Les voûtes se déclinent sous de nombreuses formes, comme l'arc romain ou l'arc trilobé. Une voûte travaille principalement en compression : elle supporte des charges compressives, et non des charges de traction. Pour illustrer la différence, imaginez un bloc de 45 kilos posé au sommet d'une colonne : il comprime celle-ci, c'est une charge de compression. À l'inverse, un bloc de 45 kilos suspendu à un câble d'acier, dont l'autre extrémité est attachée à une branche d'arbre, met le câble en tension : c'est une charge de traction.
Employer l'arc comme élément structurel présente de nombreux avantages, liés à la distance qu'il permet de franchir, aux charges qu'il peut supporter, ainsi qu'aux matériaux et à la forme de la voûte elle-même. Dans l'ensemble, la conception d'une structure en voûte offre une grande liberté aux architectes et aux ingénieurs.
La distance franchissable
Recourir à une voûte comme structure principale s'avère très avantageux lorsqu'il faut franchir une longue distance. Un arc peut couvrir une portée plus grande (entre deux points d'appui verticaux) qu'une poutre droite. Cela s'explique par la manière dont l'arc gère les forces, ou vecteurs. Grâce à ce phénomène, une voûte supporte davantage de charges qu'un élément horizontal rectiligne.
Par exemple, on préférera une arche comme élément structural principal pour un pont franchissant un grand canyon, plutôt qu'un tablier plat et rectiligne. Puisqu'une voûte peut couvrir une plus grande portée qu'un élément plat, cela réduit le besoin de supports verticaux supplémentaires et diminue donc les coûts de construction.
Une capacité portante supérieure
Une voûte travaille excellemment en compression. Un arc structurel peut supporter bien plus de charge qu'une poutre plate ou une simple planche. Les forces exercées par une voûte sont tangentes à ses extrémités et portent le nom de poussée. Ainsi, un arc plus plat générera davantage de force, laquelle est transmise en toute sécurité vers le sol.
Globalement, une voûte gère mieux les charges de compression qu'un élément structurel droit, car elle transfère les charges qui lui sont appliquées vers le sol de manière plus efficace. Pour illustrer ce principe : si vous prenez deux planches de bois identiques et que vous en courbez une en arc, la planche plate se brisera bien avant la forme arquée lorsque des charges identiques seront appliquées aux deux.
Matériaux et formes
La forme en voûte étant si efficace pour franchir des distances et porter des charges, une grande variété de matériaux et de formes peut être utilisée pour construire un arc. Cela offre au concepteur une flexibilité considérable quant aux propriétés esthétiques de la structure.
Si l'ingénieur souhaite créer un arc léger et fin, il pourra opter pour une voûte en treillis : un arc composé de nombreux éléments plus petits et plus fins, plutôt que d'une masse unique et massive. Côté matériaux, le concepteur peut choisir parmi pratiquement tous les principaux matériaux de construction : le bois, l'acier, le béton et la maçonnerie. Tous ces matériaux supportent très bien les charges de compression.
Les aqueducs romains antiques constituent un exemple remarquable d'arcs en maçonnerie.
Une multitude d'usages
Les voûtes présentent des usages très variés. À petite échelle, elles soutiennent très efficacement la charpente d'une maison. À une échelle bien plus importante, elles permettent de construire un pont au-dessus d'un large fleuve.
Les arcs peuvent également être employés en orientation inversée, en forme de « U », pour suspendre d'autres éléments structurels. Un exemple emblématique est le pont suspendu, comme le Golden Gate Bridge de San Francisco, qui utilise un arc inversé pour soutenir son tablier. Enfin, contrairement à un élément droit, une voûte peut offrir un soutien tout en restant traversable, ce qui donne à l'architecte davantage d'options pour créer des ouvertures dans un bâtiment.
Le Golden Gate Bridge utilise un arc inversé pour suspendre son tablier routier.
Source : https://jardin.98905.com/building-remodeling/architecture/1007031918.html