Avec une masse volumique d'environ 2 700 kg/m³ contre 7 850 kg/m³ pour l'acier, un caillebotis aluminium pèse près de trois fois moins à géométrie égale. Son module d'élasticité, lui aussi environ trois fois plus faible, impose en contrepartie des barres plus hautes pour tenir la même flèche.
L'aluminium s'emploie en caillebotis sous trois formes principales : panneaux pressés à partir de plats, profilés filés à surface striée assemblés par entretoises, et métal déployé pour les usages légers. Dans tous les cas, ses propriétés physiques diffèrent assez de celles de l'acier pour qu'un panneau ne se remplace pas par son homologue en aluminium sans nouveau calcul.
Constantes physiques face à l'acier de construction
Les valeurs ci-dessous sont celles retenues par les Eurocodes pour le calcul : l'EN 1993-1-1 pour l'acier, l'EN 1999-1-1 pour les alliages d'aluminium.
| Propriété | Acier de construction | Alliages d'aluminium | Conséquence pour le caillebotis |
|---|---|---|---|
| Masse volumique | 7 850 kg/m³ | environ 2 700 kg/m³ | panneau environ 2,9 fois plus léger à géométrie égale |
| Module d'élasticité | 210 000 MPa | 70 000 MPa | flèche environ trois fois plus forte à section et portée égales |
| Coefficient de dilatation | 12 × 10⁻⁶ par kelvin | 23 × 10⁻⁶ par kelvin | jeux de dilatation à prévoir sur les grandes longueurs |
| Comportement au froid | transition ductile fragile selon la nuance | pas de transition, ductilité conservée | atout en chambre froide et en climat rigoureux |
| Température de fusion | vers 1 500 °C | vers 660 °C | perte de résistance rapide en cas d'incendie |
La dilatation mérite un calcul simple. Une passerelle de 6 m soumise à un écart de 50 degrés s'allonge de 6 000 × 23 × 10⁻⁶ × 50, soit environ 6,9 mm en aluminium, contre 3,6 mm en acier. Les trous oblongs et les jeux entre panneaux absorbent cette variation.
Compenser un module d'élasticité trois fois plus faible
La flèche d'une barre porteuse est inversement proportionnelle au produit du module d'élasticité par le moment d'inertie de la section. Pour un plat rectangulaire, ce moment d'inertie varie comme le cube de la hauteur. Retrouver la rigidité d'une barre d'acier avec une barre d'aluminium de même épaisseur demande donc une hauteur multipliée par la racine cubique de 3, soit environ 1,44. Un plat porteur de 30 mm en acier correspond ainsi, en rigidité, à un plat d'environ 43 mm en aluminium.
Le gain de masse se réduit alors : la barre plus haute pèse 1,44 fois plus, ce qui ramène le rapport de masse à environ la moitié de l'acier au lieu du tiers. L'aluminium reste avantageux, mais moins spectaculairement qu'à géométrie égale. Ces principes sont développés dans la fiche charge et portée des caillebotis, et seuls les tableaux du fabricant, établis pour l'alliage et l'état réels, donnent les portées admissibles.
La résistance mécanique dépend fortement de l'alliage et de son état métallurgique. Les nuances les plus résistantes de la série 6000, à l'état trempé revenu, approchent la limite d'élasticité d'un acier doux ; les nuances destinées au filage décoratif restent en dessous. Le soudage abaisse en outre la résistance dans la zone affectée thermiquement, ce que l'EN 1999-1-1 prend en compte par des coefficients de réduction. C'est l'une des raisons pour lesquelles beaucoup de caillebotis aluminium sont assemblés mécaniquement plutôt que soudés.
Série 6000, série 5000 et états métallurgiques
Les profilés et plats de caillebotis sont majoritairement en alliages aluminium magnésium silicium de la série 6000, dont la composition est fixée par l'EN 573-3 et les caractéristiques des produits filés par l'EN 755-2 :
- 6060 et 6063 : filage aisé, bel état de surface, très bonne aptitude à l'anodisation, résistance moyenne ;
- 6005A, 6061 et 6082 : résistance plus élevée, employés pour les barres porteuses fortement sollicitées ;
- états T5 et T6 : mise en solution puis revenu, qui donnent l'essentiel de la résistance de ces alliages.
Les alliages aluminium magnésium de la série 5000, comme le 5083 ou le 5754, offrent la meilleure tenue en ambiance marine. Ils servent surtout pour les tôles larmées, les tôles perforées et le métal déployé en aluminium, plus rarement pour les barres porteuses.
Anodisation, laquage ou métal nu
L'aluminium se couvre naturellement d'une fine couche d'alumine qui le protège dans la plupart des atmosphères. Laissé brut, il ternit et prend un aspect gris mat sans que sa tenue en soit compromise. L'anodisation épaissit artificiellement cette couche par électrolyse ; l'EN ISO 7599 la classe par épaisseur exprimée en micromètres, les classes les plus épaisses étant réservées aux ambiances marines ou industrielles. Le thermolaquage reste possible pour une teinte architecturale, avec une préparation de surface spécifique décrite dans la fiche finitions peintes et thermolaquées.
Sel, béton frais et contacts métalliques
En présence de chlorures, l'aluminium subit des piqûres, en général superficielles et qui se stabilisent, mais disgracieuses. Le rinçage régulier et le choix d'un alliage de la série 5000 pour les tôles les limitent. Deux situations sont plus préoccupantes. Le béton frais, très alcalin, attaque l'aluminium : un pied de panneau noyé dans un scellement doit être protégé. Le contact avec l'acier, l'inox ou le cuivre en milieu humide fait de l'aluminium l'anode d'un couple galvanique. Les précautions d'isolation sont exposées dans la fiche contacts entre métaux et corrosion.
Domaines où l'aluminium se justifie
La légèreté devient décisive lorsque les panneaux sont manipulés souvent ou que la structure porteuse doit rester légère :
- passerelles et plateformes démontables ou mobiles, installées et retirées par une ou deux personnes ;
- nautisme et ouvrages portuaires légers : pontons, passavants, marchepieds de quai ;
- matériel ferroviaire et routier, où chaque kilogramme embarqué compte ;
- trappes et couvertures de fosses ouvertes fréquemment pour la maintenance ;
- architecture : sous-faces, brise-soleil et résilles, traités dans la fiche façades et faux plafonds en caillebotis.
À l'inverse, l'acier reste préférable pour les charges roulantes lourdes, les zones exposées aux chocs violents, les ambiances chaudes, les grandes portées sans appui intermédiaire et les ouvrages pour lesquels une tenue au feu est exigée. L'ensemble des matériaux est comparé dans la rubrique matériaux et finitions.
Sources : EN 1999-1-1 (Eurocode 9, calcul des structures en aluminium) ; EN 1993-1-1 (Eurocode 3) ; EN 573-3 (composition des alliages d'aluminium corroyés) ; EN 755-2 (barres et profilés filés, caractéristiques mécaniques) ; EN ISO 7599 (anodisation de l'aluminium).
