Sécurité incendie
L'acier et la sécurité incendie : difficile à concilier dans la perception de nombreux concepteurs. Cependant, rien n'est plus sûr qu'un bâtiment en acier dont la sécurité incendie a été vérifiée. Le large éventail de solutions permet au concepteur de trouver une solution fiable et économique pour chaque bâtiment et chaque attente.
- L’acier et l’incendie
- Protection de l’acier
- Réglementation en Belgique
- Règlementation au Luxembourg
- Ingénierie de la sécurité incendie
- Steel Design 2 - Fire
- L’acier et l’incendie
- Protection de l’acier
- Réglementation en Belgique
- Règlementation au Luxembourg
- Ingénierie de la sécurité incendie
- Steel Design 2 - Fire
L’acier et l’incendie
L’acier est un matériau ininflammable. L’acier ne brûle pas et ne dégage ni chaleur, ni fumée.
Cependant, à des températures comme celles que l’on peut rencontrer en cas d’incendie dans un bâtiment, l’acier perd une partie de sa résistance et de sa rigidité. Lorsque l’acier atteint une température de 400 °C, la résistance diminue, mais c'est pareil pour d'autres matériaux.
N’importe quelle résistance au feu peut être atteinte en prenant les bonnes mesures. En outre, l’acier offre une grande sécurité pour les raisons suivantes :
- L’acier est un matériau de construction prévisible. Contrairement à certains autres matériaux de construction comme la maçonnerie et le béton, les caractéristiques intrinsèques de l’acier à haute température sont déterminées précisément et il n’existe que de faibles variations ;
- L’acier est aussi un matériau de construction déformable. À haute température, tous les matériaux subissent des déformations thermiques importantes. Ces déformations engendrent des charges supplémentaires dans la construction. Pour reprendre ces déformations et ces charges, un matériau ne doit pas tant être résistant, mais surtout déformable. Contrairement à un matériau friable, comme le béton par exemple, l’acier en est parfaitement capable ;
- L’acier prévient par d’importantes déformations avant de céder éventuellement. Normalement, les pompiers et autres services de secours peuvent déduire de l’évolution des déformations si le bâtiment est sur le point de s’écrouler. La rupture friable et soudaine, qui peut se produire avec le béton et les constructions en maçonnerie par exemple, est très rare dans le cas de constructions en acier ;
- L’acier est un matériau facilement quantifiable. Les Eurocodes concernant le calcul de la résistance au feu de l’acier sont basés sur des décennies de recherches scientifiques poussées. Le comportement dans la construction est bien connu et tous les phénomènes possibles sont prévisibles avec précision. Le risque qu’une autre forme de rupture que celle prévue lors de la conception se produise est de ce fait très réduit dans le cas des constructions en acier.
Protection de l’acier
Les mesures actives regroupent toutes les mesures qui empêchent un incendie naissant de se développer complètement. Les mesures les plus connues sont : détection et alarmes, sprinklers, installations d'évacuation des fumées et de la chaleur (EFC) ;
Les mesures passives englobent toutes les mesures destinées à augmenter la résistance au feu de la construction en acier. Les possibilités sont :
- Le surdimensionnement ;
- La mise en place de la structure hors du bâtiment ;
- L'intégration architecturale;
- L'isolation ignifuge;
- Le refroidissement hydraulique.
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 1/m). Cette deuxième définition est utilisée dans les Eurocodes.
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.
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. 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.
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.
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 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, la méthode s’applique le plus couramment pour des exigences de résistance au feu de 30 et 60 minutes.
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.
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.
Réglementation en Belgique
Les exigences ‘incendie’ reprises dans la réglementation ont pour objectifs :
- De permettre aux occupants d’évacuer le bâtiment ou d’être secourus ;
- De prendre en considération la sécurité des équipes d’intervention.
Afin de rencontrer ces objectifs, les différentes réglementations contiennent des exigences relatives :
- A la stabilité au feu ;
- A la réaction au feu des matériaux de construction ;
- Au compartimentage ;
- Aux distances à respecter vis-à-vis des bâtiments voisins ;
- Aux performances des parois extérieures ;
- Aux moyens de protection active (détection, alarme, sprinklers, désenfumage, ….)
- Aux moyens de première intervention (extincteurs, dévidoirs) ;
- Aux moyens d’évacuation (dimensionnement, nombre);
- A l’accessibilité des Service d’Incendie ;
- …
Pour ce qui concerne les éléments de construction en acier, 2 aspects essentiels sont à considérer :
- La réaction au feu ;
- La capacité portante en cas d’incendie.
Les exigences principales en matière de capacité portante proviennent essentiellement de 2 textes prescriptifs :
- Les Normes de Base : il s’agit de l’arrêté royal du 7 juillet 1994, modifié par une série d’arrêté royaux successifs
- Le RGTB (Règlement Général pour la protection du Travail)
Le RGTB est en train d'être remplacé partie par partie par le Codex ; toutefois, à l'heure actuelle, les parties relatives à la prévention des incendies sur le lieu de travail n'ont pas encore été remplacées et l'article 52 du RGTB continue de s'appliquer.
En outre, des réglementations distinctes existent pour certains types de projets spécifiques.
Les Normes de Base
Les prescriptions des Normes de Base ont initialement été fixées dans l’arrêté du 7 juillet 1994. Celui-ci a fait l’objet de nombreux arrêtés royaux modificatifs.
Le texte du RD lui-même tient sur un A4. Le contenu technique se trouve dans une série d'annexes. Ces annexes sont structurées comme suit :
Dans le secteur de la construction, on utilise par exemple le terme "exigences conformes à l'Annexe 6" (en supposant que tout le monde comprenne que dans le contexte de la sécurité incendie, cela signifie "annexe 6 de l'arrêté royal du 7/7/94").
Une première distinction est faite entre les bâtiments industriels et non industriels.
Les bâtiments non industriels sont ensuite classés en fonction de leur hauteur. La notion de hauteur est spécifique aux normes de base :
[figure hauteur :
Pour les bâtiments industriels, la classification se fait en fonction de la charge d'incendie attendue d'une part, et de l'importance de l'élément structurel en cas d'effondrement (par le feu) d'autre part. Ceci est expliqué plus en détail dans la rubrique Bâtiments industriels (Belgique).
Après que les exigences pour la construction aient été fixées, c’est la résistance au feu de la construction qui doit être déterminée. Selon les normes de base, la résistance au feu doit être démontrée d’une des manières suivantes :
- par le marquage CE;
- par un rapport de classification pour l’application en question établi par un labo ou un organisme de certification qui répond à des conditions bien définies
- par l’information accompagnant une approbation BENOR et/ou ATG, ou par un jugement équivalent dans un autre état membre de l’Union Européenne ou dans un autre pays qui fait partie de l’Espace économique européen.
- par une note de calcul élaborée selon une méthode approuvée par les Ministre des Affaires Intérieures ; concrètement, l'Eurocode (limité à la courbe de feu ISO) est la seule méthode valable.
RGPT (Article 52)
Le RGPT s’applique à l’ensemble des bâtiments dans lesquels des personnes sont occupées dans le cadre de leur travail.
Le niveau d’exigence varie :
- Suivant un classement des locaux en trois groupes :
- Les locaux du premier groupe, avec le risque d’incendie le plus élevé (stockage de matériaux inflammables en quantité importante et magasins pour la vente au détail de plus de 2000 m²) ;
- Les locaux du deuxième groupe, avec un risque d’incendie moins élevé (stockage de matériaux inflammables en quantité moins importante) ;
- Les locaux du troisième groupe, avec le risque d’incendie le moins élevé.
- Suivant que le bâtiment était existant ou non à la date du 1er juin 1972.
Sur le site web dus SPF Emploi, Travail et Concertation sociale, qui est responsable de la mise en œuvre du RGPT, se trouve une compilation des informations complémentaires utiles.
Dérogations
Parfois, il est presque impossible de se conformer aux exigences des Normes de Base, ou certaines exigences strictes s'appliquent à un projet spécifique présentant peu de risques. Les dérogations sont admises si un niveau de sécurité au moins égal est offert, comme exigé dans les règlements.
Pour juger les dérogations aux normes de base, le SPF Intérieur a érigé une commission de dérogation.
La procédure a été modernisée en 2018 afin de rendre plus fluides la soumission et l'examen d'un dossier de dérogation.
Projets avec des exigences spécifiques
Pour une série de destinations spécifiques, des règles supplémentaires ou différentes existent au niveau fédéral, régional et européen. Les plus importantes d'entre elles sont :
- Hôpitaux
- Parkings fermés (destinés aux véhicules GPL)
- Stades de sport
- Discothèques
- Hébergement touristique
- Hébergement en hôtel
- Structures d'accueil pour enfants
- Maisons de repos, appartements de service, ... pour les personnes âgées
- Soins de santé mentale
Le CSTC a developpé une page web sur laquelle la législation pertinente est affichée en fonction de la destination d'une part, et de la région d'autre part.
Il faut également garder à l'esprit qu'il est toujours possible qu'il existe également des réglementations municipales.
Règlementation au Luxembourg
Au Luxembourg, les exigences en matière de sécurité incendie pour les bâtiments sont définies par les règles de la loi sur la sécurité dans les bâtiments publics du "Règlement Grand-Ducal" et de l'ITM (Inspection du Travail et des Mines) documentées dans l'ITM-SST 1500 et suivantes :
- 1500 Définitions générales
- 1501 Bâtiments bas
- 1502 Bâtiments moyens
- 1503 Bâtiments élevès
- 1504 Bâtiments administratifs
- 1505 Salles de restauration (note : pour plus de 50 personnes)
- 1506 Parkings couverts de plus de 20 véhicules
- 1507 Salles recevant du public (note : théâtres etc)
- 1508 Etablissements de vente - Centres commerciaux
- 1509 Etablissements d’hébergement
- 1510 Hôpitaux – Centres intégrés pour Personnes Agées
- 1511 Etablissements artisanaux et industriels < 10.000m²
- 1512 Installations de natation
- 1513 Logements encadrés (note : « Internats »)
- 1514 Services d’éducation et d’accueil pour enfants non-scolarisés et structures d’accueil de nuit pour enfants en bas âge (note : « Crèches »)
- 1515 Chantiers
- 1524 Structures d’éducation et d’accueil pour enfants scolarisé (note : « Écoles »)
Le titre officiel du « Règlement Grand-Ducal » se lit : "Texte coordonné du 3 novembre 1995 du règlement grand-ducal modifié du 13 juin 1979 concernant les directives en matière de sécurité dans la fonction publique" et peut être téléchargé sur le site-web du Journal Officiel. Les prescriptions de l’ITM sont à consulter ici.
Selon la réglementation luxembourgeoise, la classification principale est basée sur la hauteur du bâtiment, ce qui conduit à des règles pour les bâtiments de faible hauteur, de hauteur moyenne et de grande hauteur. Il existe ensuite des règles supplémentaires pour les occupations telles que les bâtiments administratifs, les restaurants, les parkings, les théâtres, les centres commerciaux, les hôtels, les hôpitaux, les piscines, les écoles, les crèches et les chantiers.
Pour les bâtiments industriels, il faut tenir compte de la réglementation ITL-SST 1511.2 pour les halls industriels de moins de 10.000 m².
Quatre documents spécifiques sont spécialement dédiés à l'approche de la performance et couvrent la stabilité structurelle, le désenfumage et l'évacuation des personnes et des façades :
- 1551 Etude de stabilité au feu à l’aide d’une approche performancielle
- 1552 Conception du désenfumage - Calcul des installations d’évacuation de fumées et de chaleur (EFC)
- 1553 Simulation d’évacuation de personnes (SEP) à l’aide d’une approche performancielle - Instruction technique
- 1554 Spécifications techniques pour les façades - Instruction technique
Bâtiments non industriels
Pour les bâtiments non industriels, l'exigence de résistance au feu est principalement basée sur la hauteur du bâtiment :
Bâtiments industriels
Ingénierie de la sécurité incendie
La manière traditionnelle de démontrer qu'une structure est sûre en cas d'incendie consiste à "imposer" une courbe de température spécifique aux composants d'une structure, puis à démontrer qu'une résistance suffisante est atteinte par l'une des 4 méthodes suivantes :
- par le marquage CE;
- par un rapport de classification pour l’application en question établi par un labo ou un organisme de certification qui répond à des conditions bien définies
- par l’information accompagnant une approbation BENOR et/ou ATG, ou par un jugement équivalent dans un autre état membre de l’Union Européenne ou dans un autre pays qui fait partie de l’Espace économique européen.
- par une note de calcul élaborée selon une méthode approuvée par les Ministre des Affaires Intérieures ; concrètement, l'Eurocode (limité à la courbe de feu ISO) est la seule méthode valable.
Ces 2 hypothèses simplifiées (feu standard et approche par composant) peuvent cependant être abordées plus précisément, respectivement avec un feu naturel et avec une approche par système. C'est ce que nous appelons l'ingénierie de la sécurité incendie.
L'ingénierie de la sécurité incendie est très souvent associée à la construction métallique. Mais pour d'autres matériaux, une approche avec l'ingénierie de la sécurité incendie est également possible.
Comment se fait-il que le FSE soit souvent associé à la construction métallique ? L'explication est très simple :
- L’acier est un matériau de construction prévisible. Contrairement à certains autres matériaux de construction comme la maçonnerie et le béton, les caractéristiques intrinsèques de l’acier à haute température sont déterminées précisément et il n’existe que de faibles variations.
- L’acier est un matériau facilement quantifiable. Les Eurocodes concernant le calcul de la résistance au feu de l’acier sont basés sur des décennies de recherches scientifiques poussées. Le comportement dans la construction est bien connu et tous les phénomènes possibles sont prévisibles avec précision. Le risque qu’une autre forme de rupture que celle prévue lors de la conception se produise est de ce fait très réduit dans le cas des constructions en acier.
Steel Design 2 - Fire
La conception correcte d'une structure métallique résistante au feu est un sujet qui reste souvent (dans les formations) peu abordé. C'est pourquoi Bouwen met Staal, Infosteel, Worldsteel, Bauforumstahl et SZS ont uni leurs forces pour publier un livre que tout concepteur (junior ou senior) devrait avoir à portée de main lorsqu'il conçoit des structures en acier : Steel Design 2 - Fire.
Il y a également un Steel Design 1 dans cette série, à savoir "Structural Basics" qui traite les fondements de conception des structures en acier en condition normale.
