Sécurité incendie
5. Solutions en matière de sécurité incendie : mesures actives et passives
5.1. Mesures actives
Les mesures actives regroupent toutes les mesures qui empêchent un incendie naissant de se développer complètement. Les mesures les plus souvent mises en œuvre sont :
- détection;
- alarmes;
- extincteurs;
- sprinklers;
- installations d'évacuation des fumées et de la chaleur (EFC);
- réduction du taux d'oxygène (dans certains bâtiments industriels).
Les mesures actives diminuent le risque qu’un incendie se développe complètement. L’incendie reste limité à un incendie local. Dans ce cas, le réchauffement des constructions en acier reste limité et local. La résistance au feu nécessaire peut en principe être obtenue sans mesures passives complémentaires. Cependant, il existe toujours une petite éventualité que les mesures actives ne soient pas en mesure d’empêcher le développement complet de l’incendie. Si on estime que cette éventualité est trop importante, la structure en acier devra en plus être conçue de façon à diminuer suffisamment la possibilité de rupture de celle-ci. Pour cela, les Eurocodes donnent une méthode.
5.2. Mesures passives
Les mesures passives englobent toutes les mesures destinées à augmenter la résistance au feu de la construction en acier face à un incendie complètement développé. Les possibilités sont :
- le surdimensionnement;
- la mise en place de la structure hors du bâtiment;
- l'intégration architecturale;
- l'isolation ignifuge;
- le refroidissement hydraulique.
5.2.1. Surdimensionnement
Le moment de rupture de l’acier dépend de :
- la température critique;
- la vitesse de réchauffement.
En réalisant des constructions en acier plus lourdes que la valeur nécessaire en conception « à froid », la rupture se produira à une température plus élevée et le facteur de profilé (et donc la vitesse de réchauffement) diminuera. Les deux effets retardent le moment de la rupture de la construction. Le surdimensionnement peut être une solution très économique, surtout pour les exigences de 15 ou 30 minutes.
La température critique est la température à laquelle se produit la rupture de l’acier. Elle dépend du taux de charge. Il s’agit du rapport entre la charge pesant sur la construction pendant l’incendie et la capacité portante initiale.
La vitesse de réchauffement de la construction en acier ne dépend pas seulement de l’évolution de la température de l’incendie, mais aussi du rapport entre la surface extérieure chauffée (A) et le volume d’acier (V). Un profil massif présentant une surface extérieure réduite chauffera plus lentement qu’un profil léger chauffé sur une surface extérieure plus grande. Ce rapport est représenté par la massivité (V/A exprimée en mm) ou, à l’inverse, par le facteur de profilé (A/V exprimé en m-1). Cette deuxième définition est utilisée dans les Eurocodes.
5.2.2. Mise en place de la structure hors du bâtiment
En cas d’incendie dans un compartiment d’incendie, une structure de colonnes placée hors du bâtiment n’est chauffée que par le rayonnement des fenêtres et par les flammes éventuelles qui en sortent. De plus, la colonne évacue beaucoup de chaleur par rayonnement dans l’air extérieur.
En évitant de positionner les colonnes directement devant les fenêtres, leur réchauffement reste limité. De cette manière, la structure peut être construite sans isolation ignifuge pour obtenir une résistance au feu de 120 minutes. Dans la partie 1991-1-2 des Eurocodes se trouve une méthode de calcul pour évaluer la résistance au feu. Cette solution peut aussi être économique grâce à une structure en acier inoxydable, et ce malgré le coût plus élevé de ce matériau ; en effet, les propriétés mécaniques à haute température sont meilleures que pour l’acier ordinaire et le matériau est plus durable.
5.2.3. Intégration architecurale
L’intégration architecturale est une manière très répandue de protéger l’acier contre le feu de façon économique. La structure en acier est entièrement ou partiellement intégrée au reste de la construction ; de ce fait, la structure n’est pas chauffée par l’incendie ou alors de façon limitée. Cette intégration permet également de réaliser des sols et des parois planes qui économisent l’espace et facilitent le placement des canalisations et des équipements.
Les colonnes et les poutrelles peuvent aussi être coulées dans le béton, entièrement ou partiellement et les profilés creux peuvent être remplis de béton. Pour calculer leur résistance au feu, dans le cadre de CIDECT, le logiciel POTFIRE a été développé. Différentes méthodes de calcul pour différents types de poutrelles et de colonnes sont données dans les Eurocodes (partie 1994-1-2). De cette manière, on peut atteindre une résistance au feu de 120 minutes.
POTFIRE est un logiciel simple et gratuit permettant de calculer la résistance au feu des colonnes non-protégées en profils d’acier creux remplis de béton. Il existe une version POTFIRE selon l’ENV 1994-1-2 :2002 et une nouvelle version selon l’EN 1994-1-2 :2005. La version EN utilise des caractéristiques de matériaux pour l’acier et le béton légèrement différentes de celles de la version ENV. Les différences sont dans tous les cas très faibles.
5.2.4. Isolation ignifuge
Pour que l’acier parvienne à la résistance au feu désirée, une méthode très courante consiste à protéger la structure contre le feu au moyen d’une isolation ignifuge. Il existe différents matériaux d’isolation :
- peinture intumescente
- panneautage
- mortier projeté
Pour chacun de ces matériaux, l’épaisseur nécessaire dépend de la température critique et du facteur de profilé de la structure en acier.
Les épaisseurs sont données dans une fiche technique. Les fiches techniques des matériaux d’isolation se basent sur une série d’essais au feu destinés à étudier le comportement isolant du matériau et la mesure dans laquelle celui-ci reste fixé à la structure en acier durant l’incendie. Les résultats des essais sont traités mathématiquement pour obtenir des valeurs de conception pour les épaisseurs d’isolation nécessaires. En fonction des méthodes d’essai et de calcul, il peut exister plusieurs fiches techniques pour le même matériau. Néanmoins, les valeurs de conception de toutes les fiches techniques se trouvent toujours du côté de la sécurité par rapport aux résultats des essais.
Peinture intumescente
Afin de donner à la structure la résistance au feu désirée et de laisser malgré tout l’acier apparent, on a souvent recours à l’application d’une fine couche de peinture intumescente. La peinture gonfle lorsqu’elle est chauffée et forme une couche isolante qui ralentit le réchauffement de l’acier.
L’épaisseur de la couche dépend de la résistance au feu désirée. La peinture peut être appliquée en une ou plusieurs couches de quelques dixièmes de millimètres, en atelier ou sur chantier. L’épaisseur se contrôle facilement au moyen d’une jauge d’épaisseur conçue à cet effet.
Bien qu’une résistance au feu de 120 minutes puisse être atteinte pour des profils lourds, la méthode s’applique le plus couramment pour des exigences de résistance au feu de 30 et 60 minutes. Afin d’économiser sur l’épaisseur et le nombre de couches à appliquer, il peut être économique de surdimensionner la structure en acier. En effet, le surdimensionnement élève la température critique et fait diminuer le facteur de profilé et donc la vitesse de réchauffement.
Pour assurer une bonne efficacité, l’acier doit être sablé et recevoir une couche d’apprêt. La durabilité de la peinture dépend des conditions dans lesquelles se trouve la construction. Si la peinture est appliquée dans un environnement humide, une couche de finition doit être appliquée sur la peinture intumescente afin d’obtenir une durabilité de 10 à 20 ans. Le fournisseur de la peinture peut fournir des conseils sur ce point.
Panneautage
Les panneaux coupe-feu sont traditionnellement souvent utilisés et ils permettent d’obtenir n’importe quelle résistance au feu. Il existe des panneaux à base de plâtre (armé de fibres), de silicate de calcium ou de laine minérale. Les plaques à base de plâtre ou de silicate de calcium sont tout à fait adaptées pour le travail en apparent. Une bonne fixation est essentielle au panneautage afin que les plaques puissent suivre les déformations de l’acier durant l’incendie. Les dimensions des plaques, leur type et l’interdistance des fixations doivent être conformes aux prescriptions de la fiche technique.
Mortier projeté
Les mortiers projetés sont mis en œuvre sur chantier et permettent d’atteindre n’importe quelle résistance au feu. Les mortiers projetés peuvent être une solution très économique, mais la surface du mortier est rugueuse et donc moins adaptée pour les surfaces apparentes.
Afin d’assurer une bonne adhérence, l’acier doit généralement d’abord être sablé et recouvert d’une couche anticorrosion. Les informations relatives à ce point se trouvent dans la fiche technique.
5.2.5. Le refroidissement hydraulique
Les profilés creux peuvent être protégés contre le feu (120 minutes et plus) de manière efficace en les remplissant d’eau. La circulation de l’eau est essentielle afin d’évacuer la chaleur et d’empêcher l’eau de bouillir. La circulation peut être démarrée de manière naturelle grâce à la montée locale de l’eau chauffée par le foyer d’incendie. Le système est surtout efficace pour des colonnes se trouvant dans des immeubles relativement élevés. De cette manière, on peut réaliser une construction très élancée et avenante.
sommaire - chapitre1 - chapitre2 - chapitre3 - page4 - chapitre5 - chapitre6 - références