charge principale due au vent ou la charge du toit ; par conséquent, l'utilisation systématique d'acier à haute résistance n'apporterait pas toujours un avantage significatif.
Si tous les éléments d'une serre étaient remplacés par du Q355, l'augmentation des coûts n'entraînerait peut-être pas une amélioration proportionnelle des performances structurelles globales.
Le rôle concret du Q195 peut donc être décrit comme suit : un matériau économique destiné aux structures légères et aux éléments porteurs non critiques.
Toutefois, dès lors que la portée, la hauteur, l’exposition au vent ou le poids de la couverture augmentent, le Q195 devient moins adapté aux éléments structurels principaux.
Pourquoi le Q235 est devenu l'un des principaux aciers de construction utilisés pour les serres
Le Q235 est l'un des aciers de construction les plus couramment utilisés dans le secteur chinois des serres.
Son principal atout réside dans son équilibre.
Il propose :
- Intensité modérée ;
- Bonne soudabilité ;
- Bonnes performances de formage ;
- Disponibilité stable ;
- Un coût relativement abordable.
C'est pourquoi le Q235 est couramment utilisé pour :
- Rubriques ;
- Arches ;
- Poutres ;
- Lisses ;
- Renfort ;
- Faisceaux ;
- Supports de gouttières ;
- Châssis de porte ;
- Autres éléments porteurs généraux.
Pour de nombreuses serres commerciales classiques recouvertes d'un film plastique, l'acier Q235 offre un bon compromis entre la sécurité structurelle et le coût total du projet.
C'est l'une des principales raisons pour lesquelles il est si largement utilisé dans les serres à film à plusieurs travées.
Si une serre n'est pas exposée à des vents exceptionnellement violents, à la neige ou à des portées importantes, l'acier Q235 constitue souvent un choix très pratique.
C'est là que le Q355 révèle son véritable atout
La principale valeur du Q355 ne réside pas dans le fait qu’il s’agisse d’un acier “ haut de gamme ”.
Son véritable avantage réside dans le fait qu’il offre une réserve de résistance supérieure pour une même section transversale.
Cela n'aura peut-être pas d'impact considérable dans une petite serre, mais cette valeur prend tout son sens dans le cadre de projets impliquant :
- Grandes portées ;
- Hauteur importante des gouttières ;
- Des faîtes de toit élevés ;
- Vents violents ;
- Exposition côtière ou insulaire ;
- Fortes chutes de neige ;
- Vitrage ;
- Revêtement en polycarbonate ;
- Poutres principales ;
- Chroniques d'opinion ;
- Zones structurelles soumises à de fortes contraintes.
Par exemple, lorsque la portée d'une serre passe à 9 m, 10 m, voire 12 m, les efforts internes dans les arcs de toiture et les éléments structurels principaux augmentent considérablement.
Si le projet est en outre situé dans une zone côtière, sur une île ou dans une plaine dégagée, la charge due au vent peut devenir le facteur déterminant pour la conception.
À ce stade, le simple fait d'augmenter l'épaisseur des éléments en Q235 peut entraîner une augmentation du poids total de l'acier, des coûts de transport et de la difficulté de mise en œuvre.
L'utilisation du Q355 peut permettre à l'ingénieur d'atteindre un niveau de résistance plus élevé sans augmenter de manière significative les dimensions des éléments.
C'est ce qui rend le Q355 particulièrement intéressant pour les grandes serres commerciales, les serres en verre, les serres en polycarbonate, les structures à grande hauteur sous plafond et les sites exposés à des vents violents.
Son véritable objectif n'est pas de remplacer tout l'acier ordinaire, mais d'utiliser un matériau plus résistant là où une résistance accrue est réellement nécessaire.
Pourquoi une serre peut-elle utiliser plusieurs nuances d'acier en même temps ?
Une conception de serre aboutie n'utilise pas nécessairement la même nuance d'acier pour tous les composants.
Les différentes parties de la structure remplissent des fonctions très différentes.
Les poteaux principaux peuvent supporter des charges verticales et latérales importantes. Les fermes principales peuvent résister à d'importantes forces de flexion. Les entretoises secondaires peuvent principalement servir à stabiliser l'ensemble de la structure.
Si tous les composants sont fabriqués dans la même nuance d'acier, deux problèmes peuvent se poser :
Soit certains membres importants n'ont pas une capacité suffisante, soit de nombreux membres secondaires sont surspécifiés.
Une conception plus rationnelle pourrait recourir à :
- Q355 pour les éléments porteurs critiques ;
- Q235 pour les éléments de structure généraux ;
- Du Q195 ou tout autre matériau adapté aux composants secondaires plus légers.
Cette approche permet d'utiliser de l'acier à haute résistance là où il apporte une réelle valeur ajoutée, tout en évitant des coûts de matériaux superflus ailleurs.
Le fait que l’acier soit à haute résistance ne signifie pas que le tube puisse être fabriqué avec une épaisseur aussi mince que l’on veut
Le Q355 présentant une limite d'élasticité plus élevée, certains acheteurs partent du principe qu'il suffit de réduire considérablement l'épaisseur de la paroi.
En théorie, l'acier à haute résistance peut contribuer à réduire le poids des structures dans certaines applications. Dans la pratique, les choses ne sont pas aussi simples.
De nombreux éléments de serre sont des éléments de compression élancés.
À mesure que l'épaisseur de la paroi diminue, le problème principal peut passer de la limite d'élasticité au flambage local ou global.
Par exemple :
Un tube carré à paroi mince peut subir un flambage local de la paroi, tandis qu'un tube rond très élancé peut céder en raison d'une instabilité globale.
Dans de tels cas, le fait de remplacer le matériau Q235 par du Q355 ne résout pas automatiquement le problème de stabilité géométrique.
La véritable valeur de l'acier à haute résistance ne réside donc pas dans la possibilité d'amincir indéfiniment les sections. Il offre à l'ingénieur une plus grande souplesse pour optimiser la structure.
Pourquoi la charge due au vent est-elle si importante dans le choix de l'acier pour les serres ?
Pour de nombreuses serres agricoles, la charge due au vent constitue l'un des facteurs les plus importants à prendre en compte dans la conception structurelle.
Une serre est relativement légère, mais sa surface exposée au vent est très importante.
Une serre à travées multiples, d'une longueur de plusieurs dizaines, voire de plusieurs centaines de mètres, peut être soumise à des forces horizontales importantes en cas de vents violents.
Le vent ne se contente pas de “ pousser ” la serre d'un seul côté.
Il permet de créer :
- Pression positive sur les parois au vent ;
- Aspiration sur les toitures ;
- Forces de portance ;
- Pression locale élevée au niveau des parois d'extrémité ;
- Importantes différences de pression lorsque les évents ou les portes sont ouverts.
C'est pourquoi la conception des serres résistantes aux vents violents met souvent fortement l'accent sur :
- Parois d'extrémité ;
- Rubriques principales ;
- Arcs de toiture ;
- Systèmes de contreventement ;
- Ancrage de fondation ;
- Stabilité longitudinale.
Dans des conditions climatiques normales, l'acier Q235 peut s'avérer suffisant pour de nombreux éléments de structure. Dans les zones côtières, insulaires ou exposées à des vents violents, il peut s'avérer nécessaire de remplacer les éléments critiques par de l'acier Q355.
Le choix de la nuance d'acier appropriée dépend de la charge de calcul réelle, et non pas simplement du pays dans lequel la serre est construite.
La sécurité d'une serre dépend de son système structurel, et non d'une seule nuance d'acier
Une serre se comporte comme une structure d'ensemble.
Les colonnes, les arcs, les éléments longitudinaux, les contreventements transversaux, le renforcement des parois d'extrémité, les assemblages et les fondations fonctionnent tous de concert.
Si un élément important de ce système de stabilité fait défaut ou n'est pas suffisamment dimensionné, l'utilisation d'un acier à haute résistance ne suffira peut-être pas à elle seule à résoudre le problème.
Par exemple :
Une serre dépourvue de renforts longitudinaux suffisants peut osciller de manière excessive sous l'effet du vent.
Une paroi d'extrémité mal renforcée peut devenir le premier point de rupture.
Une fondation insuffisante peut entraîner le soulèvement de la serre avant même que les éléments en acier n’atteignent leur limite de résistance.
C'est pourquoi la conception structurelle professionnelle d'une serre doit prendre en compte, dans une approche globale, la résistance des matériaux, les dimensions des éléments, le contreventement, les assemblages et les fondations.
La nuance d'acier et la protection contre la corrosion doivent être évaluées séparément
Une autre idée fausse courante consiste à considérer que les désignations Q235 ou Q355 indiquent également la résistance à la corrosion.
Ce n'est pas le cas.
Les normes Q195, Q235 et Q355 définissent les propriétés mécaniques de l'acier.
Des termes tels que :
- Galvanisé à chaud ;
- Pré-galvanisé ;
- galvanisé selon le procédé Sendzimir ;
- Z275 ;
décrire le système de protection contre la corrosion ou le revêtement en zinc.
Un tube de serre peut donc être :
- Q235 galvanisé à chaud ;
- Q355 galvanisé à chaud ;
- Q235 avec un revêtement galvanisé en continu Z275 ;
- Q355 avec un autre système de protection galvanisée.
Pour qu'une serre soit durable, elle doit présenter à la fois une résistance structurelle suffisante et une protection suffisante contre la corrosion.
Pourquoi la protection contre la corrosion est-elle particulièrement importante dans les serres ?
L'intérieur des serres comprend généralement :
- Humidité élevée ;
- Condensation ;
- Eau d'irrigation ;
- Engrais ;
- Produits agrochimiques ;
- Variations de température.
Dans les zones côtières, les embruns salins peuvent également accélérer la corrosion.
Même en cas d'utilisation du Q355, une protection insuffisante contre la corrosion peut tout de même réduire la durée de vie de la structure, car la corrosion diminue progressivement l'épaisseur effective de l'acier.
Dans ce cas, le problème ne réside pas dans le fait que la nuance d'acier d'origine était trop faible. Le problème vient du fait que la section de la structure diminue avec le temps.
Dans le domaine des serres, la résistance à la corrosion peut donc être tout aussi importante que la résistance mécanique de l'acier.
La galvanisation à chaud, la pré-galvanisation et la nuance d'acier sont des concepts distincts
Des termes tels que :
Galvanisé à chaud
Pré-galvanisé
Sendzimir
Z275
décrire les systèmes de protection des surfaces ou de revêtement au zinc.
Les normes Q195, Q235 et Q355 définissent la résistance des matériaux.
Ces deux types d'informations doivent toujours être évalués séparément.
La nuance d'acier influe sur la capacité de charge, tandis que le revêtement galvanisé influe principalement sur la résistance à la corrosion à long terme.
Une même nuance Q235 ne peut pas toujours être considérée comme identique quelle que soit son épaisseur
Un bon de commande qui indique simplement :
“ Matériau : Q235 ”
ne fournit pas toutes les informations nécessaires à la conception structurelle.
Dans les normes relatives à l'acier de construction, les exigences minimales en matière de limite d'élasticité peuvent varier en fonction de l'épaisseur du matériau.
Par conséquent, une conception professionnelle doit également identifier :
- Dimensions du tube ;
- Épaisseur de la paroi ;
- Nuance d'acier ;
- Norme relative aux matériaux applicable ;
- Procédé de fabrication ;
- Conditions de livraison, le cas échéant.
Cela revêt une importance particulière dans le cadre de projets de serres de grande envergure.
Le simple fait de dire “ nous utilisons du Q355 ” ne prouve pas que la structure soit sûre.
Ce qui importe, c'est l'endroit où le Q355 est utilisé, le profil et l'épaisseur choisis, ainsi que le fait de savoir si l'ensemble de la structure a été calculé pour les charges requises.
Pourquoi les serres en verre nécessitent-elles généralement davantage d'acier à haute résistance ?
Le film plastique étant très léger, la charge permanente d'une serre en film est relativement faible.
Les serres en verre sont très différentes.
Le verre est plus lourd et également plus sensible aux déformations structurelles.
Si l'ossature principale se déforme de manière excessive, cela peut compromettre non seulement la stabilité structurelle, mais aussi l'intégrité du vitrage, des joints d'étanchéité et des systèmes d'assemblage.
C'est pourquoi les serres en verre mettent généralement davantage l'accent sur :
- Rigidité des colonnes ;
- Rigidité de la charpente ;
- Déformation articulaire ;
- Stabilité globale du châssis.
De ce fait, le Q355 peut être utilisé de manière plus intensive que dans une serre à film classique.
Les serres en polycarbonate se situent généralement à mi-chemin entre les structures en film plastique et celles en verre.
Le choix de l'acier pour les serres repose en fin de compte sur un compromis entre sécurité et rentabilité
L'ingénierie ne consiste pas à utiliser systématiquement les matériaux les plus chers.
Si l'acier Q235 répond en toute sécurité aux exigences de conception d'un projet, le fait de remplacer chaque élément par de l'acier Q355 pourrait n'apporter que peu d'avantages concrets.
En revanche, dans une grande serre exposée à des vents violents, chercher à réaliser des économies en utilisant partout de l'acier de moindre résistance peut nécessiter des éléments plus épais et davantage d'armatures, ce qui peut augmenter le poids total de l'acier.
Par conséquent, la véritable comparaison devrait porter sur l’efficacité structurelle globale et le coût de la serre, tout en respectant les charges de conception requises.
Cela ne devrait pas se limiter à :
“ Quelle nuance d'acier est la moins chère à la tonne ? ”
Comparaison entre les nuances d'acier chinoises et les nuances européennes, américaines et japonaises
Dans le cadre de projets internationaux de serres, il se peut que les clients étrangers soient plus familiers avec les nuances d'acier européennes, ASTM ou JIS.
D'un point de vue général concernant le niveau de force :
- Le Q195 est proche des nuances européennes de faible résistance telles que le S185 ;
- Le Q235 est souvent comparé aux normes EN S235, ASTM A36 et JIS SS400 ;
- Le Q355 est souvent comparé à l'EN S355, à l'ASTM A572 Grade 50 et au JIS SM490.
Ces comparaisons sont utiles pour comprendre les niveaux de force relatifs, mais elles ne doivent pas être interprétées comme une équivalence exacte.
Différentes normes peuvent définir des exigences différentes concernant :
- Composition chimique ;
- Limite d'élasticité ;
- Résistance à la traction ;
- Allongement ;
- Résistance aux chocs ;
- Plage d'épaisseur ;
- Conditions de livraison.
Par exemple, les nuances européennes telles que S235JR, S355JR, S355J0 et S355J2 prévoient également différentes exigences en matière de résistance aux chocs.
Il convient donc de considérer les comparaisons internationales en matière d'acier comme portant sur des classes de résistance similaires, et non comme des normes automatiquement interchangeables.
Quelle nuance d'acier convient le mieux à une serre ?
Il n'y a pas de réponse unique.
Une petite serre tunnel saisonnière, dans une région au climat doux, peut donner d'excellents résultats avec les modèles Q195 ou Q235.
Une serre commerciale classique à plusieurs travées, à film plastique, peut utiliser de l'acier Q235 pour la plupart de ses éléments structurels.
Une serre plus haute et plus large, dotée de matériaux de couverture plus lourds, peut nécessiter une combinaison d'acier Q235 et Q355.
Une serre située sur une île exposée au vent, dans une région côtière ou dans une zone à forte névière peut nécessiter une proportion plus importante de Q355 dans les éléments structurels critiques.
La bonne question de départ n'est donc pas :
“ Quelle nuance d'acier devrions-nous utiliser ? ”
C'est :
“ À quelles charges cette serre doit-elle résister ? ”
La différence entre les nuances Q195, Q235 et Q355 ne se résume pas à une simple différence de prix du matériau. Il s'agit d'une différence au niveau de la classe de résistance, du rôle structurel et de l'efficacité technique.
Le Q195 est généralement plus adapté aux éléments de faible sollicitation et aux composants secondaires. Le Q235 est largement utilisé comme acier de structure principal dans les serres commerciales classiques. Le Q355 s'avère plus intéressant dans les projets de serres à grande portée, à grande hauteur libre, exposées à des vents violents, à couverture lourde et répondant à des normes élevées.
Cependant, aucune nuance d'acier ne peut à elle seule garantir la sécurité d'une serre.
Pour qu'une serre soit fiable, il faut prendre en compte, dans le cadre d'un système intégré, les propriétés de l'acier, les dimensions des tubes, l'épaisseur des parois, la stabilité structurelle, les charges dues au vent et à la neige, les assemblages, les fondations et la protection contre la corrosion.
La conception professionnelle de serres ne consiste donc pas à utiliser partout de l'acier de la plus haute résistance.