Grâce à cette victoire au forceps sur les tenants du titre, les Bleus terminent en tête de leur poule et affronteront vendredi (20h40 GMT) le Canada, arrivé dans le dernier carré à la surprise générale.
Ils évitent ainsi un duel compliqué contre les champions olympiques brésiliens, qui compteront sur le soutien de leur public face aux Etats-Unis (18h05 GMT).
Les hommes de Laurent Tillie rêvent de rééditer l'exploit de 2015, quand ils avaient remporté le premier grand titre du volley français, déjà en terres brésiliennes, à Rio de Janeiro.
Depuis leur arrivée à Curitiba, les Bleus ont montré qu'ils avaient les nerfs solides, avec deux victoires au tie-break.
Après avoir dominé les Américains au bout du suspense mardi, ils devaient remporter au moins deux sets contre les Serbes pour valider leur billet pour les demies.
Dominés au bloc en début de match, les Bleus ont accusé un retard de quatre points (9-5), vite comblé par une grande série du gaucher Julien Lyneel au service.
Totalement relancés, ils ont su hausser leur niveau de jeu pour s'adjuger la première manche, grâce notamment à un sauvetage spectaculaire de la star Earvin Ngapeth sur la balle de set.
La "Team Yavbou" a ensuite compté sur la vivacité jeune Stephen Boyer, 21 ans, pour enlever sans trembler la deuxième manche.
Une fois la qualification en poche, Laurent Tillie a décidé de ménager ses cadres en se passant de Lyneel, Ngapeth et du passeur Benjamin Toniutti, même s'il restait encore un set à gagner pour assurer la première place de la poule.
Un pari risqué qui a bien failli mettre les Bleus sur le chemin de l'épouvantail brésilien.
La réaction d'orgueil des tenants du titre a remis les deux équipes à égalité deux sets partout, mais les titulaires français sont revenus sur le parquet au tie-break pour préserver l'invincibilité de la "Team Yavbou" dans ce Final Six.
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