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Des essais de résistance à l’ingénierie de
stabilité au feu : comment évaluer la
performance de vos ouvrages en situation
d’incendie ?
P R O M É T H É E ,
T i t a n a u s e r v i c e d e l a
r é s i s t a n c e a u f e u
2
S O M M A I R E
▪ Présentation des intervenants
▪ Qu’est-ce que la résistance au feu ?
▪ Résistance au feu et règlementation
▪ Exemples d’exigences spécifiques
rencontrées : différentes approches
pour différentes solutions
P R É S E N TAT I O N D E S
I N T E RV E N A N T S
4
C h r i s t i a n e
R O T T I E R
Responsable du Laboratoire
Centre d’Essais au Feu du CERIB
c.rottier@cerib.com
G r é g o r y
B O N O M E A U
Responsable Projets Feu & Innovation
Centre d’Essais au Feu du CERIB
g.bonomeau@cerib.com
Q U ’ E S T - C E Q U E L A
R É S I S TA N C E A U F E U ?
6
L E T R I A N G L E D U F E U
ÉNERGIE D’ACTIVATION
Étincelle, frottement, électricité,
source de chaleur…
COMBUSTIBLE
Essence, propane, bois, tissus, huile,
plastiques, pétrole…
COMBURANT
Dioxygène O2
7
P R I N C I PA U X C R I T È R E S
É VA L U É S
Résistance mécaniqueÉtanchéité aux flammes
et aux gaz chaudsIsolation thermique
Aptitude de l’élément à assurer son rôle
mécanique et sa stabilitéPas de passage de flamme en face
non exposée
Température moyenne de la
face non exposée < 140°C
8
L E S F E U X N O R M A L I S É S
0
200
400
600
800
1000
1200
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Tem
péra
ture
[°C]
Temps [min]
Courbe ISO Courbe de feu extérieur Courbe d'hydrocarbure
L’Eurocode 1 Partie 1-2 (NF EN 1991-1-2) définit trois courbes nominales température/temps :
‒ Courbe température/temps normalisée Θg = 20 + 345 log10(8t + 1)‒ Courbe de feu extérieur Θg = 20 + 660 (1 – 0,687 e-0,32t – 0,313 e-3,8t)‒ Courbe d’hydrocarbure Θg = 20 + 1280 (1 – 0,325 e-0,167t – 0,675 e-2,5t)
R É S I S TA N C E A U F E U
E T R É G L E M E N TAT I O N
10
L E B U T P R E M I E R D E L A
R É G L E M E N TAT I O N
‒ Permettre une évacuation sûre des
occupants
‒ Limiter la propagation de l’incendie
‒ Faciliter l’intervention des services
d’intervention
‒ Assurer la sécurité des services de secours
pendant l’intervention
Échelle d
e t
em
péra
ture
Échelle de tempsIN
FLAM
MATIO
N
RÔLE DE LA
RÉACTION
AU FEURÔLE DE LA RÉSISTANCE AU FEU
DÉPA
RT D
U F
EU
ET
PRO
PAG
ATIO
N
DÉVELO
PPEM
EN
T
MAXIM
AL
‒ Arrêté du 21/11/2002 [relatif à la réaction au feu des
produits de construction et d'aménagement]
‒ Arrêté du 22 mars 2004 [relatif à la résistance au feu des
produits, éléments de construction et d'ouvrages]
11
L A R É S I S TA N C E A U F E U I M P O S É E
PA R L A R É G L E M E N TAT I O N
Les Établissements Recevant du Public (ERP)
ÉTABLISSEMENT OCCUPANT
ENTIÈREMENT LE BÂTIMENT
ÉTABLISSEMENT OCCUPANT
PARTIELLEMENT LE BÂTIMENT
CATÉGORIE DE
L’ÉTABLISSEMENT
RÉSISTANCE
AU FEU
Simple rez-de-chaussée Établissement à un seul niveau Toutes catégoriesStructure R 30
Plancher REI 30
Plancher bas du niveau le plus
haut situé à moins de 8 mètres
du sol
Différence de hauteur entre les niveaux
extrêmes de l’établissement inférieure
ou égale à 8 mètres
2e catégorie
3e catégorie
4e catégorie
Structure R 30
Plancher REI 30
1re catégorieStructure R 60
Plancher REI 60
Plancher bas du niveau le plus
haut situé à plus de 8 mètres du
sol et jusqu’à 28 mètres y
compris
Différence de hauteur entre les niveaux
extrêmes de l’établissement supérieure
à 8 mètres
2e catégorie
3e catégorie
4e catégorie
Structure R 60
Plancher REI 60
1re catégorieStructure R 90
Plancher REI 90
12
L A R É S I S TA N C E A U F E U I M P O S É E
PA R L A R É G L E M E N TAT I O N
TYPE D’OUVRAGE 1RE FAMILLE 2E FAMILLE 3E FAMILLE 4E FAMILLE
Planchers
REI 15 pour le
plancher haut du
sous-sol
REI 30 REI 60 REI 90
Éléments porteurs verticaux
(murs, poteaux)R 15 R 30 R 60 R 90
Parois verticales de l’enveloppe
du logement à l’exclusion des
façades
Pas d’exigence EI 30 EI 30 EI 60
Les habitations
13
L E S P R I N C I PA U X T E X T E S
R É G L E M E N TA I R E S
‒ Arrêté du 22 mars 2004 [relatif à la résistance au feu des produits, éléments de construction et d'ouvrages]
‒ Arrêté du 25 juin 1980 [portant approbation des dispositions générales du règlement de sécurité contre les risques d'incendie et de panique dans les
établissements recevant du public (ERP)]
‒ Arrêté du 30 décembre 2011 [portant règlement de sécurité pour la construction des immeubles de grande hauteur et leur protection contre les risques
d'incendie et de panique]
‒ Arrêté du 31 janvier 1986 [relatif à la protection contre l'incendie des bâtiments d'habitation]
‒ Arrêté du 11 avril 2017 [relatif aux prescriptions générales applicables aux entrepôts couverts soumis à la rubrique 1510, y compris lorsqu'ils relèvent
également de l'une ou plusieurs des rubriques 1530, 1532, 2662 ou 2663 de la nomenclature des installations classées pour la protection de l'environnement]
‒ Arrêté du 24 avril 2017 [relatif aux prescriptions générales applicables aux installations relevant du régime de l'enregistrement au titre de la rubrique n°
2230 de la nomenclature des installations classées pour la protection de l'environnement]
‒ Arrêté du 5 août 1992 [pris pour l'application des articles R. 235-4-8 et R. 235-4-15 du code du travail et fixant des dispositions pour la prévention des
incendies et le désenfumage de certains lieux de travail]
E X I G E N C E S S P É C I F I Q U E S R E N C O N T R É E S :
D I F F É R E N T E S A P P R O C H E S P O U R
D I F F É R E N T E S S O L U T I O N S
15
L E S E S S A I S
N O R M A L I S É S
POURQUOI ?
Pour déterminer la résistance au
feu des divers éléments de
construction lorsqu’ils sont soumis à
des conditions normalisées
d’exposition au feu.
Pour obtenir un procès-verbal de
classement qui atteste de la
performance au feu d’un produit ou
d’un élément de construction.
COMMENT ?
En réalisant un essai de résistance au
feu selon la NF EN 1363-1 et/ou la NF
EN 1363-2 et selon les normes en
vigueur pour le type d’élément testé,
par exemple :▪ NF EN 1364 : Essais de résistance au feu des
éléments non porteurs.
▪ NF EN 1365 : Essais de résistance au feu des
éléments porteurs.
▪ NF EN 1366 : Essais de résistance au feu des
installations techniques.
▪ NF EN 13381 : Méthodes d'essai pour
déterminer la contribution à la résistance au
feu des éléments de construction.
EXEMPLES
‒ Essai d’étanchéité et d’isolation d’une baie vitrée qui doit respecter une exigence règlementaire coupe-feu 2 heures.
‒ Essai de validation d’une protection thermique rapportée pour structures métalliques.
16
C H O I S I R L A B O N N E
F O R M U L AT I O N D E B É TO N
POURQUOI ?
Pour évaluer la propension à
l’écaillage d’une formulation de
béton sous une sollicitation
thermique donnée.
Le CETU définit l’écaillage comme
tous les phénomènes ayant pour effet
une désolidarisation du béton en
surface des éléments de structure
exposés au feu.
COMMENT ?
En réalisant des essais de sélection
sur des dallettes non chargées. La
possibilité de tester jusqu’à 8
formulations différentes sur un
même essai permet de réduire les
coûts en optimisant la composition
idéale pour le projet concerné.
EXEMPLES
‒ Développement de nouveaux bétons.
‒ Optimisation du dosage en fibres à mettre en œuvre pour le béton d’un ouvrage.
17
L’écaillage est un phénomène qui dépend de multiples
paramètres :
‒ Teneur en eau,
‒ Nature minéralogique des granulats,
‒ Contraintes sur l’élément,
‒ Matrice cimentaire,
‒ …
Après exposition au feu, la surface
exposée continue d’évoluer. Par
exemple pour les granulats
contenant du calcaire :1. Au-delà de 700°C environ, décarbonatation
du calcaire :
CaCO3 + Énergie CaO + CO2
2. Réhydratation lors du refroidissement :
CaO + H2O Ca(OH)2
P O U R A L L E R
P L U S L O I NL’ÉCAILLAGE, UN PHÉNOMÈNE COMPLEXE
2,0%
3,9%
9,6%
23,6% 23,7%
6,9%
2,3%0,9% 0,7% 0,5% 0,4% 0,2%
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
35%
40%
% d
e l
a fa
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xpo
sée
de
la d
alle
tte
1,2
X 0
3
Profondeur d'écaillage en mm
18
L E S F E U X D A N S
L E S T U N N E L S
POURQUOI ?
Suite à l’incendie du tunnel du Mont-
Blanc en mars 1999, le programme
thermique HCM dit « hydrocarbure
majoré » a été introduit pour évaluer
la stabilité au feu des éléments de
structure des tunnels routiers.
Pour l’évaluation de l’écaillage,
aucune méthode de calcul n’est
applicable.
COMMENT ?
En réalisant un essai de convenance
comme défini dans le guide du
comportement au feu des tunnels
routiers du CETU. L’essai doit
permettre d’évaluer la vitesse
d’écaillage sous la courbe retenue.
EXEMPLES
‒ Essai de convenance sous sollicitation thermique pour un niveau de sécurité N3 soit HCM120 + CN240.
‒ Essai de validation d’une protection thermique rapportée sous sollicitations thermiques HCM.
19
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Tem
péra
ture
[°C]
Temps [min]
Courbe ISO Courbe de feu extérieur Courbe d'hydrocarbure Courbe HCM
‒ Courbe HCM Θg = 20 + 1080 (1 – 0,325 e-0,167t – 0,675 e-2,5t)
P O U R A L L E R
P L U S L O I NLA COURBE HCM
20
É C A I L L A G E : L E S E S S A I S
C O U P L É S À L’ I N G É N I E R I E
POURQUOI ?
Pour évaluer la stabilité au feu de
l’ouvrage en prenant en compte les
phénomènes d’écaillage qui ont pu
apparaître au cours de l’essai de
convenance. L’objectif est de
comparer l’écaillage mesuré à
l’épaisseur sacrificielle prise en
compte dans les calculs de stabilité
au feu de l’ouvrage en situation
d’incendie.
COMMENT ?
Si un écaillage localisé apparaît au
cours de l’essai de convenance, le
calcul thermomécanique prenant en
compte les échauffements locaux des
aciers est réalisé.
Si un écaillage généralisé apparaît, le
calcul thermomécanique prend en
compte la disparition de béton
équivalente à l’épaisseur d’écaillage
généralisé.
EXEMPLES
‒ Valider le dimensionnement d’un ouvrage suite à l’apparition d’écaillage au cours de l’essai de convenance.
‒ Valider une nouvelle conception de renforcement suite à l’apparition d’un écaillage généralisé important.
21
I C P E : L E S É T U D E S
D E M O D E D E R U I N E
POURQUOI ?
La règlementation pour les
installations classées pour
l’environnement impose une étude
de mode de ruine, afin de s’assurer
que le bâtiment ne ruine pas vers
l’extérieur pour garantir la sécurité
des services de secours.
COMMENT ?
En réalisant une étude d’ingénierie
qui prendra en compte les
dispositions constructives de
l’entrepôt. L’étude pourra
déterminer le mode de ruine mais
vérifiera également la tenue du
compartimentage sur la durée
règlementaire.
EXEMPLES
‒ Étude de mode de ruine pour un entrepôt logistique.
‒ Étude de compartimentage vérifiant la non-propagation du feu aux cellules voisines.
22
É T U D E D ’ I N G É N I E R I E :
L’ I N T É R Ê T D U F E U R É E L
POURQUOI ?
L’arrêté du 22 mars 2004 modifié
autorise le recours à l’utilisation
d’actions thermiques autres que
prédéterminées.
L’étude de stabilité au feu de la
structure peut alors être réalisée
avec des actions thermiques
représentatives de l’exploitation et
de la géométrie du bâtiment.
COMMENT ?
En réalisant une étude sous feu
naturel (ou feu réel) qui permettra
de déterminer les actions thermiques
à appliquer sur les éléments
d’ouvrage étudiés. Ces actions
thermiques sont issues de scénarios
d’incendie qui doivent être validés
par les autorités.
Les critères de performance retenus
doivent être respectés pendant toute
la durée du feu.
EXEMPLES
‒ Étude de la stabilité au feu des poteaux dans un hall d’accueil avec peu de charges calorifiques.
‒ Étude de stabilité des poutres non protégées dans un hall de gare avec une hauteur sous plafond importante.
23
P O U R A L L E R
P L U S L O I NLES ESSAIS SOUS FEU NATUREL
ET LES AVIS SUR ÉTUDES
Le recours aux actions thermiques
du feu naturel est également
possible pour réaliser des essais.
Par exemple, une exigence coupe-feu
1 heure est demandée pour un
vitrage. L’étude peut alors
déterminer les actions thermiques
réelles après validation des
scénarios. L’essai va donc vérifier
l’étanchéité et l’isolation du vitrage
avec les sollicitations obtenues.
En cas de recours aux actions
thermiques du feu naturel, l’étude
doit faire l’objet d’une
appréciation favorable par un
laboratoire agréé (avis sur étude).
L’avis sur étude a pour but de :
‒ Vérifier que les objectifs de
sécurité définis ainsi que les
critères de performance associés
sont pertinents ;
‒ S’assurer que les calculs réalisés
sont pertinents et tiennent
compte de toutes les singularités
de l’étude.
24
O P T I M I S AT I O N D E L A
P R O T E C T I O N T H E R M I Q U E
POURQUOI ?
Pour optimiser les épaisseurs de
protection thermique rapportée sur
les structures métalliques.
Pour justifier sans protection
rapportée les parcs de
stationnement largement ventilés
(PSLV) réalisés en structure
métallique.
COMMENT ?
En réalisant un calcul
thermomécanique pour déterminer
les températures d’échauffement des
éléments et s’assurer de la stabilité
de l’ouvrage. Les épaisseurs de
protection peuvent être réduites
pour chaque type d’élément à
l’épaisseur suffisante pour que
l’échauffement de l’élément ne
remette pas en cause sa stabilité.
EXEMPLES
‒ Optimisation des épaisseurs de protection à mettre en œuvre sur une passerelle au-dessus d’une autoroute.
‒ Calcul de stabilité au feu d’un PSLV en structure métallique sans protection rapportée.
25
C O M PAT I B I L I T É E N T R E L A
R U I N E E T L’ É VA C U AT I O N
POURQUOI ?
Certains éléments de structure n’ont
pas de résistance au feu exigée mais
la règlementation impose que les
dispositions constructives visent à ce
que « la cinétique d’incendie soit
compatible avec l’évacuation des
personnes et l’intervention des
secours ».
COMMENT ?
En réalisant une étude qui analyse à
la fois les conditions de tenabilité,
les temps d’évacuation et la
cinématique de ruine des éléments
étudiés.
Les temps auxquels les conditions de
tenabilité sont atteintes doivent être
supérieurs au temps d’évacuation. La
ruine ne doit pas intervenir pendant
ce délai.
EXEMPLES
‒ Étude permettant la validation des dispositions constructives d’une mezzanine dans un entrepôt.
‒ Étude ISI dans un établissement ne respectant pas les distances de sécurité pour les issues de secours.
26
P O U R A L L E R
P L U S L O I NL’ÉVACUATION DES PERSONNES
TEMPS
ÉLÉMENTAIRESDÉNOMINATION DESCRIPTION SUIVANT NF EN ISO 13943
Δt détection délai de détectionIntervalle de temps qui s’écoule entre l’allumage de l’incendie et sa
détection par un système automatique ou manuel.
Δt tempo alarme délai d’activation
Intervalle de temps qui s’écoule entre le déclenchement de la
réponse d’un capteur jusqu’à ce que le système de suppression, le
système de contrôle des fumées, le système d’alarme ou un autre
système de sécurité incendie soit totalement opérationnel.
Δt alarme délai d’alarmeIntervalle de temps compris entre l’allumage d’un incendie et le
déclenchement de l’alarme.
Δt prise consciencedélai de prise de
conscience
Période suivant l’émission d’une alarme ou d’un signal
d’avertissement incendie mais avant que les occupants ne
commencent à réagir.
Δt réaction délai de réaction
Période observée après que les occupants ont reconnu l’alarme ou le
signal d’avertissement d’incendie, et ont commencé à réagir mais
avant qu’ils n’aient commencé à évacuer.
Δt pré-mouvement délai de pré-mouvement
Période de temps qui s’écoule après l’émission d’une alarme ou d’un
signal d’avertissement d’incendie et avant que les occupants ne
commencent à se déplacer (ou se diriger) vers une sortie.
Δt mouvement temps de mouvement
Temps nécessaire pour que tous les occupants d’une partie spécifiée
d’un environnement bâti se déplacent vers une sortie et la
franchissent pour entrer dans une zone de sécurité.
Δt évacuation temps d’évacuation
Intervalle de temps qui s’écoule entre le déclenchement de l’alarme
incendie émise vers les occupants et l’instant où les occupants d’une
partie spécifique d’un bâtiment ou de l’ensemble du bâtiment sont
capables de pénétrer dans une zone de sécurité.
TMSPtemps de mise en
sécurité des personnes
Intervalle de temps entre le départ du feu et l’évacuation du dernier
occupant.
27
L A S TA B I L I T É A U F E U
D E S I N B E T I N B S
POURQUOI ?
La résistance au feu des structures
des bâtiments identifiés dans la
démonstration de maîtrise des
risques incendie est suffisante pour
permettre l'atteinte et le maintien
d'un état sûr de l'INB en cas
d'incendie (arrêté du 20 mars 2014).
COMMENT ?
En réalisant une évaluation basée sur
l’étude de risques incendie réalisée
par ailleurs et sur les plans de génie
civil de l’installation.
Généralement, ce type d’études
nécessite à la fois le recours au feu
ISO représentatif pour les locaux à
exploitation « normale » et au feu
réel pour les locaux à exploitation
particulière.
EXEMPLES
‒ Étude de stabilité au feu d’un INB dans le cadre du réexamen de sûreté.
‒ Étude approfondie de l’impact d’un feu de sodium sur les équipements de sûreté.
28
L E S A P P R É C I AT I O N S
D E L A B O R ATO I R E
POURQUOI ?
En cas de modifications concernant
l’élément objet d’un PV de
classement, une extension de
classement est nécessaire.
Pour justifier de la performance au
feu d’un procédé innovant dans le
cadre d’un avis technique ou d’un
document technique d’application.
COMMENT ?
En sollicitant un laboratoire agréé
pour réaliser une appréciation de
laboratoire.
Les AL sont fondées sur :
‒ Analyse de résultats d’essai ;
‒ Exploitation des connaissances ;
‒ Utilisation de résultat de calcul ;
‒ Procédure mixte avec résultats
expérimentaux et numériques.
EXEMPLES
‒ Extension du domaine d’application directe d’un essai de classement.
‒ Validation d’une gamme de procédés constructifs.
29
L E S AV I S D E
C H A N T I E R
POURQUOI ?
Lorsque, pour un ouvrage donné, les
performances de résistance au feu
ne peuvent pas être directement
justifiées par un essai, un calcul
selon les Eurocodes ou une
appréciation de laboratoire, un avis
de chantier en matière de résistance
au feu est valable pour cette
construction particulière.
COMMENT ?
En sollicitant un laboratoire agréé
pour réaliser un avis de chantier.
L’avis de chantier s’appuie sur des
résultats d’essai et/ou des calculs
pour déterminer si la construction
particulière permet ou pas de
garantir les performances de
résistance au feu de l’ouvrage.
EXEMPLES
‒ Évaluation de l’impact de la modification de la mise en œuvre d’une protection passive rapportée.
‒ Évaluation d’un assemblage de systèmes dans le cadre d’une réalisation particulière.
Merci
Q U E S T I O N S
& R É P O N S E S
32
À P R O P O S
D U C E F
Le Centre d’Essais au Feu du CERIB est un des 3 laboratoires de
résistance au feu agréés par le Ministère de l’Intérieur. Grâce à ses
équipements de pointe, dont Prométhée un four « hors norme », et ses
équipes, le CEF est devenu un acteur français et européen du monde de
l’incendie pour les essais, l’ingénierie et la normalisation.
www.labo-promethee.fr
Labo Promethee
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