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La résistance au feu des structures bois

La résistance au feu des structures bois
Par Sophie Schneider, le 21 novembre 2008.
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Le matériau bois, et par conséquent les produits et composants de la construction à base de bois, ont des comportements au feu prévisibles et maitrisables dès la conception d’un ouvrage, notamment grâce aux méthodes normatives de calculs nationales et européennes. C’est pourquoi il est aujourd’hui largement utilisé et recommandé dans la construction d’ouvrages divers, des habitations aux bâtiments industriels ou tertiaires… Le point sur les différents aspects réglementaires.

Distinguer réaction et résistance au feu

« Les idées modernes relatives à la protection contre l’incendie reposent sur le principe de la nécessité de contenir le feu le plus longtemps possible là où il a pris naissance, car c’est le seul endroit où l’on puisse s’en rendre maître tout en sauvegardant la vie des occupants. Ensuite, il faut contrôler l’extension du feu hors du local ou du bâtiment. » (Extrait du DTU P92-703 : Règles Bois Feu de 1988)
Par conséquent, lors de la conception d’un bâtiment, et vis-à-vis de la protection contre l’incendie, deux propriétés fondamentales des éléments de construction sont à prendre en compte : la réaction au feu, et la résistance au feu.

Définitions extraites du Guide ISO/IEC 52 de 1990

Réaction au feu : « Comportement d’un matériau qui, dans des conditions d’essais spécifiées, par sa propre décomposition, alimente un feu auquel il est exposé ». Cette propriété est essentielle pour contenir et limiter la propagation du feu. Par conséquent, les produits apparents de la construction (revêtements des murs, des planchers, des plafonds, etc.) doivent être choisis en fonction de celle-ci.
Résistance au feu : « Aptitude d’un élément de construction à conserver pendant une période déterminée la capacité portante, l’étanchéité et/ou l’isolation thermique requises en vertu de l’essai de résistance au feu normalisé ». Cette propriété est essentielle pour la prévision de la résistance de la structure de l’ouvrage en cas d’incendie. Elle concerne par conséquent les éléments de structure porteurs (poteaux, poutres, etc.), mais aussi les éléments de séparation ou de protection (cloisons, portes, plafonds, etc.).
Le présent dossier est consacré aux propriétés de résistance au feu des structures bois.

L’état de la réglementation

Pour chaque type d’ouvrages (habitations, établissements recevant du public…) selon leur nature d’exploitation, les textes réglementaires français fixent les exigences de performances en matière de résistance au feu.
L’arrêté du 21 avril 1983, relatif à la détermination du degré de résistance au feu des éléments de construction et conditions particulières d’essais des ventilateurs de désenfumage, fixait jusqu’à présent les méthodes d’évaluation, les catégories de classification et les modes de justification de résistance au feu.
Trois critères d’évaluation de la résistance au feu des produits, composants ou ouvrages y sont définis :
- Le degré de stabilité au feu (SF) : durée pendant laquelle l’élément résistera mécaniquement.
- Le degré pare-flamme (PF) : durée pendant laquelle l’élément sera étanche aux flammes, aux gaz et aux fumées, et le cas échéant stable au feu.
- Le degré coupe-feu (CF) : durée pendant laquelle en plus des critères précédents, l’élément assurera une isolation thermique suffisante, sera pare-flamme, et le cas échéant stable au feu.
La performance selon ces critères étant exprimée en fractions d’heure allant d’un quart d’heure à 6 heures. On peut par exemple disposer d’un produit classé SF ½ h, signifiant que le produit est stable au feu pendant une demi-heure.
L’arrêté du 22 mars 2004, relatif à la résistance au feu des produits, éléments de construction et d’ouvrages, vient abroger le texte de 1983. Cet arrêté défini les nouveaux classements et méthodes, qui deviennent européens. Il prend en compte les actions thermiques et les critères de performance fixés par la norme européenne NF EN 13501 parties 2,3 et 4.
Trois nouveaux critères d’évaluation, appelés « Euroclasses » sont créés. Définitions extraites de la norme NF EN 13501 :
- R (capacité portante) : La capacité portante R est l’aptitude de l’élément de construction à supporter l’exposition au feu sous des actions mécaniques définies sur une ou plusieurs faces pendant un temps donné sans perte de stabilité structurale ;
- E (étanchéité) : L’étanchéité au feu E est l’aptitude d’un élément de construction ayant une fonction de compartimentage à résister à une exposition au feu sur un seul côté sans transmission au côté non exposé du fait du passage de quantités importantes de flammes ou de gaz chauds du feu vers le côté non exposé. Ils peuvent entraîner l’allumage soit de la surface non exposée au feu soit d’un matériau adjacent à cette surface ;
- I (isolation) : L’isolation thermique I est l’aptitude de l’élément de construction à résister à une exposition au feu sur un seul côté sans le transmettre par suite d’un transfert de chaleur important depuis le côté exposé vers le côté non exposé. La transmission doit être limitée de façon à ne pas enflammer la surface non exposée ni aucun matériau dans le voisinage immédiat de celle-ci. L’élément doit assurer également une isolation thermique suffisante pour protéger les personnes situées à proximité.
Les performances selon ces critères étant exprimées en minutes allant de 15 à 240, et pouvant être combinées. On peut par exemple disposer d’un produit classé RE 30, signifiant que le produit assure une résistance mécanique et une étanchéité au feu pendant une demi-heure.

Au fur et à mesure de la mise en application de la directive produits de construction (DPC) le classement français des produits sera progressivement remplacé par le classement européen.
La justification de ces performances peut être apportée par le calcul (suivant les normes en vigueur), par un PV d’essai (suivant les normes en vigueur), par l’utilisation d’un procédé de construction approuvé (pouvant être décrit dans une norme), ou par l’appréciation d’un laboratoire agréé.

Un comportement prévisible

Le matériau bois, et par conséquent les produits et composants de la construction à base de bois, ont des comportements au feu prévisibles et maitrisables dès la conception d’un ouvrage, notamment grâce aux méthodes normatives de calculs nationales et européennes. C’est pourquoi il est aujourd’hui largement utilisé et recommandé dans la construction d’ouvrages divers, qu’ils soient des habitations, des établissements recevant du public (ERP), des bâtiments industriels ou tertiaires, des lieux de travail, ou encore des bâtiments de grande hauteur.

La justification des performances requises

La résistance au feu des structures bois peut être déterminée suivant les méthodes contenues dans le DTU P92-703 (Règles Bois Feu 1988), ou la norme NF EN 1995-1-2 (Eurocode 5 - Conception et calcul des structures en bois - Partie 1-2 : généralités - Calcul des structures au feu). Les éléments structurels de section importante, ceux de section réduite, et les assemblages sont des éléments essentiels à maîtriser.
En pratique, la résistance au feu des éléments porteurs de section importante, tels les poteaux, poutres, et arcs en bois lamellé, est obtenue par le calcul (selon le DTU P92-703 ou la norme NF EN 1995-1-2). Ces éléments sont rarement protégés (la charpente est apparente), le calcul de la section de bois nécessaire à la résistance de l’ouvrage est dans un premier temps effectué « à froid », puis on rajoute les épaisseurs de bois nécessaires à la résistance au feu, sur les faces exposées, et en fonction de la durée exigée de résistance (exemple : 21 mm en complément par face exposée pour une stabilité au feu d’une demi-heure).
A contrario, la résistance au feu des éléments porteurs de section réduite, tels les montants et traverses de constructions à ossature bois, les éléments de charpentes industrialisées de type « fermette », ou les éléments porteurs de planchers (solives en bois massif, ou poutres en I) est obtenue par l’ajout d’un parement de protection possédant un PV d’essais permettant de justifier d’une performance coupe-feu suffisante (exemple : une plaque de BA 18 pour une performance coupe-feu d’une demi-heure). Des règles de moyens présentant des solutions types et les performances associées sont présentes au sein du DTU P92-703.
La résistance au feu des assemblages est directement liée à la résistance des pièces assemblées, au type d’assemblage (par pointes, boulonnés, etc.), et à la protection des organes d’assemblages (plaques métalliques noyées ou non dans les pièces de bois, etc.).

Résistance au feu des assemblages selon le DTU P92-703


Assemblages bois sur bois, par pointes et/ou boulons non protégés :
Le DTU P92-703 indique que les assemblages sont stables au feu ¼ d’heure, si les pièces assemblées le sont elles-mêmes. Les assemblages sont stables au feu ½ heure, si les pièces assemblées ont au moins une épaisseur de 72 mm. Pour une stabilité au feu supérieure à une demi-heure, les assemblages doivent être justifiés.

Assemblages bois sur bois, par pointes et/ou boulons protégés :
Le DTU P92-703 indique que les assemblages disposant d’une protection thermique dont les performances sont évaluées (exemple : élément en bois recouvrant les assemblages), peuvent être considérés comme satisfaisant les mêmes performances, avec un supplément d’un quart d’heure pour les pointes, broches ou boulons.

Résistance au feu des assemblages selon la norme NF EN 1995-1-2

Assemblages non protégés :
- Assemblages bois sur bois, par pointes et/ou boulons
Contrairement au DTU P92-703, la NF EN 1995-1-2 donne des diamètres d’organes et épaisseurs de pièces minimaux pour l’obtention d’une résistance d’un quart d’heure. Aussi, la valeur caractéristique de la capacité résistante d’un assemblage sollicité en cisaillement durant un incendie peut être calculée.

Assemblages avec plaques métalliques en âme :
La NF EN 1995-1-2 donne l’épaisseur minimale de 2 mm pour les plaques métalliques. Des valeurs minimales sont aussi données pour la largeur des plaques, selon la configuration de l’assemblage.

Assemblages avec plaques métalliques externes non protégés :
Le calcul doit être effectué selon la norme NF EN 1993-1-2 consacrée aux constructions métalliques.

Assemblages protégés :
Il faut vérifier que le temps de démarrage de la combustion reste supérieur à la période exigée pour la résistance au feu standard (ex : R60) diminuée d’une valeur X fonction du type de protection : panneaux à base de bois, plaque de plâtre de type A, H ou F. La norme NF EN 1995-1-2 définit aussi les prescriptions minimales pour la fixation des protections.

En cas d’incendie : des fumées non toxiques

Lors d’un incendie, la première cause de décès est due aux fumées. Elle est liée à l’asphyxie par manque d’oxygène et à la toxicité des produits de combustion.
Une récente campagne d’essais (menée par le LCPP - Laboratoire Central de la Préfecture de Police) vient d’apporter la preuve que le bois lamellé est un matériau de qualité, sûr et qui ne présente aucun danger pour la santé humaine… Ce, même dans des cas de figure exceptionnels, tel qu’un incendie.
Selon la méthode dite « du four tubulaire » (NF X 70-100, 1 et 2), plusieurs dizaines d’éprouvettes ont été dégradées par pyrolyse à 600°C (+/- 5°C correspondant à une montée en température selon la norme ISO) afin de mesurer la toxicité éventuelle des fumées dégagées par le bois massif et le bois lamellé au cours d’un incendie. Des échantillons de bois massif ont ainsi été comparés à plusieurs échantillons de bois lamellé de différentes configurations (types de colle, essences, avec ou sans lasure, avec ou sans traitement de préservation...)
Ces essais avaient pour objectif d’apprécier la composition des fumées dégagées dans un contexte d’incendie et donc de quantifier un certain nombre de gaz : monoxyde de carbone (CO), dioxyde de carbone (CO2), acide chlorhydrique (HCI), acide bromhydrique (HBr), acide cyanhydrique (HCN), acide fluorhydrique (HF) et anhydride sulfureux (SO2).
Au vu des résultats livrés par le laboratoire, les échantillons observés n’ont pas montré la présence des gaz redoutés : soit, que leur teneur est nulle, soit qu’elle est trop faible pour être détectée. Il en découle donc que le matériau bois (y compris le bois lamellé) ne présente pas de risque toxique quant aux fumées qu’il dégage lors de sa combustion.

L’évolution de la normalisation


La norme NF EN 1995-1-2 (Eurocode 5 - Conception et calcul des structures en bois - Partie 1-2 : généralités - Calcul des structures au feu) remplacera prochainement le DTU P92-703 (Règles Bois Feu 1988). Les règles de moyens présentes dans le DTU étant couramment utilisés par les professionnels, et n’existant pas pour l’instant au sein de l’Eurocode 5, les professionnels de la construction bois se sont mobilisés, avec l’Institut technologique FCBA et le CSTB, pour en mettre au point de nouvelles normes en accord avec les principes de l’Eurocode 5. Un guide d’application de l’Eurocode 5 partie 1-2, présentant 18 solutions types et les performances associées, et financé dans le cadre du programme global Plan Europe (piloté par le CSTB), sera prochainement publié.

L’attestation des performances de résistance au feu

Au moment de la mise en œuvre d’un produit, d’un élément ou d’un ouvrage, la performance en résistance au feu est attestée par les informations :
- accompagnant le marquage CE ;
- accompagnant une certification volontaire ou figurant dans un procès-verbal en cours de validité avec ses éventuelles extensions ;
- figurant dans une note de calculs ;
- fournies par le fabricant ou constructeur en référence à un procédé approuvé ;
- figurant dans un avis de chantier.


Documents et liens utiles


Textes réglementaires
Arrêté du 21 avril 1983, relatif à la détermination du degré de résistance au feu des éléments de construction et conditions particulières d’essais des ventilateurs de désenfumage
Arrêté du 31 janvier 1986, relatif à la protection contre l’incendie des bâtiments d’habitation
Arrêté du 21 novembre 2002, relatif à la classification des matériaux de construction et d’aménagement selon leur réaction au feu et définition des méthodes d’essais
Arrêté du 22 mars 2004, relatif à la résistance au feu des produits, éléments de construction et d’ouvrages

Normes
DTU P92-703 : Règles Bois Feu 88 - Méthode de justification par le calcul de la résistance au feu des structures en bois, Février 1988, Afnor
NF EN 1995-1-2 : Eurocode 5 - Conception et calcul des structures en bois - Partie 1-2 : généralités - Calcul des structures au feu, Septembre 2005, Afnor
NF EN 13501 : Classement au feu des produits et éléments de construction, Septembre 2007, Afnor

Autres documents
Note SNBL n°9 : La résistance au feu des ouvrages en bois lamellé collé, Juillet 2006, FIBC
Document SNBL : Réaction au feu du Bois Lamellé de différentes essences, Décembre 2004, FIBC
Note SCIBO n°6 : Conception et mise en œuvre des recoupements dans les ouvrages de charpentes industrialisées en bois, Décembre 2002, FIBC
Réaction au feu des bois massifs, Novembre 2004, FFB/IRABOIS

Liens
FIBC – Fédération de l’Industrie Bois Construction – www.batibois.org
CNDB – Comité National pour le Développement du Bois – www.cndb.org
Institut Technologique FCBA – www.fcba.fr
CSTB – Centre Technique et Scientifique du Bâtiment – www.cstb.fr
Afnor – Agence Française de Normalisation – www.afnor.fr


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