Pourquoi dit-on que le bois resiste mieux au feu que l'acier ?
C'est une affirmation fondee sur la physique des materiaux en situation d'incendie. L'acier est un excellent conducteur thermique (conductivite 50 W/m.K) : il se rechauffe tres rapidement et un profil metallique non protege peut atteindre la temperature critique de 550°C (50 % de sa limite elastique) en 5 a 15 minutes selon son facteur de massivite. A 700°C, la resistance residuelle de l'acier est inferieure a 25 % de sa valeur a froid. Le bois, au contraire, est un mauvais conducteur thermique (conductivite bois intact : 0,13 W/m.K, charbon de bois : 0,05 W/m.K). Quand le bois brule, sa surface se carbonis en formant une couche de charbon qui isole le coeur intact des flammes. Cette couche protectrice ralentit la penetration de la chaleur a une vitesse previsible et constante (bn = 0,7 mm/min pour les resineux). Le coeur de section, a moins de 200-300°C, conserve 95 a 100 % de ses proprietes mecaniques. Ainsi, une poutre de lamine-colle correctement dimensionnee peut resister 60 minutes ou plus sans aucune protection externe, alors que le meme element en acier s'effondrerait en 10 minutes sans intumescent. C'est ce comportement previsible et mesurable qui permet le calcul de stabilite au feu selon EC5-1-2.
Quelle est la vitesse de carbonisation du bois et de quoi depend-elle ?
La vitesse de carbonisation du bois est un parametre central de l'EN 1995-1-2. Elle est exprimee en mm/min et represente la vitesse a laquelle le front de carbonisation avance dans le bois sain sous la courbe de chauffe ISO 834. La norme distingue la vitesse de carbonisation de base beta0 (carbonisation unidimensionnelle sur une face plane) et la vitesse nominale bn qui integre l'effet des arrondis de coins et des fissures. Pour le bois massif resineux (epicea, sapin, pin, douglas), beta0 = 0,65 mm/min et bn = 0,70 mm/min. Pour le bois lamine-colle (GL), beta0 = 0,65 mm/min et bn = 0,70 mm/min egalement (meme valeur car la colle ne modifie pas significativement la carbonisation si elle est de qualite). Pour les feuillus durs (chene, hetre), beta0 = 0,55 mm/min et bn = 0,55 mm/min. Pour le CLT, bn = 0,85 mm/min (majoration due aux joints entre lamelles qui peuvent accelerer la penetration du feu). Ces valeurs supposent un bois de masse volumique superieure a 290 kg/m3 ; un bois plus leger se carbonis plus vite. La masse volumique est donc une donnee d'entree de la verification feu.
Comment calcule-t-on la section residuelle d'un element bois en feu ?
La methode de la section residuelle (EC5-1-2 §4.2) suit une procedure en trois etapes. Premierement, on identifie les faces exposees au feu : un element en toiture avec finition sous-face est expose sur 3 faces (face inferieure et 2 faces laterales) ; un poteau isole dans une piece est expose sur 4 faces ; un poteau dans un angle de mur est expose sur 2 faces. Deuxiemement, on calcule la profondeur de carbonisation nominale pour chaque face exposee : d = bn × t, ou t est le temps de resistance requis en minutes. Pour R30 et resineux : d = 0,70 × 30 = 21 mm par face exposee. Troisiemement, on soustrait cette profondeur de la dimension brute de la section pour chaque cote expose : section residuelle = (b - 2d_lateral) × (h - d_inf) pour une section exposee sur 3 faces. Cette section residuelle est ensuite verifiee mecaniquement avec les proprietes nominales du bois (sans reduction de la resistance) et les charges en combinaison accidentelle (coefficients partiels reduits selon EN 1990). Si la section residuelle est insuffisante, on surdimensionne la section froide ou on ajoute une protection.
Peut-on satisfaire R60 avec du bois massif sans protection ?
Oui, mais cela necessite de surdimensionner la section froide pour que la section residuelle apres 60 minutes de carbonisation soit suffisante pour reprendre les charges en situation d'incendie. Pour une poutre de lamine-colle GL28h exposee sur 3 faces pendant 60 minutes, la carbonisation est de 0,70 × 60 = 42 mm par face exposee. Si la section froide est 240×480 mm, la section residuelle est de (240 - 2×42) × (480 - 42) = 156 × 438 mm = 68 328 mm2, soit encore 60 % de la section brute. Cette section residuelle peut reprendre les moments et efforts tranchants en situation d'incendie (charges en combinaison accidentelle, generalement 40 a 60 % des charges a froid). En pratique, les poutres de lamine-colle a grandes portees (GL28h, GL32h) dimensionnees pour les charges normales ont souvent des marges suffisantes pour satisfaire R60 sans protection externe, a condition que la section soit optimisee des la conception avec l'objectif feu en tete. Pour R90, les sections necessaires sont generalement tres importantes et une protection par plaques de platre ou laine de roche est souvent plus economique.
Le CLT est-il aussi performant que le bois massif en situation d'incendie ?
Le CLT est generalement moins performant que le bois massif ou le lamine-colle en feu, pour deux raisons specifiques. Premierement, la vitesse de carbonisation nominale du CLT est de bn = 0,85 mm/min (contre 0,70 pour le bois massif et le lamine-colle), car les joints entre lamelles et les couches de colle peuvent accelerer localement la penetration du feu. Deuxiemement, le CLT presente un phenomene specifique : lorsque la couche exterieure (exposee au feu) est completement carbonis, elle peut se detacher brusquement de la couche suivante au niveau du joint colle, exposant brutalement la couche suivante a une temperature elevee et accelerant temporairement la carbonisation. Ce phenomene dit de chute de couche est pris en compte dans EN 1995-1-2 par une majoration de la vitesse de carbonisation apres la chute de la premiere couche. En pratique, les panneaux CLT satisfont souvent R30 avec les sections commerciales standards (120 mm, 5 couches), mais R60 necessite des sections plus epaisses (160 a 200 mm) ou des protections complementaires (plaque de platre BA13 en sous-face).
Quelles sont les exigences de stabilite au feu pour les logements collectifs en bois ?
Les exigences de stabilite au feu pour les logements collectifs sont definies par le code de la construction et l'arrete du 31 janvier 1986 relatif a la protection contre l'incendie dans les batiments d'habitation (modifie par l'arrete du 24 mai 2010 pour les batiments bois). Pour les batiments d'habitation de 3eme et 4eme famille (hauteur entre 8 et 50 m), la structure principale doit satisfaire une stabilite au feu R60 minimum. Les planchers doivent satisfaire REI 60 (resistance 60 min, etancheite 60 min, isolation thermique 60 min). Pour les batiments de 1ere et 2eme famille (maisons individuelles et petits collectifs < 8 m), R30 est generalement suffisant pour les elements porteurs. Depuis 2010, les batiments a ossature bois peuvent aller jusqu'a R+4 avec des prescriptions constructives specifiques (placage de platre, protections des trémies) et jusqu'a R+8 en structure bois avec une etude de securite incendie specifique. STRUCTALIS etablit le dossier de justification feu en coherence avec le bureau de securite incendie (SSI) et le bureau de controle technique agrees.
Faut-il ignifuger le bois de structure ?
L'ignifugation (traitement de surface ou en profondeur par des produits chimiques retardateurs de flamme) est rarement necessaire pour les structures bois de batiment courant. L'ignifugation n'ameliore pas la resistance au feu en termes de stabilite mecanique (R) : elle peut ameliorer la surface de reaction au feu (contribution a l'embrasement) mais n'empeche pas la carbonisation progressive du bois qui gouverne la tenue mecanique. Elle peut etre utile pour les elements non porteurs (lambris, bardages interieurs) soumis a des exigences de reaction au feu (classement M1 ou B-s3,d0) dans les ERP. Pour les elements de structure porteurs, la solution la plus efficace et la mieux documentee reste le surdimensionnement de la section froide pour obtenir une section residuelle suffisante apres carbonisation, eventuellemnt complete par une protection par plaques de platre. Les produits d'ignifugation font l'objet d'Avis Techniques specifiques et necesitent des conditions d'application et de maintenance particulieres qui compliquent leur utilisation en structure.
Comment coordonner la justification feu bois avec le bureau de securite incendie ?
La coordination feu pour une structure bois est un processus multi-acteurs qui doit commencer des la phase APS du projet. Le bureau de securite incendie (bureau d'etudes SSI, ou l'ITM pour les etablissements recevant du public) determine les exigences reglementaires applicables : criteres REI par type d'element et par compartiment, durees de resistance selon la categorie ERP ou la hauteur du batiment, desenfumage, evacuation. STRUCTALIS prend en charge la partie R (stabilite mecanique) en etablissant la note de calcul feu EC5-1-2 : determination des sections residuelles, verifications mecaniques, identification des elements dont la section froide doit etre majoree et specifications des protections eventuelles. Les prescriptions constructives (assemblages caches, joints coupe-feu, protections des traversees) sont etablies par STRUCTALIS et transmises aux autres corps d'etat. En phase chantier, STRUCTALIS verifie la conformite des sections bois mises en oeuvre avec les hypotheses de calcul et la bonne realisation des prescriptions constructives. Ce processus est documente dans le dossier de justification feu remis au bureau de controle technique.
