Phase avant-projet : Présentation de la stratégie de sécurité incendie pour bâtiments à un seul niveau

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1 Phase avant-projet : Présentation de la stratégie de sécurité incendie pour bâtiments à Ce document décrit les principaux concepts de la sécurité incendie. Il résume les caractéristiques courantes des exigences réglementaires nationales. Il donne un aperçu de l'ingénierie de la sécurité incendie, des protections incendie active et passive et de l'utilisation du facteur de massiveté pour calculer l'épaisseur de la protection incendie. Sommaire 1. Notions élémentaires de sécurité incendie 2 2. Exigences réglementaires en matière de sécurité incendie 2 3. Introduction à l'ingénierie de la sécurité incendie 5 4. Protection incendie active 5 5. Protection incendie passive 6 6. Facteurs de massiveté 8 7. Construction métallique non protégée 9 8. Références 9 Page 1

2 1. Notions élémentaires de sécurité incendie L'objectif principal de la législation en matière de sécurité incendie est d'assurer la sécurité des personnes se trouvant à l'intérieur et autour des bâtiments lors d'un incendie. Un autre objectif est d assurer la poursuite de l activité des entreprises et de protéger la propriété (ce qui inclut à la fois la structure et les biens situés à l'intérieur du bâtiment). Pour atteindre ces objectifs, certains principes doivent être satisfaits : Les occupants peuvent quitter le bâtiment ou être secourus par d'autres moyens La sécurité des équipes de secours est prise en compte La génération et la propagation du feu et de la fumée à l'intérieur du bâtiment est limitée La propagation du feu aux bâtiments environnants est limitée La résistance du bâtiment est assurée pendant une période de temps spécifiée Ces principes de base sont pris en compte dans les règlements nationaux au moyen de spécifications relatives à la conception et au calcul des bâtiments, lesquels prennent en compte le type et la fonction de la construction. Lorsque l'on s'emploie à satisfaire à ces exigences, il est nécessaire de prendre en compte les moyens de protection incendie. Il existe deux types fondamentaux de protection incendie : Les moyens passifs, qui sont intrinsèques au bâtiment et permanents. Les moyens actifs, qui consistent en des systèmes de détection et d'extinction. Ces systèmes peuvent être manuels ou automatiques. 2. Exigences réglementaires en matière de sécurité incendie Les exigences réglementaires en matière de sécurité incendie diffèrent selon les autorités nationales ou régionales. Une revue des exigences en vigueur dans neuf pays est donnée en [9]. Les aspects particuliers souvent pris en compte dans les règlements sont discutés cidessous. 2.1 Conséquences de l'installation de sprinklers Les sprinklers offrent des avantages en termes de protection de la propriété, de poursuite des activités de l'entreprise et de sécurité des pompiers qu'aucun niveau de protection passive ne peut offrir. L'utilisation de sprinklers réduit les risques de propagation du feu et la taille de l'incendie; de ce fait ils sont pris en compte dans les règlements nationaux de sécurité incendie de la façon suivante : Sprinklers et résistance au feu de la structure : Les bâtiments équipés de sprinklers requièrent généralement une résistance structurale au feu moins importante. L'Espagne et l'allemagne sont les seuls pays où l'installation de sprinklers élimine complètement tout besoin de résistance au feu de la structure. La Suisse exige que tous les bâtiments industriels soient équipés de sprinklers, mais il n'y a aucune exigence en matière de résistance au feu de la structure, les cloisons ne doivent pouvoir résister au feu que Page 2

3 pendant 30 minutes et les murs extérieurs ne doivent en général satisfaire à aucune exigence en matière de résistance au feu. Sprinklers et taille des compartiments : L'installation de sprinklers offre également l'avantage de permettre au projeteur d'accroître la taille des compartiments à l'intérieur du bâtiment. Dans certains pays tels que la France et la Belgique, où la taille maximale autorisée des compartiments dans les bâtiments non équipés de sprinklers est particulièrement coûteuse, l'installation de sprinklers est probablement la seule façon d'obtenir des tailles de compartiments utilisables. Sprinklers et distance de séparation entre bâtiments : Au Royaume-Uni, l'installation de sprinklers permet de réduire la distance séparant les bâtiments ou d'agrandir les zones non protégées. Les fondations des poteaux de rive n'ont pas besoin d'être calculées pour pouvoir résister au moment de renversement provoqué par l'effondrement de la traverse. En Italie, les règlements ne spécifient aucune forme de compensation entre sprinklers et méthodes passives de protection incendie. 2.2 Résistance au feu de la structure Dans la plupart des pays européens, les bâtiments à peuvent être construits sans exigence de résistance au feu, à condition qu'ils respectent les limites spécifiées. Ces limites peuvent être par exemple : France : bâtiment à si la hauteur du bâtiment est inférieure à 10 m. Allemagne, Espagne et Suisse : à condition que le bâtiment soit équipé de sprinklers. Royaume-Uni et Pays-Bas : les bâtiments à ne requièrent pas de résistance au feu, sauf si la structure comporte un mur extérieur nécessitant une résistance au feu du fait de sa proximité avec un autre bâtiment. Suède : il n'existe aucune exigence pour les bâtiments à, sauf s'il s'agit d'une salle de réunion pouvant accueillir plus de 150 personnes. Dans la plupart des pays européens, les exigences relatives à la résistance au feu ne s'appliquent pas aux treillis ou aux traverses supportant le toit, sauf si l'effondrement de ces éléments affecte la stabilité des murs. 2.3 Murs extérieurs La plupart des codes de construction prennent en compte le risque de propagation du feu d'un bâtiment à un autre. Il existe deux façons de réduire le risque à un niveau acceptable : la résistance au feu des murs et les distances prescrites de séparation entre bâtiments adjacents. Suisse : pour qu'un mur extérieur ne soit sujet à aucune exigence en matière de résistance au feu, la distance requise entre le bâtiment et la limite du site peut varier de 3,5 à 16,5 m, en fonction de la hauteur du bâtiment. Allemagne et Belgique : la distance requise entre le bâtiment et la limite du site est respectivement de 2,5 et de 4 m pour tous les bâtiments industriels. L'Espagne a aussi une valeur unique de distance de séparation sécuritaire de 10 m. Page 3

4 France : un mur extérieur ne requiert pas de résistance au feu si la distance de séparation est au moins égale à la plus petite des valeurs suivantes : hauteur du bâtiment ou 10 m. Suède : la distance de séparation requise est de 4 m La France, le Royaume-Uni et les Pays-Bas prennent en compte les caractéristiques du feu et de la façade pour déterminer une distance de séparation sécuritaire. 2.4 Compartiments intérieurs Les limites imposées à la taille des compartiments dépendent de l'évaluation de la charge au feu et du risque humain. Des sprinklers et des systèmes de détection de fumées peuvent être installés pour accroître la taille des compartiments selon certaines règlementations nationales. Au Royaume-Uni, les règlements n'imposent des restrictions qu'aux bâtiments à un seul niveau utilisés pour le commerce au détail. Cette restriction peut cependant être assouplie par l'installation de sprinklers dans le bâtiment. En Espagne, il n'existe aucune restriction pour les bâtiments industriels équipés de sprinklers et dont la distance de séparation est de 10 m minimum par rapport aux bâtiments adjacents. D'autres pays exigent en règle générale que la taille des compartiments de bâtiments à soit au plus de m 2. La résistance au feu requise pour les murs des compartiments varie largement. Certains pays exigent seulement 30 minutes de résistance au feu alors que d'autres exigent 120 minutes. La France et la Belgique fondent leur durée de résistance au feu pour les murs des compartiments basée sur une évaluation du risque. 2.5 Voies d évacuation Lors de la conception de l'agencement d'un bâtiment à, il est très important de prévoir des voies d évacuation pour les occupants. Bien que les sprinklers puissent permettre d'accroître la taille maximale des compartiments, la distance maximale à parcourir pour atteindre les sorties peut être un facteur restrictif en matière de conception. En Espagne, 25 m est la valeur habituelle de la longueur maximale d'une voie d'évacuation pour les bâtiments industriels ne possédant qu'une seule porte de sortie. 2.6 Conception axée sur la performance Certains règlements nationaux, par ex. : en France et en Allemagne, demandent aux projeteurs d'adopter une méthode de conception axée sur la performance pour les grands bâtiments et/ou les charges d'incendie importantes, plutôt qu'une méthode de conception reposant sur des règles normatives. En Espagne et en Suède, les règlements de sécurité incendie pour les bâtiments industriels autorisent le recours à la conception axée sur la performance comme alternative aux solutions normatives qui y figurent. Les solutions axées sur la performance exigent l implication d experts en incendie en phase de conception. Page 4

5 3. Introduction à l'ingénierie de la sécurité incendie Dans de nombreux pays, l'en [1], l'en [2] et l'en [3] sont les premiers documents de référence présentant l ingénierie de la sécurité incendie comme outil de conception. L ingénierie de la sécurité incendie est une philosophie de conception basée sur un processus holistique qui prend en compte le risque d incendie, la gravité de l incendie (en considérant des scénarios d incendie), les moyens d évacuation (en toute sécurité), le contrôle des fumées (par des mesures actives et des systèmes d activation) et la réponse de la structure au feu. Elle est souvent utilisée comme alternative aux méthodes normatives axées sur la résistance au feu des composants individuels quand le bâtiment possède une charge au feu intérieure faible et quand les moyens d évacuation en cas d incendie sont bons. En outre, le concept de sécurité incendie basée sur le feu naturel (Natural Fire Safety Concept) [5] offre une approche plus réaliste de l'analyse de la sécurité incendie, notamment pour les bâtiments à. Cette analyse prend en compte les caractéristiques réelles de l'incendie et les mesures actives et passives de lutte contre l'incendie. Dans les pays qui exigent une protection incendie pour les bâtiments à ou qui imposent des limites supérieures pour la taille des compartiments, l'ingénierie de la sécurité incendie peut être employée efficacement dans les cas suivants, où : des sprinklers ou d autres systèmes actifs réduisent le risque et la gravité d un feu des systèmes de détection et d'alarme permettent d'évacuer les locaux plus rapidement une réduction de l exigence en matière de résistance au feu peut être justifiée en fonction de la charge au feu et des conditions de ventilation les moyens d évacuation et le contrôle des fumées dans les voies d évacuation protégées sont bons. L ingénierie de la sécurité incendie est très probablement avantageuse là où : la structure est de grande dimension et les économies potentielles justifient l effort de conception. la structure est inhabituelle et pourrait être insuffisamment couverte par les méthodes normatives traditionnelles. 4. Protection incendie active Les systèmes de protection actifs sont ceux qui détectent la fumée ou les incendies et qui activent un système d extinction. Les systèmes de protection actifs les plus couramment utilisés sont les sprinklers qui produisent une aspersion d eau localisée, pour empêcher le développement de fumées ou de petits incendies avant qu ils ne conduisent à un «embrasement généralisé» : ils peuvent en fin de compte éteindre complètement l incendie. Trois types de systèmes de sprinklers peuvent être prévus selon le danger (risque) et l application (fonction du bâtiment); ils sont définis dans l EN12845 : 2004 (Systèmes Page 5

6 d extinction des incendies, systèmes de sprinklers automatiques. Conception, installation et fabrication), comme suit : Risque faible Bâtiments non industriels, généralement à usages commerciaux. Risque moyen Groupes I et IV, où le Groupe I comprend les sous-sols et les zones d entreposage des bâtiments commerciaux Risque élevé Zones dont le contenu est hautement combustible Les sprinklers sont habituellement munis de «réservoirs» en verre qui se brisent en cas d échauffement et déversent une certaine quantité d eau sur une zone de plancher donnée afin d éteindre l incendie sans causer de dégâts des eaux disproportionnés. Pour les immeubles de faible hauteur, la canalisation peut être remplie d eau (système «sous eau»), mais pour les bâtiments plus élevés, la canalisation est «sous air» jusqu à ce qu elle soit activée par une source secondaire. Les sprinklers classés «risque faible» sont généralement prévus dans les bureaux, les hôpitaux ou les bâtiments de petite taille, et leur nombre ne dépasse généralement pas 500 par installation dans un système sous eau ou 250 dans un système sous air. Pour les bâtiments de grande hauteur, la différence d'élévation entre les sprinklers les plus bas et les plus élevés d'une installation ne doit pas dépasser 45 m. Pour un risque faible, le débit minimal est de 255 l/min. Ce débit est porté à 375 l/min pour un risque modéré, et le diamètre nominal de la conduite est de 65 mm. Parmi les autres systèmes actifs, on trouve : Les écrans ou volets automatiques Les systèmes d extraction de la fumée Les sprinklers et autres systèmes actifs ont un taux de succès élevé quant à l'extinction et la prévention des incendies; ils sont de plus en plus exigés par les assureurs qui souhaitent atténuer le risque relatif au contenu du bâtiment. En fonction des règlements nationaux, ils peuvent permettre de réduire les exigences de résistance au feu et/ou autoriser l'usage de compartiments plus grands. 5. Protection incendie passive La protection incendie passive fournit une isolation contre l'action du feu (rayonnement, fumée chaude) et retarde l'échauffement de la structure. Les matériaux de protection incendie passive sont divisés en deux groupes ; matériaux non réactifs, dont les meilleurs exemples sont les plaques ou les produits projetés, et matériaux réactifs, dont les revêtements intumescents sont les plus courants. Formes de protection incendie, voir Figure 5.1 et Figure 5.2 : Plaques : recouvrent les profils avec un aspect propre. Peuvent être difficiles à appliquer autour de détails complexes. Produits projetés : d'aspect peu attractif, généralement utilisés dans les parties cachées. Couverture aisée des détails et applicables sur les constructions métalliques non peintes. Page 6

7 Couche mince de revêtement intumescent : permet de voir la forme de l'acier. Il s'agit d'une solution facile à appliquer mais onéreuse. Il est par ailleurs difficile d'obtenir une résistance au feu supérieure à 60 minutes. Enrobement et remplissage à l'aide de béton : méthodes robustes utilisées là où il y a exposition aux intempéries et où les exigences de résistance au feu sont élevées. Solution chère et chronophage. On distingue deux approches en ce qui concerne l'application de la protection : Matériau de protection appliqué sur chantier : appliqué dans le bâtiment pendant la construction. Protection hors site : appliquée sur les profils avant la construction. Ceci est typique pour les couches minces de revêtements intumescents. Dans la plupart des pays d'europe, les bâtiments à peuvent être construits sans protection incendie passive. Cette dispensation ne s'applique cependant pas dans tous les cas; les détails sont donnés dans les règlements nationaux. Figure 5.1 Détail d'un tronçon de semelle avec protection projetée Figure 5.2 Revêtement intumescent sur la poutre d'une mezzanine Page 7

8 6. Facteurs de massiveté Le facteur de massiveté d un élément définit son taux d échauffement, lequel est fonction de sa forme, du caractère partiel de sa protection et de la nature de cette protection. Par souci de simplicité, il est défini comme suit : Surface chauffée par unité de longeur Facteur de massiveté = = Volume par unité de longeur Ce paramètre prend en compte la différence entre l exposition sur 4 faces (par exemple, pour les poteaux) et l exposition sur 3 faces (pour les poutres supportant des dalles). Les formules permettant de calculer les facteurs de massiveté sont présentées à la Figure 6.1. A V t f b t w h 2b + h - t A/V = w (b - t w ) t f + 0.5ht w (1) b + h A/V = (b - t w ) t f + 0.5ht w (2) t f t w h b 1.5b + h - t A/V = w (b - t w) t f+ 0.5ht w 0.5b + h A/V = (b - t w) t f+ 0.5ht w (3) (4) Légende : 1. Exposition sur 4 faces protection par revêtement de la section 2. Exposition sur 4 faces protection par caisson 3. Exposition sur 3 faces protection par revêtement de la section 4. Exposition sur 3 faces protection par caisson Figure 6.1 Définition du facteur de massiveté pour différents types de protection incendie Page 8

9 7. Construction métallique non protégée La plupart des règlements européens autorisent la construction de bâtiments à avec des barres d'acier non protégées. Par ailleurs, le recours à la conception axée sur la performance peut conduire à des économies importantes sur la protection incendie passive dans certains types de bâtiments à un seul niveau (voir Section 3), pour les raisons suivantes : Certaines expériences intitulées Essais d'incendie de Cardington (Cardington fire tests) ont démontré que la performance au feu de bâtiments réels construits en acier non protégé est meilleure que celle suggérée par les essais sur des éléments individuels de la construction. En ce qui concerne le mode de ruine de la structure pour les bâtiments à, une conception appropriée de la protection incendie peut empêcher les bâtiments adjacents, les équipes de pompiers et les équipements d'être affectés par l effondrement du bâtiment en cours d'étude (par ex. : en assurant que l'effondrement ait lieu vers l'intérieur du bâtiment) [4],[7],[8]. Les charges au feu de bâtiments à comportant des compartiments de grande taille et des toits s'élevant à plus de 10 m, tels que ceux que l'on trouve dans les centres commerciaux, les salles de sport ou les bâtiments industriels, sont généralement plutôt faibles, si bien qu'il n'est pas possible d'atteindre des températures qui pourraient affecter la résistance structurale des éléments structuraux en acier [5],[8]. 8. Références Les règles et principes abordés dans ce document ont été établis sur la base des références suivantes : (1) EN : 2002 Eurocode 1 : Actions sur les structures - Partie 1-2 : actions générales - Actions sur les structures exposées au feu. CEN. (2) EN : 2003 Eurocode 3 : Calcul des structures en acier Partie1-2 : règles générales - Calcul du comportement au feu. CEN. (3) EN : (Ebauche) Eurocode 4 : Calcul des structures mixtes acier-béton Partie1-2 : règles générales - Calcul du comportement au feu. CEN. (4) Single storey steel framed building in fire boundary conditions (P313). The Steel Construction Institute. (5) Valorisation Project: Natural Fire Safety Concept, ECSC funded project PA/PB/PC-042. (6) DIFISEK- Dissemination of Structural Fire Safety Engineering Knowledge, ECSC funded project RFS-C Page 9

10 (7) Fire Safety of industrial halls and low-rise buildings: Realistic fire design, active safety measures, post-local failure simulation and performance based requirements, ECSC funded project 7210-PB/378. (8) Development of design rules for steel structures subjected to natural fires in large compartments, ECSC funded project 7210-SA/210/317/517/619/932. (9) Report to ECCS: Fire building regulations for single storey buildings in 9 European countries. Document RT915. Version 2 juin Page 10

11 Enregistrement de la qualité TITRE DE LA RESSOURCE Phase avant-projet : Présentation de la stratégie de sécurité incendie pour bâtiments à Référence(s) DOCUMENT ORIGINAL Nom Société Date Créé par J. M. Fernandez Labein Juill. 05 Contenu technique vérifié par Jose A. CHICA Labein Déc. 05 Contenu rédactionnel vérifié par Jose A. CHICA Labein Déc. 05 Contenu technique approuvé par les partenaires : 1. Royaume-Uni G.W. Owens SCI 07/04/06 2. France A. BUREAU CTICM 07/04/06 3. Suède A. Olsson SBI 07/04/06 4. Allemagne C. Mueller RWTH 07/04/06 5. Espagne J. CHICA Labein 07/04/06 6. Luxembourg M. Haller PARE 07/04/06 Ressource approuvée par le Coordonnateur technique G W Owens SCI 13/07/06 DOCUMENT TRADUIT Traduction réalisée et vérifiée par : eteams International Ltd. 18/05/06 Ressource traduite approuvée par J.-C. Delongueville CTICM 09/06/06 Page 11