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De nouvelles règles de calcul face au risque incendie

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De nouvelles règles de calcul face au risque incendie

Formant une « meringue » sous l’effet de la chaleur, une peinture intumescente assure une résistance au feu de la structure.

© (Doc. Eliokem.)

Les Eurocodes renouvellent les règles de dimensionnement des structures en acier face au risque d’incendie et ouvrent désormais la voie à une ­ingénierie de la sécurité.

Construire en acier implique avant tout de déterminer avec précision les règles impératives à appliquer au projet en matière de sécurité « incendie ». La sécurité contre les risques d’incendie des constructions est régie en France par des textes législatifs et réglementaires et des textes normatifs. S’y ajoutent maintenant des directives communautaires qui modifient à l’échelle européenne les modes de calculs des structures acier. Les exigences minimales édictées dans ces documents s’appliquent aussi bien aux constructions neuves qu’aux constructions existantes. En fonction de leur nature et de leur destination, les bâtiments sont classés selon des exigences réglementaires différentes établies sous la responsabilité de plusieurs ministères. Par exemple, la sécurité des ERP (1) et des IGH (2) relève de la Ddsc (3) au ministère de l’Intérieur ; celle de l’habitat du ministère du Logement ; celle des installations classées du ministère de l’Écologie et du Développement durable. Les bâtiments recevant des travailleurs relèvent également du ministère du Travail. Toutes ces réglementations s’ajoutent bien sûr, aux codes généraux (collectivités locales) ou spécifiques relatifs à l’acte de construire (codes de l’urbanisme, de la construction, du travail).

En complément de cette approche « destination d’ouvrage », le droit communautaire sur les produits de construction - directives 89/106/CEE et 93/68/CEE - énonce des exigences essentielles relatives à la conception et à la construction des ouvrages. Ces exigences portent sur :

- la stabilité des éléments porteurs qui doit être présumée pendant une durée déterminée ;

- l’apparition et la propagation du feu et de la fumée qui doit être limitée à l’intérieur de l’ouvrage ;

- l’extension du feu à des ouvrages voisins qui doit être limitée ;

- les occupants qui doivent pouvoir quitter les ouvrages indemnes ou être secourus d’une autre manière ;

- la sécurité des équipes de secours qui doit être prise en considération.

Ces directives ont été transposées par les décrets n° 92-647 du 8 juillet 1992, modifié par le décret n° 95-1051 du 20 septembre 1995.

Aligner le projet sur le texte réglementaire le plus défavorable

La réglementation de sécurité est définie dans de nombreux arrêtés spécifiques selon la nature de l’ouvrage : ERP, bâtiments d’habitation, IGH, établissements industriels et commerciaux, constructions pour installations classées. Une meilleure connaissance des risques et la mise en œuvre de directives européennes - applicables après transpositions en règles nationales - appellent à modifier des textes établis depuis longtemps. Concernant les IGH, un groupe de travail est actuellement réuni à la Ddsc pour mettre à jour l’arrêté du 18 octobre 1977. La version modifiée ne sortira pas avant 2005. Pour les bâtiments d’habitation, l’arrêté du 31 janvier 1986 est toujours en vigueur. Quant aux ERP, régis dans l’ensemble par l’arrêté du 25 juin 1980, pratiquement chaque type d’établissement doit répondre à des exigences particulières en fonction de sa catégorie et de sa nature (voir encadrés). Quant aux établissements industriels et commerciaux, ils satisfont à l’article L.231-1 du Code du travail et aux décrets du 31 mars 1992 relatifs à la santé et à la sécurité sur les lieux de travail, sans préjudice pour les dispositions concernant les ERP.

Le cas des installations classées est plus complexe car chaque projet est traité individuellement en fonction de sa taille, des produits stockés, de l’impact sur l’environnement. Des seuils maxi et mini réglementaires par catégories permettent le résumé suivant :

- les grandes installations (au dessus du seuil maxi) sont soumises à autorisation d’exploitation par un arrêté préfectoral après étude des dangers et des impacts ;

- les moyennes (entre les deux seuils) ont l’obligation de se déclarer auprès de la préfecture ;

- les petites (au-dessous du seuil mini) ne sont soumises à aucune obligation particulière.

Les méthodes de calcul et le comportement au feu

Après avoir défini le type de bâtiment et sa destination, il convient d’appliquer les réglementations « transversales » émises par la Ddsc qui s’intéressent aux matériaux utilisés et aux structures (en l’occurrence, l’acier). Portant sur le classement de réaction au feu, l’arrêté du 21 novembre 2002 introduit les Euroclasses A à F en remplacement des classes M0 à M4. « En cours de modification, l’arrêté du 3 août 1999 portant sur la résistance au feu des structures devrait être validé au cours du premier semestre 2004. Après l’introduction en 1999 des Eurocodes et de la notion d’ingénierie de la sécurité incendie (ISI), la version 2004 définira, en plus, des méthodes européennes d’essais au feu » précise Daniel Joyeux (4) du Cticm. Trois Eurocodes concernent la sécurité au feu des structures en acier : Eurocode 1, 3 (chapitres 1 et 2) et 4 (chapitre 1 et 2).

Sur les bases de calcul et les actions sur les structures en situation d’incendie, l’Eurocode 1 est en cours de rédaction sous la forme d’une norme expérimentale ENV. Portant sur le calcul des structures en acier, l’Eurocode 3 renouvelle les règles de dimensionnement au feu. Il tient compte des caractéristiques thermique et mécanique du matériau et de son évolution en fonction de la température. Il édicte des lois de comportement et propose trois niveaux de vérifications :

- le plus simple valide la tenue d’un élément de structure à une température critique forfaitaire, déterminé à partir d’un « incendie conventionnel » et de la fonction assurée par l’élément. Cette méthode comporte beaucoup de facteurs de sécurité intégrés qui « alourdissent » le projet ;

- utilisé actuellement dans la quasi-totalité des projets, le deuxième niveau propose une méthode de calcul simplifiée – basée sur des essais et une part d’empirisme – qui prend en compte le travail de l’élément et son niveau de chargement. Ce calcul conduit à déterminer une température critique supérieure à la température forfaitaire précédente ;

- encore très peu utilisé à ce jour, le troisième niveau de vérification utilise des modèles de calcul avancés type « aux éléments finis » et impose, de ce fait, l’intervention d’une ISI. Concrètement, plus la méthode de calcul est sophistiquée, moins la structure est lourde et onéreuse. Sur un projet, l’ISI peut s’imposer naturellement au maître d’œuvre pour différentes raisons : trouver des solutions lorsque la réglementation est difficile à appliquer, abaisser les coûts car la solution forfaitaire est chère, vérifier l’adéquation du niveau de sécurité avec la demande de la commission de sécurité. L’ISI s’est imposé sur un exemple récent tel que la stabilité au feu d’une cloison coupe-feu en verre liée à une structure métallique (palais de justice de Grenoble).

Grande évolution grâce aux peintures intumescentes

Par ailleurs, les expériences théorique et pratique montrent que l’acier seul n’assure pas une sécurité au feu suffisante. L’Eurocode prend en compte le facteur de massivité S/V d’un élément de un mètre de long dans lequel S représente la surface extérieure (ou le périmètre de la section) et V le volume (ou la surface de la section). On voit donc qu’à volume égal (section égale), plus le périmètre de la section est grand, plus le facteur est élevé et plus la fragilité au feu de l’élément est grande.

Ainsi, l’élément ne pouvant pas être exposé directement au feu, des solutions fiables sont proposées : structure mixte où l’acier est associé au béton ou différents types de protection.

L’Eurocode 4 permet le calcul des structures mixtes acier/béton. Structures dans lesquelles le béton encapsule l’acier, ou en partie apparent, comment il accumule les calories et ralentit la montée vers la température critique. Il permet de calculer des poteaux creux remplis de béton avec ou sans armatures selon le degré de stabilité exigé, des poutrelles comportant du béton entre les semelles ou des poutrelles intégrées dans les dalles avec semelles apparentes ou non… afin de réduire le facteur de massivité et d’allonger la durée de résistance au feu.

De nombreuses autres solutions garantissent une élévation lente de la température de l’acier, des plus simples aux plus utopiques. D’abord par flocage de la structure avec du ciment ou du plâtre projeté, des produits fibreux ou pâteux. Ensuite par l’habillage de la structure par des coffres en plaques de plâtre, laine de roche ou silico-calcaire. Toutes ces solutions présentent l’inconvénient de faire disparaître l’acier de l’architecture du bâtiment. Lorsque l’acier doit être mis en valeur, la seule solution consiste à employer des peintures intumescentes dont les capacités de protection se sont fortement améliorées.

Aujourd’hui, certaines de ces peintures assurent une résistance au feu de la structure d’au moins deux heures et certaines sont utilisables en extérieur. Appréciées des maîtres d’œuvre, elles ont l’aspect d’une peinture classique. Le cas du centre Pompidou (Paris) est assez significatif. À l’origine, le refroidissement de chaque élément creux de la structure porteuse était assuré par de l’eau froide glycolée circulant dans la structure. Efficace, mais fortement onéreuse en terme de coûts de fonctionnement et de maintenance, cette solution a été abandonnée lors des travaux de rénovation et remplacée par une protection par peinture intumescente extérieure offrant le même niveau de sécurité au feu.

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