La sécurité incendie des bâtiments constitue un enjeu fondamental de la conception structurelle. L'exigence de stabilité au feu, désignée par la lettre R (Résistance mécanique), garantit qu'une structure conserve sa capacité portante pendant une durée déterminée face à un incendie standard (courbe ISO 834). Le dimensionnement réglementaire s'appuie sur les normes européennes unifiées, les Eurocodes.
Fondamentalement, la vérification de la sécurité incendie s'exprime à travers l'inégalité de résistance à chaud :
Où Ed,fi représente l'effet des actions combinées en situation accidentelle d'incendie, et Rd,fi la résistance correspondante de l'élément à chaud à l'instant t.
1. Niveaux d'évaluation selon les Eurocodes
La réglementation propose une hiérarchie de méthodes de calcul adaptées à la complexité des projets :
- Niveaux tabulés : Approche empirique et réglementaire fournissant des dimensions minimales de sections ou des épaisseurs d'isolants en fonction du degré requis (R 30, R 60, R 90, etc.) sans calculs explicites.
- Méthodes de calcul simplifiées : Évaluation analytique d'éléments isolés (poutres, poteaux) en régime thermique homogène ou transitoire.
- Méthodes avancées : Modélisation numérique globale par éléments finis simulant le comportement thermo-mécanique de la structure sous feu réel ou paramétrique.
2. Calcul de la stabilité au feu d'une structure en Acier (Eurocode 3 - Partie 1-2)
L'acier possède une excellente résistance mécanique à froid, mais ses propriétés mécaniques chutent drastiquement avec l'élévation de température (à 550 °C, il conserve environ 50 % de sa limite d'élasticité initiale fy).
A. Analyse thermique et facteur de massiveté
L'échauffement d'un profilé métallique dépend de son degré d'exposition et de sa massiveté, définie par le rapport de la surface exposée au feu sur le volume du profilé (Am/V, exprimé en m-1). Plus le profil est élancé (faible épaisseur), plus son échauffement est rapide.
Pour un profilé en acier non protégé, la température de l'acier θa à l'instant t
Où ca est la chaleur massique de l'acier, ρa sa masse volumique, ksh un facteur de correction d'ombrage et h̄net,d le flux thermique net reçu.
B. Dégradation des caractéristiques mécaniques à chaud
À partir de la température atteinte θ, les propriétés mécaniques de l'acier sont réduites via des coefficients de minoration adimensionnels :
- Limite d'élasticité effective : fy,θ = ky,θ · fy
- Limite de proportionnalité : fp,θ = kp,θ · fy
- Module d'élasticité : Ea,θ = kE,θ · Ea
Les vérifications de résistance (flexion, compression, flambement, cisaillement) sont ensuite menées en injectant ces valeurs réduites dans les formules traditionnelles de l'Eurocode 3.
3. Calcul de la stabilité au feu d'une structure en Bois (Eurocode 5 - Partie 1-2)
Bien que combustible, le bois présente un comportement au feu remarquable et prévisible : il se consume à vitesse constante en formant une couche de charbon superficielle. Cette couche carbonisée possède d'excellentes propriétés isolantes et protège le noyau central de la pièce.
A. La méthode de la section réduite (Méthode simplifiée)
La vérification consiste à déterminer la section efficace (ou résiduelle) en soustrayant de la section initiale une épaisseur totale de bois détérioré ou carbonisé.
1. Calcul de la profondeur de carbonisation nominale (dchar,n) :
Où βn est la vitesse de carbonisation unidirectionnelle (généralement comprise entre 0,65 et 0,80 mm/min selon l'essence et la masse volumique du bois) et t le temps d'exposition en minutes.
2. Prise en compte de la fissuration thermique (d0) :
Sous la couche de charbon, une zone de bois sous-jacente subit des températures comprises entre 100 °C et 300 °C, entraînant une chute de résistance mécanique. On ajoute donc une épaisseur fictive de pénétration d0 (souvent fixée à 7 mm) :
3. Vérification de la résistance de la section efficace :
Les contraintes appliquées par les charges d'incendie (Ed,fi) sont comparées aux résistances caractéristiques du bois multipliées par les coefficients de modification appropriés pour situation d'incendie (kmod,fi) et de sécurité du matériau (γM,fi = 1,0).
Tableau comparatif synthétique : Acier vs Bois en situation d'incendie
| Paramètre clé | Structure Acier (EN 1993-1-2) | Structure Bois (EN 1995-1-2) |
|---|---|---|
| Comportement au feu | Incombustible mais perte rapide de rigidité et résistance. | Combustible mais carbonisation lente et prévisible protégeant le cœur. |
| Paramètre influençant l'échauffement | Facteur de massiveté Am/V et type de protection thermique. | Vitesse de carbonisation unidirectionnelle βn et essence du bois. |
| Méthode de calcul analytique principale | Calcul de la température critique θcr et minoration de fy. | Méthode de la section efficace (def = dchar + d0). |
| Points sensibles | Assemblages boulonnés/soudés non protégés. | Goujons, broches et connecteurs métalliques traversants. |
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