2.1. Principes généraux et domaine d'application
La méthode présentée dans l'annexe C de l'Eurocode 1 partie 2.2 «Actions en cas d'incendie» et annexe C de l'Eurocode 3 partie 1.2 «Comportement au feu des structures en acier» est une méthode de calcul de l'échauffement des structures situées à l'extérieur du bâtiment.
Elle s'applique aux éléments situés à l'extérieur du bâtiment quel que soit le degré de stabilité au feu requis. Les éléments de structure situés à l'extérieur du bâtiment peuvent être des éléments porteurs du bâtiment (poteaux, poutres), mais également des éléments de structure de passerelle ou coursives extérieures (poteaux, solives, poutres, tirants, .) pour lesquels il est exigé une stabilité au feu.
La méthode étant basée sur l'hypothèse d'un incendie généralisé dans le compartiment étudié, l'application est limitée à des compartiments dont les dimensions ne dépassent pas 70 m de longueur, 18 m de largeur et 5 m de hauteur.
La méthode consiste à évaluer la possibilité de sortie de flammes lors du développement d'un incendie dans un compartiment, et de déterminer le champ de température à l'extérieur du compartiment. À partir de ce champ de température, la température d'un élément structurel métallique est déterminée en considérant un état stationnaire (durée infinie).
Cette hypothèse conduit aux limites d'application de la méthode à des matériaux présentant une forte conductivité thermique, donc les éléments métalliques. Elle limite également son application aux éléments non protégés. En conséquence, si la stabilité au feu n'est pas satisfaite selon la méthode des structures extérieures, l'élément doit être protégé en considérant la courbe d'incendie conventionnel appliquée selon le degré de stabilité au feu requis pour le bâtiment.
De ce fait, l'application de cette méthode est réalisée selon le principe suivant :
Fig. 1 - Principe de la méthode concernat le calcul
de l'échauffement des structures extérieures
En dehors de son champ d'application (éléments métalliques non protégés), la vérification de la stabilité au feu des éléments de structures extérieurs, protégés ou partiellement protégés, peut faire l'objet d'une note spécifique d'un laboratoire agréé. En effet, une vérification particulière peut s'avérer nécessaire : on citera en exemple le cas de poteaux de façade protégés de l'intérieur du bâtiment sur 3 faces avec la face extérieure non protégée, où la méthode de détermination de l'échauffement de structures extérieures de l'Eurocode ne s'applique pas. Dans le cas de compartiments dont les dimensions dépassent également les limites d'application, l'évaluation peut également faire l'objet d'une étude spécifique d'un laboratoire.
2.2. Scénario d'incendie
Le scénario consiste à sélectionner l'ensemble des compartiments susceptibles de présenter une ouverture en direction de l'élément structurel pouvant conduire à un échauffement de celui-ci.
Chaque compartiment considéré est représenté par sa charge incendie (MJ/m²) et sa géométrie (longueur, largeur, hauteur). Le tableau ci-dessous donne quelques valeurs acceptées de charge incendie en fonction de l'activité du bâtiment, dans lequel la charge calorifique est donnée en MJ/m².
Tab.1 Charge calorifique d'activités types
Destination du compartiment | Charge incendie (MJ/m2) |
Bibliothèque | 1700 |
Droguerie | 1360 |
Librairie | 1190 |
Pharmacie | 850 |
Commerce de papeterie | 680 |
Exportation de meubles | 510 |
Crèche | 425 |
Hôpital - Hôtel - Théâtre | 340 |
Ecole Musée | 255 |
Les ouvertures en façade sont définies comme l'ensemble des éléments de façades ne présentant pas un degré Coupe Feu (CF) ou Pare Flamme (PF) supérieur ou égal à celui requis pour l'élément structurel (présence d'un C+D ou exigence sur les éléments de façades).
2.3. Eléments de structures étudiés
La section de l'élément de structure est simplifiée sous la forme d'un rectangle pour établir le bilan thermique.
D'un point de vue pratique, la simplification de sections suivantes est adoptée :
Fig. 2 - Schémas de simplification des sections
Par exemple, pour un poteau de type HEB 200, la section sera représentée par un carré de côté 200 mm.
La température de référence pour l'échange thermique est celle située sur l'axe de la flamme au point où se situe le centre de la section de l'élément étudié.
Pour un poteau, le calcul est effectué avec la section située à la hauteur correspondant au linteau de la fenêtre.
2.4. Représentation des flammes
La méthode consiste à représenter les flammes par des formes géométriques trapézoïdales. Le champ de température dans les flammes est décroissant avec l'éloignement par rapport à l'ouverture.
Lorsque le compartiment considéré couvre la largeur totale du bâtiment, la présence d'ouvertures sur les deux façades opposées est considérée conduire à la situation de ventilation forcée.
Dans le cas contraire, seules les ouvertures dans la façade proche de celle où se situe l'élément structurel à étudier sont prises en compte (ventilation naturelle). La forme géométrique des flammes retenue est donnée sur les figures 3 et 4.
Dans la situation de ventilation naturelle (situation le plus vent rencontrée), le schéma de la forme des flammes utilisé dans la modélisation prend en compte la présence de vent susceptible de dévier les flammes. Trois configurations sont alors étudiées selon le schéma présenté sur la figure ci-après. Dans les résultats des calculs, la température maximale des trois configurations exposées ci-dessus est retenue.
En situation de ventilation naturelle, la projection verticale des flammes est égale au deux tiers de la hauteur de l'ouverture considérée.
Lorsque l'élément de structure est hors des flammes, sa température décroît très rapidement avec son éloignement de la flamme. Le fait que l'élément se trouve hors des flammes conduit souvent à une température inférieure à 500 °C et donc à la vérification de sa stabilité au feu. Une pré-vérification de la stabilité au feu de l'élément peut donc se limiter à une considération simplement géométrique en positionnant l'élément de structure hors de la flamme représentée par une forme géométrique simple.
Fig. 3 - Modélisation de la forme des flammes :
coupe horizontale
Fig. 4 - Modélisation de la forme des flammes :
coupe verticale
