Protection au feu des structures en acier

Propriétés de l’acier

Dans la construction, les applications de l’acier sont multiples : charpente, planchers, bardage, couverture, etc. Ses propriétés dépendent de sa structure, sa composition, son mode d’élaboration et de ses éventuels traitements thermiques. L’acier utilisé en construction jouit d’une grande plasticité et présente une certaine résistance aux déformations.

L’acier est présumé incombustible, il n’apporte pas d’aliment à l’incendie et ne dégage pas de gaz nocifs. Sous l’effet de la chaleur ses caractéristiques se modifient. Quel que soit le type d’acier utilisé, sa résistance décroît rapidement à partir de 400°C. Vers 600°C, sa limite d’élasticité est de moitié par rapport à ce qu’elle est à température ambiante.

Deux grandeurs doivent être prises en compte pour connaître les propriétés de résistance d’un acier en fonction de la chaleur : la température critique et la vitesse d’échauffement.

Température critique

La température critique est, conventionnellement, celle à laquelle une pièce ou une structure voit sa résistance mécanique abaissée au niveau de la contrainte réellement appliquée. La résistance mécanique de l’acier diminue de moitié aux alentours de 550°C.

Suivant la nature de l’élément, ses conditions de liaison et de chargement, la température critique est généralement comprise entre 450°C et 800°C. L’Eurocode 3, partie 1.2 «Calcul du comportement au feu des structures en acier» précise qu’il est possible d’utiliser, dans un but de simplification, les valeurs forfaitaires minimales des températures critiques suivantes :

• poutres hyperstatiques : 570°C

• poutres isostatiques et éléments tendus : 540°C

• éléments comprimés : 500°C

• éléments soumis à la flexion et à la compression axiale : 500°C

La stabilité au feu de la structure n’est assurée que tant que la structure reste à une température inférieure à sa température critique. Il est donc important de pouvoir déterminer quelle sera la montée probable en température afin d’estimer le temps que la structure mettra à atteindre cette température critique.

Vitesse d'échauffement

La vitesse d’échauffement d’un élément dépend des caractéristiques thermo-physiques de l’acier utilisé, de la forme géométrique de l’élément et du flux de chaleur qu’il reçoit.

L’acier présente l’inconvénient de s’échauffer très vite (sa conductivité thermique est de 45W/m/K). Sa dilatation thermique augmente linéairement jusqu‘à 700°C, point de transformation de la structure cristalline. Mais dès 400°C, les phénomènes de fluage (déformation observée sous l’action d’une charge constante à une température donnée) deviennent prépondérants.

Il existe plusieurs moyens d’augmenter la température critique ou de diminuer la température d’échauffement. Il est possible par exemple, de surdimensionner les éléments ou de multiplier les points d’appuis pour rendre la structure hyperstatique.

L’augmentation de la massiveté de l’élément (diminution du facteur de massiveté) peut conduire à une réduction de l’échauffement.

Toutefois, pour une réduction importante de l’échauffement, la massiveté doit être très fortement accrue, rendant la plus souvent inopérante cette solution. Pour diminuer fortement la vitesse d’échauffement, plusieurs types de protection sont possibles. Promat propose une protection par plaques (voir documentation technique).

Protection par plaques

La protection par plaques, également appelée protection par habillage, par coffrage ou par caisson est essentiellement utilisée pour les poutres et les poteaux. Contrairement à la protection par peinture intumescente, la protection par plaques est une technologie sèche.

Les plaques Promat sont constituées de silicate de calcium posées autour de la structure au moyen d’agrafes ou de vis.

Pour obtenir une protection de qualité, il convient de bien respecter les conditions de pose établies par le fabricant et de veiller à ce que les liaisons entre les plaques soient convenablement réalisées (joint coupe-feu, etc.). En plus de protéger contre le feu, la protection par plaques permet de dissimuler et d’habiller les structures en acier. La surface est traitée en périphérie uniquement, elle est donc inférieure à la surface développée.

Protection par écran

Le système de protection par écran est très proche du système de protection par plaques. Comme pour celui-ci, il s’agit d’intégrer des plaques sur l’ossature en acier. Deux techniques sont utilisées :

• par encloisonnement

• par plafonnage

Les cloisons de distribution (encloisonnement) ou les plafonds (plafonnages) sont utilisés comme écrans. Cette technique a l’avantage d’assurer simultanément plusieurs rôles : protection contre l’incendie, isolation acoustique et thermique, etc. Les matériaux utilisés sont similaires à ceux utilisés pour la protection par plaques.