Comportement au feu et matériaux de construction — SSIAP 3

1 Deux critères, un vocabulaire

Les deux critères du comportement au feu

Selon le Code de la construction et de l'habitation (ancien article R.121-2, cité par le cours), le comportement au feu est apprécié d'après deux critères : la réaction au feu et la résistance au feu. Les deux ne se mesurent pas de la même façon et ne concernent pas les mêmes objets.

Définitions à ne pas mélanger

L'ignifugation agit sur la facilité d'inflammation et la vitesse de propagation du feu : elle ne rend pas un matériau incombustible et n'en change pas la nature.

Qui classe ? Pièces justificatives

Le classement est prononcé par un laboratoire agréé par le ministère de l'intérieur. Selon le cours, la liste comprend le CSTB, le LNE, le LCPP, le CRB, l'IFTH et SNPE matériaux énergétiques. Le CECMI (comité d'étude et de classification des matériaux et éléments de construction, cité à l'article AM 2 en cas de désaccord sur les conditions d'essai, où il fixe les conditions d'essais) et la sous-commission de sécurité ne figurent pas dans cette liste.

Selon le cours, cinq justificatifs de comportement au feu existent :

Cas particulier des câbles électriques

L'arrêté du 21 juillet 1994 fixe pour les câbles 3 catégories de réaction au feu (C1, C2, C3) et 2 catégories de résistance au feu (CR1, CR2) ; chaque catégorie suppose des exigences normatives et un procès-verbal de classement.

2 Réaction au feu : classes M et Euroclasses

Le classement français M0 à M4

Le classement comporte 5 catégories, M0 à M4, plus la catégorie NC pour les matériaux non classés. Il repose sur deux critères : la combustibilité (quantité de chaleur dégagée) et l'inflammabilité (quantité de gaz plus ou moins inflammables dégagée).

Les Euroclasses (arrêté du 21 novembre 2002 modifié)

La classification européenne s'applique aux produits de construction. Elle compte 7 classes de base, de A1 à F : A1, A2, B, C, D, E, F (F = aucune performance déclarée). Deux indices complémentaires s'y ajoutent :

• s1, s2, s3 (smoke) : production de fumée, de la plus faible (s1) à la plus forte (s3).
• d0, d1, d2 (drop) : production de gouttelettes ou particules enflammées, de la plus faible (d0) à la plus forte (d2).

Les revêtements de sol reçoivent une classification distincte, notée avec le suffixe « fl » (floor) : A1fl, A2fl, Bfl, Cfl, Dfl, Efl, Ffl. Seul l'indice de fumée s leur est appliqué, pas d.

Selon le cours, A1 et A2 sont attribuées aux produits très peu combustibles et correspondent plus ou moins à M0 ; les classes B à E sont attribuées aux produits combustibles et correspondent approximativement à M1 à M4. L'arrêté fournit en outre, article par article, les équivalences exploitées en section 3 (par exemple M1 = B-s3,d0 pour un plafond).

M ou Euroclasses : qui s'applique à quoi ?

L'article AM 1 distingue deux classifications. La première, en classes, s'applique aux produits de construction relevant d'une famille couverte par une spécification technique harmonisée (norme NF EN 13501-1). La seconde, en catégories (M), s'applique aux matériaux d'aménagement, de décoration et au gros mobilier (norme NF P 92-507). Les tentures, rideaux, tapisseries et gros mobilier ne relèvent donc pas de la directive « produits de construction » : le classement M reste d'actualité pour eux.

Pour une famille de produits sans spécification harmonisée, la performance peut être établie selon l'une ou l'autre classification.

3 Exigences d'aménagement (arrêté du 25 juin 1980, chapitre AM)

Pour éviter le développement rapide d'un incendie qui compromettrait l'évacuation, les parois intérieures finies, l'agencement, le gros mobilier et la décoration doivent respecter des classes de réaction au feu (AM 1). L'exigence porte sur la paroi finie, face apparente recevant le flux thermique (AM 2).

Les règles « 421 » et « 311 »

Mnémotechnique : les chiffres se lisent sol – murs – plafond. Plus le dégagement est protégé, plus l'exigence est sévère sur les murs et le plafond.

Plafonds : la tolérance de 25 %

Selon AM 5 § 1, il est admis que 25 % de la superficie totale des plafonds soient en C-s3,d0 (M2) dans les dégagements, ou en D-s3,d0 (M3) dans les locaux.

Exemple chiffré. Local de 120 m² : jusqu'à 120 × 0,25 = 30 m² de plafond peuvent être en M3 ; les 90 m² restants sont au minimum M1. Dégagement de 40 m² : 40 × 0,25 = 10 m² au maximum en M2 (et non en M3, tolérance réservée aux locaux).

Tentures, rideaux, décors, sièges

Autres points de l'arrêté : les vélums sont en principe interdits, et s'ils sont autorisés ils sont en M1 avec accrochages suffisants (AM 10 § 2) ; les structures de sièges sont en M3, le bois ou dérivé d'une épaisseur d'au moins 9 mm étant accepté (AM 18 § 1) ; les éléments de décoration en relief sont en M2 dès que leur surface projetée dépasse 20 % de la superficie des parois (AM 9).

Produits d'isolation (AM 8)

Pour les isolants d'épaisseur supérieure à 5 mm (10 mm en sol), deux voies : être classé au moins A2-s2,d0 (parois verticales, plafond, toiture) ou A2FL-s1 (sol) — M0 pouvant l'attester tant que le produit n'est pas marqué CE — ou être protégé par un écran thermique jouant son rôle pendant 1/4 h (parois verticales et sols) ou 1/2 h (autres parois). À défaut, avis favorable de la Commission centrale de sécurité.

4 Résistance au feu : SF, PF, CF et R, E, I

Définition et classement

La résistance au feu est le temps pendant lequel les éléments de construction jouent le rôle qui leur est dévolu malgré l'action d'un incendie. Le classement est prononcé par un laboratoire agréé à la suite d'essais au four (ou face au four) conduits suivant une courbe température/temps normalisée. Trois critères sont examinés : résistance mécanique, étanchéité aux flammes et gaz chauds, isolation thermique.

Les degrés : 9 paliers

Selon le cours, les degrés vont de 1/4 h à 6 h en 9 degrés : 1/4 h, 1/2 h, 3/4 h, 1 h, 1 h 30, 2 h, 3 h, 4 h, 6 h. Le degré retenu est le palier immédiatement inférieur au temps réel (cours SSIAP 1 : 44 min de résistance mécanique donnent SF 1/2 h).

Exemple chiffré (exercice du cours). Un mur donne aux essais : résistance mécanique 1 h 58, isolation thermique 42 min, étanchéité aux flammes 1 h 25, absence d'émission de gaz 1 h 45.

• SF : seul le critère mécanique compte, 1 h 58 → palier inférieur SF 1 h 30.
• PF : mécanique, étanchéité et non-émission de gaz doivent tenir ; le plus faible est 1 h 25 → PF 1 h.
• CF : l'isolation (42 min) devient limitante → CF 1/2 h (30 min).

Un même mur peut donc être SF 1 h 30, PF 1 h et CF 1/2 h : le degré est celui du critère le plus faible.

La classification européenne (arrêté du 22 mars 2004 modifié)

• Le temps s'exprime en minutes : 1/2 h devient 30, 1 h devient 60, 2 h devient 120. CF 2 h = REI 120.
• Trois critères essentiels : R (capacité portante, remplace la stabilité), E (étanchéité au feu), I (isolation thermique, jamais utilisée seule : on a EI ou RI, pas I).
• Critères complémentaires : W (rayonnement), M (action mécanique), C (fermeture automatique), S (passage des fumées), G (combustion de la suie).
• Exemples : un mur REI 120 tient 2 h sur les trois critères ; une porte E 30 est une porte pare-flamme de degré 30 minutes ; une cloison EW 60 est étanche avec rayonnement limité pendant 1 h.

Applications dans le règlement de sécurité (CO)

Exemple chiffré (CO 22). Un panneau de façade sans baie obtient 20 min côté intérieur et 15 min côté extérieur : somme = 35 min. C'est suffisant pour un plancher bas du dernier niveau à 6 m (seuil 30 min), insuffisant à 12 m (seuil 60 min).

Exemple chiffré (CO 17 § 2). Couverture en matériaux M1 à M3 non posés sur support continu, établissement de 3^e catégorie avec locaux à sommeil : à d = 6 m, classe T 30, indice 1 ; à d = 10 m, T 15, indice 1 ; à d = 14 m, plus aucune exigence.

Coupe-feu de traversée

L'article CO 30 § 2 définit le coupe-feu de traversée d'une gaine ou d'un conduit : temps réel, défini par les essais réglementaires, pendant lequel la gaine traversant la paroi coupe-feu satisfait au critère coupe-feu exigé entre les deux locaux. Selon le cours, il s'obtient en additionnant le temps que met le feu à pénétrer dans la gaine (CFa) et celui qu'il met à en ressortir (CFb) : CFx = CFa + CFb. Exemple : CFa = 25 min et CFb = 35 min donnent CFx = 60 min, valeur exigée pour un conduit de vide-ordures (CO 33 § 1).

5 Matériaux de construction face au feu

Le bois

Selon le cours, le comportement du bois dépend de ses dimensions, de son essence et de son taux d'humidité. Les bois durs et denses (chêne) s'enflamment plus difficilement que les bois tendres (sapin). Le bois est combustible et inflammable ; il brûle sans se déformer et garde longtemps sa résistance mécanique en forte section.

La combustion proprement dite se situe vers 1 000 à 1 300 °C. Le pouvoir calorifique est de 4 000 à 4 500 kcal/kg, soit 16,7 à 18,8 MJ/kg. Vérification : 4 000 × 4,184 = 16 736 kJ ≈ 16,7 MJ ; 4 500 × 4,184 = 18 828 kJ ≈ 18,8 MJ. Ne pas confondre avec le seuil M0/M1 (2,5 MJ/kg).

Classement M du bois massif (selon le cours)

Application : un résineux de 20 mm est M3 ; un non résineux de 16 mm est M3 aussi (≥ 14 mm) ; un résineux de 16 mm est M4.

Les bois lamellés-collés sont des pièces pleines collées à chaud, fils parallèles, de grande portée et de très bonne stabilité au feu (gymnases, souvent en résineux). L'article CO 13 § 3 admet les matériaux incombustibles, le lamellé-collé et le bois massif parmi ceux qui permettent, sous conditions (structure visible, détection, sprinkleur ou écran 1/2 h), de ne fixer aucune exigence de stabilité au feu à la structure de toiture. L'ignifugation de surface utilise des phosphates ammoniacaux, des borates ou des silicates ; les traitements fongicides et insecticides n'ont aucun effet ignifuge.

Le métal : fer et acier

Le métal est incombustible mais très conducteur : il s'échauffe vite et perd sa résistance mécanique bien avant de fondre. Sa température critique, au-delà de laquelle la structure ne remplit plus ses fonctions, varie selon le produit entre 400 et 800 °C (le cours cite aussi 400 °C comme valeur de référence).

Protections thermiques : enrobage par du béton, du mortier de ciment, du plâtre ou des enduits à base de vermiculite ; flocage ; produits intumescents (peintures, enduits) qui gonflent en « meringue » isolante sous la chaleur ; écrans (plafonds suspendus, cloisons en fibro-ciment ou vermiculite) ; arrosage continu par installation fixe d'extinction automatique à eau. La galvanisation et la peinture antirouille (non citées par le cours parmi les protections thermiques) visent la corrosion, pas la chaleur.

Poteau métallique (selon le cours) : nu, il est non classé ; avec 2 cm de plâtre, SF 1/2 h ; avec 3 cm, SF 1 h ; avec 4 cm, SF 2 h.

Béton, plâtre, matériaux cuits, matériaux minéraux

• Béton : liant (ciment), agrégats (sable, graviers) et eau. Classé M0, très peu conducteur, excellent pare-flamme et très bon coupe-feu. Au-delà de 300 °C il se dégrade et se décompose : la résistance mécanique diminue très progressivement. Selon les études CIMBETON citées par le cours, après 1 h de feu la température intérieure atteint 500 °C à 1,5 cm de la surface, 350 °C à 3 cm et 100 °C au-delà de 7,5 cm : l'épaisseur d'enrobage des armatures est donc déterminante. Le béton armé associe béton et armatures métalliques ; la tenue de l'ensemble dépend de chacun des éléments.
• Plâtre : sous l'effet de la chaleur il dégage de la vapeur d'eau qui absorbe des calories ; très mauvais conducteur thermique, excellent protecteur de structures.
• Matériaux cuits (argile) : résistance à la chaleur d'autant plus grande qu'ils ont été cuits à haute température.
• Matériaux d'origine minérale : généralement incombustibles, mais les différences de température provoquent fissures ou éclatements.
• Ouate de verre en flocons : isolant, mais piège qui accumule chaleur et gaz de distillation, avec risque de flash-over.

Le verre

Le verre est M0 mais de faible résistance au feu : très sensible aux variations brusques de température, il se brise ; en toiture, ses éléments tombent à la verticale et menacent les occupants (c'est pourquoi les verres minces ne sont pas utilisables en couverture sans précaution). Selon le cours, il se déforme dès 700-800 °C, perd ses caractéristiques vers 900-950 °C et fond à 1 400 °C en prenant d'abord un aspect pâteux. On peut améliorer sa tenue par arrosage (drencheurs) ou employer des panneaux de verre coupe-feu.

Les matières plastiques

• Deux familles : les thermoplastiques (plasticité qui augmente avec la température : ils se ramollissent) et les thermodurcissables (plasticité qui diminue).
• Atouts : mise en œuvre facile, légèreté, résistance à la corrosion, bon pouvoir isolant (le polystyrène expansé isole environ 100 fois mieux que la pierre, selon le cours). Revers : très combustibles, déformation à la chaleur.
• Gaz de combustion : CO, CO₂, acide chlorhydrique (HCl), gaz cyanhydriques (HCN), oxydes d'azote, propénaldéhyde, formaldéhyde.
• L'azote (N₂) ne figure pas dans la liste des gaz du cours ; l'oxygène est un comburant, non un produit de combustion.

Les plastiques peuvent être améliorés par des ignifugeants, ou par des peintures, vernis et enduits ignifugés et intumescents.

6 Éléments de structure et notions IGH

Vocabulaire de la construction

Selon CO 11 § 2, la structure doit préserver la stabilité de l'édifice et s'opposer à une propagation rapide du feu pendant le temps nécessaire à l'alarme et à l'évacuation. Selon CO 12 § 2, un ERP ne peut s'installer dans un bâtiment à occupations multiples que si les éléments principaux de structure situés sous le plancher d'isolement ont une stabilité au feu au moins égale au degré CF de ce plancher. Selon CO 13 § 1, un élément principal traversant un local à risques particuliers doit avoir, sur la hauteur de ce local, une stabilité au feu égale au degré CF du plancher d'isolement supporté.

Les principes de sécurité : ERP et IGH

Selon le cours (articles de l'ancienne numérotation R.123-4 à R.123-11 et R.122-9 du CCH), les ERP reposent sur l'évacuation rapide et en bon ordre du public, la limitation de la propagation du feu et l'accessibilité et la mise en œuvre des moyens de secours. Les principes propres aux IGH sont, selon le cours :

1. Compartiments coupe-feu de degré 2 h ;
2. Limitation des matériaux combustibles ;
3. Évacuation par 2 escaliers au moins ;
4. Source électrique autonome ;
5. Système d'alarme efficace et moyens d'extinction ;
6. Non-stop des ascenseurs ;
7. Évacuation des fumées directement sur l'extérieur ;
8. Sas étanches et désenfumables entre chaque compartiment ;
9. Volume de protection d'au moins 8 m.

Le volume de protection, le non-stop des ascenseurs et les sas ne relèvent pas des ERP.

Compartiments d'un IGH (selon le cours)

Dans un IGH, on ne peut pas évacuer rapidement une population importante : le principe retenu est de maintenir le feu à l'intérieur d'un local pendant 2 h au minimum, par la division en compartiments étanches.

Exemple chiffré. Un compartiment de 75 m × 30 m = 2 250 m² respecte les deux limites. Un compartiment de 75 m × 35 m = 2 625 m² dépasse 2 500 m² et doit être recoupé, bien que sa longueur soit conforme. La largeur moyenne maximale d'un compartiment de 75 m de long est 2 500 ÷ 75 ≈ 33 m.

Selon le cours, la stabilité au feu des éléments de structure d'un IGH (poteaux, poutres, planchers) doit être de 2 h au moins (GH 9).

Isolement du voisinage : GH 7 (extrait du cours)

• GH 7 § 1 : un IGH doit être isolé des constructions voisines par un mur ou une façade verticale CF 2 h au moins sur toute sa hauteur, ou par un volume de protection.
• GH 7 § 2 : la limite latérale du volume de protection est une surface verticale située à 8 m au moins de tout point des façades qui ne sont pas CF 2 h ; la limite inférieure est le sol ou des constructions CF 2 h.
• GH 7 § 3 : l'IGH ne peut être construit si ce volume empiète sur les fonds voisins, sauf servitude conventionnelle par acte authentique (GH 8).

Selon GH 8 (cours), le volume de protection doit être dégagé de tout élément combustible (végétation exclue) ; une construction tierce qui s'y trouve doit notamment avoir son plancher bas de l'étage le plus élevé à moins de 8 m du sol, des structures indépendantes de l'IGH et stables au feu 2 h au moins, et des murs extérieurs, couvertures et façades PF 2 h au moins.