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

ce e

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