Ingénierie du comportement au feu des structures

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Ingénierie du comportement au feu des structures

Efectis est en mesure de réaliser toutes les études d’ingénierie de sécurité incendie Efectis relatives au comportement au feu des structures afin d’évaluer les modes de ruine des bâtiments, en prenant en compte leurs fonctions (stockage, industriel, résidentiel), ou leurs différents types de structures (acier, béton, bois, aluminium ou tout autre composant).

De manière générale, l’Ingénierie de Sécurité Incendie est une approche basée sur la performance qui vérifie les exigences suivantes :

Les analyses sont fondées sur la modélisation du développement et de la propagation du feu afin de prévoir le comportement au feu des structures des bâtiments.

Efectis utilise des outils de modélisation tels que : des outils de développement du feu « modélisation simple, modélisation CFD comme FDS), des modélisations d’éléments finis pour le transfert de chaleur et/ou pour les calculs mécaniques (SAFIR, ANSYS, LENAS, DIANA).

L’ingénierie du désenfumage

L’ingénierie du désenfumage permet d’étudier les conditions d’enfumage et d’évacuation d’un ouvrage, en fonction de conditions de tenabilité (toxicité, opacité, température ambiante et rayonnement). Il s’agit  de justifier la performance d’un système de désenfumage compatible avec le projet. Cette ingénierie s’applique à tout type de bâtiment ayant des exigences en termes de désenfumage ou de ventilation (tunnels).

Les outils de cette ingénierie de plus en plus pratiquée sont de type « Computational Fluid Dynamics » (CFD). Grâce aux capacités informatiques actuelles, ils permettent des analyses très avancées en matière de mécanique de fluides et de propagation des fumées au sein d’un ouvrage en cas d’incendie.

En France, où l’ingénierie de désenfumage est une alternative réglementaire officielle depuis l’arrêté du 22 mars 2004, Efectis a été en 2005 l’un des premier Organisme Reconnu Compétent (ORC). Chez Efectis, les équipes d’ingénieurs spécialisés permettent de répondre aujourd’hui à toutes les demandes liées aux problématiques de désenfumage, quelle que soit le règlement de sécurité qui s’y applique.

L’ingénierie du désenfumage est agrémentée par des activités expérimentales d’essais in-situ d’enfumage ou de mesures aérauliques, qu’Efectis réalise au sein des ouvrages de façon maitrisée et sécurisée, par des protocoles systématiquement adaptés à la fragilité des lieux et aux objectifs recherchés, tant dans les ouvrages sensibles (monuments historiques) que dans les ouvrages à risque (tunnels, infrastructures ferroviaires).

L’ingénierie du comportement au feu des structures

L’ingénierie du comportement au feu des structures permet d’étudier la compatibilité de toute structure primaire ou secondaire vis-à-vis d’objectifs de sécurité liés à la stabilité au feu d’un ouvrage. Quelle que soit le(s) matériau(x) constituant une structure, que ce soit la construction en acier, béton, mixte ou bois, des justifications s’avèrent indispensables pour répondre à une exigence réglementaire d’une part, et d’autre part pour permettre une optimisation pertinente d’un dimensionnement.

Les études de comportement au feu des structures portent également sur les problématiques de mode de ruine, vis-à-vis d’objectifs de sécurité portant sur l’intervention des secours dans les installations classées pour la protection de l’environnement (ICPE).

Par ailleurs, la réglementation portant sur les installations nucléaires précise que la stabilité au feu des éléments porteurs des locaux et bâtiments identifiés au titre des études de maîtrise des risques d’incendie est de deux heures a minima. Dans ce domaine, Efectis, fort de son expérience en ingénierie du comportement au feu des structures, a développé une approche méthodologique répondant aux attentes du nucléaire, pour le compte des exploitants. Cette méthodologie permet par phases successives de justifier la stabilité globale des structures, en préconisant si besoin des dispositions de réduction du terme source incendie ou en quantifiant les dispositions de protection thermiques nécessaires.

Les outils utilisés pour ce type d’ingénierie vont des modèles complexes de mécanique de fluides (CFD) aux modèles de calculs de comportement thermomécaniques (éléments finis). La manipulation de ces modèles éprouvés, et parfois développés par nos équipes d’ingénieurs spécialisés, est une partie intégrante du domaine d’expertise d’Efectis, en matière d’ingénierie.

Du fait de la capacité des moyens informatiques actuels, Efectis est aujourd’hui en mesure de modéliser numériquement le développement d’un incendie en tenant compte de l’effet des SFLI (Systèmes Fixes de Lutte contre les Incendies) éventuellement en place ou en projet dans les ouvrages.

De par ses agréments officiels et historiques (depuis 1972) en matière de Résistance au Feu, Efectis est un acteur majeur de l’ingénierie du comportement au feu, et est mobilisé pour permettre d’offrir des solutions toujours plus adaptées à la construction. En France, Efectis est un laboratoire agréé en Résistance au feu depuis 50 ans, ce qui le positionne comme un moteur, un aiguilleur et un contrôleur de l’évolution de ce type d’ingénierie. 

L’ingénerie de l’évacuation

Les bâtiments publics connaissent une complexité croissante. L’urbanisation et les densités de population croissantes, augmentant les risques liés par exemple à la foule pendant les grandes manifestations. Il apparaît de plus en plus nécessaire d’évaluer les flux et plus généralement les conditions d’évacuation du public en fonction de la complexité de l’ouvrage, de sa capacité, et de la nature des événements.

Les modèles numériques et les méthodes évoluent et gagnent en crédibilité, sur cette ingénierie dont le cadre réglementaire est en cours de définition.

L’état de l’art se dessine, les cas d’études se multiplient avec à la clé, une amélioration du niveau de sécurité des ouvrages. Avec sa participation au sein des groupes de travail nationaux et européen et la réalisation d’études « pilotes », Efectis fait partie des acteurs majeurs de ce domaine.

L’ingénierie de sécurité incendie dans les infrastructures de transports

Efectis intervient régulièrement dans l’évaluation des performances à l’incendie des tunnels et des espaces souterrains.

Concernant les réseaux ferrés, la Spécification Technique d’Interopérabilité relative à la sécurité dans les tunnels ferroviaires du système ferroviaire de l’Union Européenne, et les textes nationaux États par États, régissent la mise en cohérence des dispositions de sécurité en souterrain du maillage ferroviaire continental. D’une manière générale, les réglementations applicables aux ouvrages d’art, qu’il s’agisse de tunnels routiers, ferroviaires, fluviaux ou encore de transports par câble, indiquent:

  • d’une part des exigences prescriptives et des requis techniques pour faire face aux risques d’incendie (seuil de réaction au feu des produits, critères de tenue au feu des structures, vitesses de balayage de la ventilation mécanique, etc.),
  • d’autre part la possibilité d’avoir recours aux outils et approches de l’Ingénierie de Sécurité Incendie afin de vérifier par le calcul l’atteinte des objectifs de sécurité dans ces espaces.

En tant que laboratoire agréé en résistance au feu et en réaction au feu et Organisme Reconnu Compétent (ORC) en ingénierie du désenfumage, Efectis dispose à ce titre d’un personnel expérimenté, de méthodes de travail adaptées à chaque secteur et d’une multitude de moyens techniques (installations d’essais et outils de calculs numériques ou analytiques pour l’essentiel) permettant typiquement de réaliser:

  • des études d’ingénierie du désenfumage;
  • des études d’ingénierie de l’évacuation;
  • des études d’ingénierie du comportement au feu des structures (de l’utilisation des valeurs tabulées des Eurocodes aux calculs avancées sous scénario de feu « réel »);
  • la qualification au feu en laboratoire des produits utilisés dans la construction:
    • essais normalisés de réaction au feu (Euroclasses, etc.),
    • essais normalisés de résistance au feu sous courbes de feu ISO, HC, HCM, RWS ou RABT-ZTV (courbe « Eureka ») des structures principales ou des éléments de second œuvre (portes ou clapets coupe-feu, ventilateurs, produits de protection, etc.),
    • essais d’écaillage des bétons,
  • des essais in situ:
    • d’enfumage (par exemple dans le cadre de la réalisation obligatoire d’exercices de sécurité annuels dans les tunnels routiers),
    • aérauliques pour mesurer les performances d’un système de ventilation,
    • d’écaillage des bétons au four mobile sur les structures en place,
  • des expertises produits et des avis de chantier sur des points spécifiques des ouvrages;
  • les vérifications fonctionnelles des Dispositifs Actionnés de Sécurité et l’audit des procédures pour les infrastructures ferroviaires;
  • des audits techniques et réglementaires associés à une analyse des risques et du retour d’expérience observés sur les infrastructures (accidentologie, exercices);
  • des Plans d’Intervention et de Sécurité;
  • l’évaluation du Risque Intrinsèque des ouvrages vis-à-vis du Transports de Marchandises Dangereuses et le cas échéant des Analyses Comparatives des Risques;
  • des avis sur études;
  • etc. 

Ces études viennent utilement compléter les Dossiers de Sécurité des ouvrages – ou bien les Dossiers Préliminaires de Sécurité lorsque ces derniers font l’objet de modifications substantielles ou d’une jouvence. Réalisées dans le cadre de la réalisation d’Études Spécifiques des Dangers, elles permettent notamment:

  • de dresser un état des lieux du niveau de sécurité des ouvrages;
  • d’identifier les points faibles ou les points forts des installations et de leur organisation;
  • de justifier la performance d’un système constructif (comparaisons de schémas de désenfumage, optimisation de l’épaisseur des protections au feu à mettre en œuvre, etc.);
  • de définir les jalons d’une stratégie personnalisée d’amélioration de la sécurité de l’infrastructure étudiée qui permet de s’affranchir d’une mise en conformité intégrale, coûteuse et non pertinente ; en tenant compte du contexte dans lequel évolue le système de transport. C’est notamment le cas des ouvrages existants (pour certains anciens) ou dans les projets complexes (solutions innovantes, interconnexions et interfaces avec d’autres ouvrages, etc.), pour lesquels l’application stricte de la réglementation prévue pour un ouvrage neuf équivalent serait techniquement et économiquement inadapté.
La maîtrise des risques d’incendie pour les installations nucléaires

La décision incendie de l’autorité de sûreté nucléaire relative aux règles applicables aux installations nucléaires de base (INB) pour la maîtrise des risques liés à l’incendie précise que les exploitants nucléaires mettent en œuvre des niveaux de défense successifs et suffisamment indépendants visant à démontrer:

  • La maîtrise du risque d’incendie,
  • La non mobilisation des substances dangereuses et la non-agression des équipements participant à la mise et au maintien à l’état sûr des installations.

La réglementation technique propre aux installations individuelles des installations nucléaires de base secrètes (INBS) suit une logique similaire.

Ainsi, tout au long de la vie d’une installation nucléaire, depuis sa conception jusqu’à sa mise à l’arrêt définitif, l’exploitant doit justifier, à intervalle régulier, lors des réexamens de sûreté ou lors d’évolutions ou modifications, la maîtrise des risques liés à l’incendie au travers de l’ensemble des dispositions techniques et organisationnelles qu’il met en place.

Face à cet enjeu de sûreté nucléaire, Efectis a développé une méthodologie commune aux différents exploitants nucléaires qui consiste en:

  • La caractérisation exhaustive des sources d’ignition et des sources combustibles,
  • L’identification des scénarios de feu plausibles,
  • L’identification des cibles (cibles de sûreté, cibles de propagation, substances dangereuses),
  • La définition des scénarios de référence pour chaque cible identifiée,
  • L’évaluation de la vulnérabilité des cibles suivant des critères de performance et selon les dispositions de maîtrise des risques d’incendie existantes,
  • La définition de dispositions de maîtrise des risques complémentaires le cas échéant, afin de limiter les conséquences des scénarios, soit sur l’agression des cibles, soit sur les impacts environnementaux.

La justification dans le non-dépassement d’un critère de performance d’une cible (caissons filtres du DNF dans le local ventilation, par exemple), dans la suffisance d’une disposition de maîtrise des risques d’incendie (éléments de sectorisation et produits de protection incendie, par exemple), voire l’évaluation au plus juste de l’intensité de l’agression d’une cible (intégrité du joint d’un dispositif de confinement, par exemple), peut nécessiter le recours à des outils de calculs permettant de modéliser le développement du feu et d’estimer les sollicitations thermiques générées.

Pour réaliser ces études, Efectis s’appuie sur ses compétences en ingénierie incendie qu’elle développe et adapte aux spécificités du nucléaire, notamment dans la prise en compte de feux sous-ventilés inhérents aux installations nucléaires où le confinement statique des substances radioactives est recherché en dernière solution.

Diagnostic de vulnérabilité des bâtiments : feu à l’interface forêt-habitat

Efectis propose une approche innovante d’évaluation de la vulnérabilité des bâtiments situés en risque de feu de végétation (forêts, prairies, …) : développée et appliquée dans différentes zones du Sud-Est de la France, cette approche est également en cours d’adaptation pour les zones à risque de l’ensemble de la végétation Méditerranéenne.

La protection contre les feux de végétation requiert la prise en compte des différentes réglementations nationale, régionale et communale, concernant la gestion forestière, la construction et l’habitation, l’environnement et la gestion des sols. Pour certains sites spécifiques, s’ajoutent des réglementations d’exploitation industrielle dédiées (ex. réglementation de la construction de lignes de téléphériques).

En France, les Plans de Prévention du Risque incendie de forêt définissent le zonage du risque, et fournissent également les prescriptions de performance de résistance et réaction au feu pour les projets de construction. En complément, les Obligations Légales de Débroussaillement définissent les techniques et méthodes de débroussaillement efficaces contre l’incendie de végétation. De plus, les services d’incendie et de secours ont la capacité, de par leur expertise, à requalifier le risque d’un site, en aggravation ou diminution par rapport à ce que prévoit la réglementation, et le font souvent pour des projets de construction complexes.

Dans ces cas, une analyse par modélisation peut aider à mieux qualifier le risque contextualisé sur site.

L’objectif d’Efectis est d’accompagner les porteurs de projet de construction le plus tôt possible dans leurs interactions avec les pompiers. Efectis met à disposition son expérience d’Ingénierie de Sécurité Incendie, ainsi que ses nombreuses collaborations avec des partenaires scientifiques (développement du feu, écologie du feu).

Les études de vulnérabilité face aux risques d’Accidents technologiques

La réglementation prévoit qu’une démarche de maîtrise de l’urbanisation, autour des établissements industriels à l’origine des risques technologiques, soit prise en compte par les établissements riverains à travers la réalisation des Plans de Prévention des Risques Technologiques.

Les bâtiments autorisés dans le secteur d’influence de l’installation dangereuse doivent alors garantir la protection des occupants, dans le respect des objectifs de performance fixés dans le règlement, qui vient compléter Plan Local d’Urbanisme applicable à la zone géographique.

D’une manière générale, les démarches de réduction de la vulnérabilité se déroulent selon le schéma suivant :

  • étape 1 : caractérisation des aléas et de la phénoménologie associée:
    • ondes de surpression/explosion (onde de choc, déflagration),
    • fuites de produits toxiques,
    • effets thermiques (ex. : boule de feu, feu de nuage, flamme-jet, incendie généralisé).
  • étape 2: état des lieux des enjeux identifiés (habitations ou activités économiques) et caractérisation de leurs dispositions constructives (éléments de structure et enveloppe extérieure pour l’essentiel); 
  • étape 3: identification des parties d’ouvrage vulnérables ou non du bâti;
  • étape 4: le cas échéant, définition d’une stratégie et proposition de solutions de renforcement.

En France, ces démarches sont notamment encadrées par les guides méthodologiques édités par les instances officielles (Ministère de l’Écologie, de l’Énergie, du Développement durable et de l’Aménagement du territoire) et leurs compléments techniques pour assurer la réduction de la vulnérabilité. À ce titre, Efectis est à l’origine de plusieurs des compléments techniques de référence sur le sujet.

La satisfaction des exigences est démontrée soit à l’aide d’abaques, soit à l’aide de calculs avancés lorsque que l’on a affaire à des systèmes constructifs particuliers et à des niveaux de sollicitation trop important nécessitant des approfondissements. Les approches performantielles issues de l’Ingénierie de Sécurité Incendie peuvent alors être utilement mises à profit pour vérifier le dimensionnement des dispositions constructives en place (ou en projet) et trouver des aménagements adaptés.

En tant qu’organisme expert du domaine, Efectis est en capacité de délivrer les attestations demandées par les autorités officielles ; pour la bonne prise en compte des requis réglementaires. Efectis dispose par ailleurs d’un personnel formé à la réalisation des diagnostics de vulnérabilité des bâtiments face aux phénomènes dangereux ; et à la manipulation d’outils spécifiques.

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