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Résistance au feu des structures métalliques

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Quel est le comportement au feu de l'acier ?

Tous les matériaux de construction voient leur résistance diminuer sous l'effet d'une augmentation de température. L'acier ne fait pas exception à la règle. C'est un matériau incombustible qui perd tout ou partie de sa résistance quand la température augmente au-delà de 550 °C. En revanche, il recouvre sa pleine résistance après refroidissement.

Quelles sont les structures qui n'ont pas besoin de protection au feu ?

Pour de nombreuses constructions métalliques, les charges calorifiques intervenant en cas de feu sont peu importantes. Le temps nécessaire pour atteindre la température critique est augmenté, voire infini. Lorsque les poteaux et les poutres sont à l'extérieur d'un bâtiment, ou protégées par des éléments, leur exposition se trouve réduite par rapport à un feu intérieur au bâtiment.

Les sections dont le facteur de massiveté A/V est faible ont une meilleure résistance au feu. Ce facteur est défini comme étant le quotient entre la surface échauffée (A en m2) et le volume échauffé (V en m3). Des sections à faible facteur de massiveté atteignent une résistance d'au moins trente minutes, sans protection rapportée.

Quels sont les différents traitements de protection ?

Les plaques. Elles isolent thermiquement la structure contre les effets du feu. Elles permettent à celle-ci de supporter ses charges tout au long de la durée requise (de trente minutes à quatre heures). Deux types de produits doivent être différenciés : ceux de faible densité minérale (inférieur à 180 kg/m3) et ceux de forte densité à base de matériaux comme le plâtre, la vermiculite ou le silicate de calcium.

Ces produits sont simples à poser. Ils se fixent à l'aide d'agrafes, de clous, de vis ou de colles spéciales. L'épaisseur dépend de la résistance au feu exigée, du facteur de massiveté A/V et de la température critique.

Les produits projetés. Ces produits sont utilisés sur des éléments de structure non apparents (plafonds suspendus, poutres en treillis). Réalisés à base de plâtre, de vermiculite ou de mélange, ils sont fibreux ou pâteux, et s'appliquent par projection ou comme enduit.

Ce système est peu onéreux et la mise en oeuvre rapide. Il se prête à la protection de détails constructifs complexes. Toutefois, l'épaisseur est difficile à contrôler. De plus, le flocage fibreux n'est pas propre et il nécessite l'utilisation d'équipements de protection sanitaire.

Les peintures intumescentes. Elles sont utilisées pour toutes les structures apparentes exigeant une résistance au feu raisonnable. L'application est simple. Elle combine, sur les formules complexes, anticorrosion et protection incendie. Certains fabricants proposent un produit résistant jusqu'à deux heures.

La plupart des produits disponibles ne peuvent pas être appliqués à l'extérieur ou en milieu humide. Une préparation préalable du fond est nécessaire. Il faut parfois ajouter une couche de finition spéciale.

Quelles sont les solutions constructives ?

Les structures mixtes. Il s'agit de marier la structure acier au béton. Par exemple : un tube enrobé ou rempli de béton, une poutrelle enrobée sur l'aile. Pour les sols, cette approche peut être intéressante avec des bâtiments à forte charge.

Selon la réalisation et le choix de la géométrie, on obtient une protection au feu comprise entre trente minutes et quatre heures. C'est une solution économiquement viable. Sa mise en oeuvre demande des compétences mixtes acier-béton et une organisation spécifique du chantier entre le lot du métal et celui du béton.

Les systèmes plancher à poutres intégrées. Ce genre de dalles est utilisé depuis plusieurs années en Scandinavie. Il arrive en France. Ces systèmes sont constitués de profilés métalliques dont l'aile inférieure sert de support à des dalles de béton préfabriquées ou à des tôles nervurées de grande hauteur statique.

Le plancher complet est de faible épaisseur (environ 300 mm) et la résistance au feu d'environ une heure. Les coûts unitaires par m2 sont plus importants que ceux d'une dalle conventionnelle, tout en demeurant compétitifs. Ces systèmes ne sont pas encore normalisés au niveau national, ni par les Eurocodes.

A RETENIR Comment se comporte l'acier ?

C'est un matériau incombustible qui perd tout ou partie de sa résistance quand la température augmente au-delà de 550 °C.

Comment le protège-t-on ?

Avec des plaques, des projections à base de plâtre, de vermiculite, ou des peintures intumescentes. Il est possible aussi de marier l'acier et le béton, ou d'utiliser des écrans.

Faut-il toujours une protection ?

Non, lorsque les charges calorifiques sont peu importantes ou lorsque les poteaux et poutres sont placés à l'extérieur d'un bâtiment

POUR EN SAVOIR PLUS...

Syndicat de la construction métallique de France, 20, rue Jean-Jaurès, 92807 Puteaux Cedex, tél. : 01.47.74.66.15, fax : 01.40.90.08.60.

Centre technique industriel de la construction métallique, domaine Saint-Paul, BP 64, 78470 Saint-Rémy-lès-Chevreuse, tél. : 01.30.85.25.00, fax : 01.30.52.75.38.

Office technique pour l'utilisation de l'acier, immeuble Pacific, 13, cours Valmy, 92070 Paris-La Défense, tél. : 01.41.25.58.00, fax : 01.41.25.55.70.

Usinor, direction Développement construction, immeuble Pacific, 13, cours Valmy TSA 10001, 92070 Paris-La Défense, tél. : 01.41.25.68.29, fax : 01.41.25.59.59.

SCHEMAS :

- Resistance au feu La protection de la structure évite d'atteindre la température de ruine de l'acier.

- Encloisonnement et capotage par plaques L'encloisonnement permet aux poteaux de supporter la charge.

- Plancher mixte Les planchers à base de bacs collaborants acier-béton sont utilisés en rénovation.

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