Aspects généraux de la performance au feu des panneaux sandwichs

L’objectif de ce chapitre est de montrer comment les différents composants d’un panneau sandwich (surfaces externes, âme et adhésifs) peuvent influencer la performance du panneau en présence d’un incendie et comment, avec une conception soignée, ces panneaux peuvent répondre aux exigences restrictives en matière de performance au feu. En fait, s’ils sont correctement conçus et utilisés, les panneaux sandwichs ignifugés sont certainement la meilleure solution dans toutes les applications de construction où des barrières coupe-feu sont nécessaires.

Il convient de rappeler qu’il existe aujourd’hui une tendance à évaluer le risque d’un bâtiment en cas d’incendie sur la base de la performance attendue du bâtiment dans son ensemble, plutôt que sur celle des éléments individuels qui le composent, tels que les panneaux sandwiches. Un aspect important de cette évaluation concerne l’installation de mesures supplémentaires de protection contre l’incendie, telles que des détecteurs de fumée et des systèmes d’extinction par jet d’eau.

Dans tous les cas, les compagnies d’assurance peuvent exiger une résistance passive au feu, par exemple sous la forme de cloisons résistantes au feu.

La décision d’utiliser des panneaux sandwichs dans un bâtiment peut être influencée par des objectifs généraux de sécurité, tels que la sécurité du personnel, la prévention des sinistres et la protection de l’environnement :

protection du personnel : les occupants du bâtiment, les pompiers et le public se trouvant à proximité du bâtiment peuvent être exposés aux risques liés à la survenue d’un incendie. Par conséquent, le bâtiment doit être conçu et construit de manière à ce que :
la capacité portante de la construction est garantie pour une période de temps satisfaisante ;
la production et la propagation du feu et de la fumée à l’intérieur du bâtiment sont limitées ;
la propagation de l’incendie aux bâtiments environnants est limitée ;
les occupants peuvent quitter le bâtiment ou être secourus par d’autres moyens ;
la sécurité des équipements de récupération est prise en considération ;
protection de l’environnement : les facteurs à prendre en considération sont liés à la limitation :
des effets de l’incendie sur les bâtiments ou structures adjacents ;
des produits de combustion gazeux et des fibres libérés dans l’atmosphère ;
de la contamination des pentes aquifères après les opérations de démantèlement ;
la prévention des pertes matérielles : un incendie peut avoir un impact important sur la survie d’une entreprise, il faut donc veiller à limiter les dégâts :
dans la structure du bâtiment ;
dans le contenu du bâtiment lui-même ;
dans les structures indispensables à la poursuite des activités de l’entreprise ;
dans l’image publique.

Dommages sanitaires liés au déclenchement d'un incendie

Lorsque des matériaux organiques, tels que la mousse de polyuréthane, brûlent, les produits de combustion les plus évidents sont les fumées et les gaz chauds. Ces produits peuvent constituer une menace sérieuse pour la santé.

La nature et la quantité des produits toxiques issus de la combustion de la mousse de polyuréthane dépendent des conditions de décomposition de la mousse de polyuréthane. Les feux sans flamme de faible intensité génèrent principalement des isocyanates et du monoxyde de carbone (CO), tandis que les feux avec flamme bien ventilés et pleinement développés produisent du CO et, à des températures supérieures à 800 °C, du cyanure d’hydrogène (HCN) à des concentrations relativement faibles.

Les matériaux incombustibles génèrent très peu de fumées et de produits toxiques. Les matériaux produits à haute température, comme la laine de roche, sont totalement inertes dans leur forme de base, mais les agents utilisés pour lier les fibres et les adhésifs utilisés pour lier les dalles aux surfaces métalliques du panneau peuvent produire de petites quantités de fumée et de produits toxiques.

Les facteurs à prendre en compte lors de l’utilisation de matériaux inflammables dans l’industrie de la construction sont les suivants :

toxicité et pouvoir irritant des produits de combustion : l’examen des victimes d’incendies révèle que la cause la plus fréquente de décès est liée à l’inhalation de gaz toxiques, principalement le monoxyde de carbone et le cyanure d’hydrogène ; les principaux effets sont une irritation des yeux et de la peau, des nausées, des maux de tête, des vertiges, des vomissements, une chute de la tension artérielle, une perte de conscience, des convulsions et des symptômes d’asphyxie ;
intensité de la température/irradiation des produits de combustion : en cas d’incendie, les gaz chauds peuvent menacer les fonctions vitales en endommageant les voies respiratoires en raison de la température élevée et en provoquant des douleurs cutanées et des brûlures graves en raison de la chaleur irradiée ;
obscurcissement causé par les produits de la combustion : la fumée dans un bâtiment en feu gêne la vision normale, ce qui rend l’évacuation plus difficile et retarde les opérations d’extinction ;
comportement structurel inattendu : dans de rares cas, l’effondrement structurel inattendu d’un panneau sandwich peut constituer un danger pour la vie humaine. Par exemple, un incendie sur la façade extérieure d’un bâtiment peut entraîner la séparation de la surface métallique extérieure d’un panneau et sa chute sur les personnes se trouvant en dessous, tout comme un incendie interne peut entraîner le décollement d’un panneau de toiture s’il n’y a pas de liaison mécanique entre ses deux surfaces et la structure en acier qui le supporte.

Phases d'un incendie

Le cycle de l’incendie est divisé en trois phases distinctes : la phase d’initiation et de croissance, la phase de développement complet et la phase d’extinction.

Au cours de la première phase de démarrage et de croissance, la chaleur produite est encore très faible. Le processus peut se produire à la fois par combustion lente et par flamme, et se termine lorsque les produits volatils de la combustion commencent à brûler.

La deuxième phase, la phase de développement complet, commence par ce que l’on appelle l’embrasement,

en correspondance de laquelle toutes les sources inflammables à proximité immédiate sont des participants improvisés à l’incendie. Le flashover est essentiellement un phénomène lié à l’instabilité thermique (Fig. 9.2). Cela entraîne une augmentation immédiate de la température des gaz de combustion et de l’énergie émise par irradiation. Dans cette phase, la température des gaz est très élevée et peut varier entre 700 et 1200 °C.

La dernière phase est la phase d’extinction, qui se caractérise par une baisse de la température des gaz de combustion.

Il est nécessaire de considérer que les incendies réels ont des caractéristiques très variables, car leur durée et les températures maximales atteintes dépendent principalement de la quantité d’oxygène disponible, de la quantité et de la porosité de la matière inflammable et des caractéristiques d’isolation thermique de la structure dans laquelle l’incendie se développe. Pour ces raisons, les courbes standard temps-température utilisées dans les normes sont de nature arbitraire et peuvent ne représenter que marginalement un incendie réel, mais elles constituent des outils essentiels pour comparer les performances offertes par les produits.

Réaction au feu et concepts de résistance au feu

La réaction au feu est le degré de participation d’un panneau sandwich à un incendie auquel il est soumis ; il s’agit donc d’un certain comportement qui revêt une importance extrême dans les premières phases d’un incendie.

Dans la phase de croissance d’un incendie, on peut distinguer les principales propriétés de réaction au feu suivantes :

Inflammabilité : cette propriété détermine la difficulté avec laquelle un matériau peut être enflammé par une petite flamme ou une petite source de chaleur ;
Incombustibilité : cette propriété détermine la difficulté avec laquelle un matériau brûle, développe de la chaleur et produit de la fumée et des substances toxiques/irritantes ;
taux de production de chaleur : le taux de production de chaleur influence la quantité de produits de combustion générés et la vitesse à laquelle ces produits sont transportés à travers le bâtiment ;
propagation de la flamme : cette propriété indique la vitesse à laquelle la flamme se propage à la surface d’un matériau ;
liquéfaction et retrait : certains matériaux, comme le polystyrène, se rétractent sous l’effet de la source de chaleur et libèrent des gouttelettes de matière fondue qui s’enflamment au contact du feu, contribuant ainsi à la propagation du front de flamme ;
corrosivité : de nombreux matériaux utilisés dans l’industrie de la construction produisent, après combustion, des gaz corrosifs pour les métaux, tels que le chlorure d’hydrogène ; certaines mousses de polystyrène, chargées d’agents ignifuges, et le PVC, largement utilisé dans l’isolation des câbles électriques, peuvent avoir des effets corrosifs.

Si les propriétés de réaction au feu sont extrêmement importantes dans la phase initiale de croissance d’un incendie, le comportement de résistance au feu est important une fois que le phénomène d’embrasement se produit. La résistance au feu, comme le montre la figure 9.3, représente la capacité d’un élément à résister au feu :

résister à l’effondrement de la structure ;
résister à la pénétration des flammes et des gaz chauds (tout en maintenant l’intégrité structurelle) ;
maintenir la surface non exposée au feu suffisamment froide pour ne pas déclencher de combustion dans les matériaux susceptibles d’être en contact avec elle.

La résistance au feu est exprimée par le temps, en minutes, pendant lequel l’échantillon testé satisfait à ces exigences.

Réaction au feu

Classification selon la norme EN 13501-1

L’objectif de la norme EN 13501-1 est de définir une procédure harmonisée pour la classification de la performance de réaction au feu des produits de construction et des éléments de construction. La classification est basée sur les méthodes d’essai suivantes :

Essai d’incombustibilité (prEN ISO 1182) : cette méthode d’essai permet d’identifier les produits qui ne contribuent pas, ou pas de manière significative, à l’incendie ;
Pouvoir calorifique supérieur (prEN ISO 1716) : cette méthode d’essai détermine la production maximale de chaleur par unité de temps d’un élément soumis à la combustion ;
– Single Burning Item test (EN 13823) : ce test évalue la contribution potentielle d’un panneau au développement d’un incendie, dans un scénario simulant un simple objet en feu dans un coin de la pièce ;
– Essai d’inflammabilité (prEN ISO 11925-2) : cet essai évalue l’inflammabilité d’un produit soumis à une petite flamme.

Une fois ces essais réalisés, les résultats sont utilisés pour établir une liste de classification, dont l’objectif est de fournir une méthode harmonisée de classification du produit testé. En fonction des résultats des essais, le produit se voit attribuer une Euroclasse spécifique conformément au tableau 9.1 ci-dessous.

Test de l'article unique (article unique)

La plupart des produits de construction vendus en Europe doivent être testés et classés selon une méthode d’essai appelée Single Burning Item (SBI), c’est-à-dire un élément de construction en feu, conformément à la norme EN 13823 – “Essais de réaction au feu pour les produits de construction – Produits de construction, à l’exclusion des planchers, exposés à la contrainte thermique d’un élément de construction en feu”.

L’essai d’isolation par combustion (SBI) est une méthode permettant de déterminer la performance au feu d’un panneau situé dans l’angle d’une pièce (à l’exclusion des planchers), lorsqu’il est exposé à la contrainte thermique d’un isolant en combustion (un brûleur alimenté au propane) placé dans l’angle de la pièce (Fig. 9.4).

Brûlage isolé

L’appareil d’essai (Fig. 9.5) consiste en une chambre d’une longueur de 3 m, d’une largeur de 3 m et d’une hauteur de 2,4 m, munie de deux fenêtres permettant de voir l’échantillon pendant l’essai.

La chambre est pourvue d’une ouverture par laquelle peut glisser un support mobile dans lequel est placé l’échantillon à tester ; le support mobile, lorsqu’il pénètre dans la chambre, est placé à l’intérieur d’un cadre, positionné à proximité de l’une des parois de la chambre d’essai.

Le cadre supporte une hotte rectangulaire à travers laquelle les produits de combustion sont recueillis à l’aide d’un système d’extraction approprié. Ce système, constitué d’un conduit d’un diamètre interne de 315 mm, comprend une section de mesure, équipée de thermocouples et de capteurs permettant de mesurer des paramètres tels que la température et la pression différentielle, nécessaires pour calculer la capacité des produits de combustion ; la section de mesure contient également une sonde pour mesurer le taux de chaleur produite et les guides relatifs pour réduire les turbulences de l’écoulement.

La diminution de la visibilité causée par la fumée est déterminée au moyen d’une lampe à lumière blanche et d’un système de cellules photoélectriques.

L’éprouvette se compose de deux ailes verticales, disposées à angle droit ; correspondant à cet angle, deux éléments en acier en forme de C sont utilisés pour fixer les panneaux (Fig. 9.6).

Les dimensions des ailes de l’échantillon sont les suivantes

(495 ± 5) mm de large sur (1500 ± 5) mm de haut ;
(1000 ± 5) mm de large sur (1500 ± 5) mm de haut.

L’échantillon est monté sur un support mobile (Fig. 9.7) placé sous le système d’extraction des fumées et des produits de combustion ; le support mobile est équipé d’un brûleur triangulaire au propane de 250 mm de côté, capable de générer une puissance de 30 kW.

La réaction de l’échantillon à l’action du brûleur est contrôlée visuellement et à l’aide d’instruments appropriés. Les paramètres mesurés pendant et après l’action du brûleur sont les suivants (Fig. 9.8) :

l’augmentation de la température ;
Concentrations d’O2 et de CO2 ;
l’atténuation de la lumière causée par la fumée ;
La propagation latérale de la flamme (LFS), c’est-à-dire le fait que la flamme atteigne le bord de l’échantillon le plus éloigné du coin ;
l’étendue de la zone endommagée de l’échantillon ;
la chute de gouttelettes ou de particules de matériaux enflammés ;
tout autre aspect pertinent de l’échantillon au cours de l’essai est noté.
La composante SBI de l’Euroclassification est basée sur les paramètres suivants :
Indice de taux de croissance des incendies (FIGRA) ;
Chaleur totale produite dans les 10 premières minutes (THR600s) après l’allumage du brûleur ;
Indice de taux de croissance des fumées (SMOGRA) ;
Production totale de fumée dans les 10 premières minutes (TSP600s) après l’allumage du brûleur.
La Commission a défini les critères d’attribution des classes aux panneaux testés ; ceux-ci sont indiqués dans le tableau 9.2 ci-dessous.

D’autres classifications se réfèrent à :

production de fumée – classes S1, S2, S3 ;
libération de gouttelettes enflammées – classes D0, D1, D2,

les classes de numérotation les plus élevées étant attribuées aux matériaux ayant une plus grande tendance à produire des fumées et à libérer des gouttelettes enflammées.

Par conséquent, en rappelant ces critères de classification et le tableau 9.1, les types de panneaux suivants devraient être inclus dans les classes correspondantes indiquées :

Panneaux en laine minérale (également acoustiques) A2 S1 D0
Panneaux Firemet B S1 D0
Panneaux PIR B S2 D0
Panneaux PUR-B2 B S3 D0
Panneaux PUR-B3 C S3 D0

Les figures 9.9 et 9.10, qui montrent deux échantillons soumis à l’essai SBI, montrent que la réaction au feu du panneau en mousse PIR est inférieure à celle du panneau en mousse B3.

Agréments du Loss Prevention Certification Board (LPCB) et de la Factory Mutual (FM)

Comme nous l’avons déjà mentionné au chapitre 6, l’industrie des panneaux sandwichs a été soumise ces dernières années à des exigences de plus en plus strictes en matière de comportement au feu, non seulement en raison de la grande attention portée aux questions de sécurité dans le domaine de la construction, mais aussi en raison de la pression toujours plus forte exercée par les compagnies d’assurance qui cherchent à obtenir des garanties de plus en plus grandes.

Par conséquent, certaines compagnies d’assurance, telles que Factory Mutual (États-Unis) et Lloyds (Royaume-Uni), ont créé des départements d’ingénierie internes, dont les plus importants sont la Factory Mutual Research Corporation (FMRC) et le Loss Prevention Certification Board (LPCB), qui développent des méthodes d’essai internes pour l’évaluation de la performance en cas d’incendie.

Les deux principaux agréments, qui permettent d’évaluer le degré d’implication d’un système de panneaux donné dans un incendie auquel il est soumis, sont les suivants :

Approbation du LPS 1181 du Loss Prevention Certification Board (LPCB), et
Homologation Factory Mutual Standard 4880 Factory Mutual (FM).

Approbation du LPS 1181 du LPCB

Le test LPS 1181 est utilisé pour évaluer la performance d’un système de panneaux sandwich afin de déterminer sa contribution au développement d’un incendie. Il permet de tester non seulement les panneaux, mais aussi les méthodes d’assemblage, ce qui donne une évaluation plus précise de la performance réelle au feu que celle indiquée par les essais de réaction au feu à petite échelle utilisés par les organismes de certification habituels. Par conséquent, les panneaux sandwiches qui satisfont aux exigences imposées par la norme LPS 1181 ne contribuent pas de manière significative à la croissance du feu lorsqu’ils sont utilisés dans des combinaisons mur/toit, conformément à la configuration d’essai envisagée par cette même norme.

L’essai LPS 1181 utilise une petite pièce avec un mur frontal ouvert, construite sur un sol solide fait de commentaires et d’autres matériaux, d’une longueur égale à 10 m, d’une largeur égale à 4,5 m et d’une hauteur égale à 3 m (Fig. 9.11 et 9.12).

Du côté ouvert de la pièce, une cloison de 750 mm de haut a été utilisée pour recréer une ouverture d’une hauteur de 2250 mm. En outre, la salle est équipée d’une prise d’air et d’une fenêtre d’observation sur le mur B.

Un bûcher en bois est placé de manière asymétrique dans le coin droit de la chambre d’essai, du côté opposé à celui où se trouve l’entrée d’air. Le bûcher doit être placé sur un support de manière à ce que la base du bûcher soit à 760 mm au-dessus du trottoir (Fig. 9.13).

Après l’allumage du bûcher (Fig. 9.14), la minuterie et tous les instruments d’enregistrement de la température démarrent simultanément. Des observations détaillées sont faites pendant l’essai concernant le comportement général de la structure du panneau, y compris le moment du déclenchement, la durée et la position de chaque évasement, toute déformation éventuelle des panneaux et le décollement des surfaces métalliques ; en général, un enregistrement photographique et sonore de l’essai est également effectué pendant toute la durée de l’essai.

Le test dure environ 30 minutes, après quoi la performance du système de panneaux est évaluée selon les critères suivants (Fig. 9.15 et 9.16) :

embrasement : aucun embrasement ne doit se produire au plafond, ce qui signifie que la température moyenne à l’intérieur de la pièce ne doit pas dépasser la température d’embrasement de 600 °C ;
propagation des flammes sur la surface intérieure : aucune flamme* ne doit apparaître sur la surface intérieure au-delà de 1,5 m du périmètre du bûcher dans les deux directions horizontales ;
propagation de la flamme sur la surface extérieure : il ne doit y avoir aucune propagation de la flamme* en aucun point de la surface extérieure de l’enceinte d’essai. Il ne doit pas y avoir de pénétration de flammes vers l’extérieur à travers les joints ;
combustion cachée (couche isolante) : le respect de cette exigence peut être déterminé lors de l’analyse visuelle après essai et peut être évalué sur la base de l’étendue des dommages décrits au point 6 ;
chute de morceaux de matériaux enflammés : les morceaux de matériaux enflammés ne doivent pas tomber du plafond à l’extérieur de la zone entourant le bûcher, telle que définie à la figure 9.16 ;
entité responsable des dommages : la conformité à ce critère est certifiée par le laboratoire et vérifiée par le LPCB sur la base des données existantes.

Un système de panneaux qui réussit ce test est approuvé comme LPS 1181 Grade B. Dans tous les cas, si le système de panneaux est également testé pour la résistance au feu (abordée plus loin dans ce chapitre), conformément à la norme LPS 1208, et qu’il a atteint au moins 30 minutes d’intégrité et 15 minutes d’isolation, il peut être approuvé en tant que LPS 1181 Grade A.

Marque d’approbation LPCB

La marque d’approbation du LPCB à utiliser sur les badges, la documentation, la publicité, l’emballage et d’autres formes graphiques est illustrée à la figure 9.17.

Homologation Factory Mutual (FM)

Contrairement à la norme LPS 1181, Factory Mutual a créé une classification différente pour la réaction au feu des panneaux sandwichs qui, puisqu’ils sont destinés à être utilisés dans le secteur de la construction, doivent être inclus dans la classe 1.

Les exigences auxquelles les panneaux sandwichs doivent satisfaire pour être classés dans la classe 1 selon la classification FM de réaction au feu sont indiquées dans les normes suivantes :

Factory Mutual Standard 4880, qui comprend des exigences d’approbation pour les panneaux de murs et de plafonds intérieurs, ainsi que des exigences d’essai au feu pour les panneaux de murs extérieurs ;
Factory Mutual Standard 4881, qui comprend des exigences d’approbation pour les panneaux muraux extérieurs ;
Factory Mutual Standard 4471, qui comprend des exigences d’approbation pour les panneaux de couverture ; un panneau de couverture de classe 1 répond aux critères définis par cette norme en ce qui concerne la résistance au feu, au vent, au piétinement, à la grêle et l’étanchéité à l’eau.

Les essais de réaction au feu prescrits par les normes susmentionnées pour le classement des panneaux en classe 1 sont les suivants :

test d’angle d’une hauteur de 25 pieds (7,6 m) ;
test d’angle d’une hauteur de 50 pieds (15,2 m) ;
essai en chambre, réalisé conformément à la norme ISO 9705.

Description des tests

La structure utilisée pour l’essai en angle d’une hauteur de 25 pieds (7,6 m) est constituée d’un cadre en acier sur lequel sont montés les panneaux de mur et de toit/toiture à tester.

Les échantillons doivent être montés de manière à couvrir toute la hauteur des deux murs, dans la zone allant de l’angle à 6,10 m dans les deux directions horizontales, et la moitié supérieure des murs de 6,10 m à 11,58 m sur le mur sud, et à 15,24 m sur le mur est (Fig. 9.18) ; des plaques de plâtre, d’une épaisseur de 16 mm, doivent être utilisées pour couvrir les sections restantes de ces murs qui ne sont pas recouvertes de panneaux. Afin d’obtenir une surface d’essai continue, les spécimens doivent être installés sur la paroi intérieure du cadre en acier.

Après avoir installé les thermocouples pour la détection de la température dans les positions indiquées par la norme, un bûcher de 336 kg de morceaux de bois, placé près du coin, est allumé.

La durée de l’essai est de 15 minutes, pendant lesquelles les signaux dérivés des thermocouples sont enregistrés à des intervalles ne dépassant pas 10 secondes.

En outre :

un enregistrement du test est réalisé depuis les moments de préparation jusqu’à l’achèvement du test ;
des photographies en noir et blanc et en couleur sont prises avant l’essai, pendant l’essai à des intervalles ne dépassant pas une minute, et après l’essai, une fois que la fumée s’est dissipée et que la structure d’essai s’est refroidie ;
des observations détaillées sont notées ou enregistrées avant l’essai, lorsque des événements importants se produisent pendant l’essai, et après l’essai dès que les conditions de visibilité et de température le permettent.
Au cours de l’essai, il ne doit pas y avoir de cas significatif d’évacuation d’air à travers le mur et les panneaux de couverture/toit. Ces purges provoquent un refroidissement appréciable de la zone affectée et une réduction de la propagation de la flamme, avec pour conséquence une réduction appréciable de la précision des résultats obtenus.
La structure d’essai en coin, d’une hauteur de 15,2 m, est un cadre en acier composé de supports horizontaux et verticaux sur lesquels sont montés les panneaux muraux et les panneaux de toit.
Les deux parois du cadre mesurent 6,10 m de long et forment un angle de 90 degrés au point d’intersection. La distance entre le sol en béton et la charpente du toit est égale à 15,24 m. La ferme de toit forme un triangle isocèle dont les côtés mesurent 6,10 m de long (Fig. 9.19).
Le test est effectué en allumant un bûcher de 336 kg de morceaux de bois, placé à proximité de l’angle de test. La durée de l’essai est de 15 minutes, pendant lesquelles les mêmes procédures de détection de la température et de données visuelles que celles décrites pour l’essai de l’angle de 25 pieds sont suivies.
L’essai en salle ISO 9705 évalue les caractéristiques de réaction au feu d’un produit de construction en allumant un feu dans l’angle d’une petite pièce dotée d’une seule ouverture en forme de porte dans l’un de ses murs de plus petite longueur.
L’appareil d’essai est une petite pièce construite en matériaux incombustibles, tels que des parpaings, dont les dimensions sont de 2,4 m de largeur, 3,6 m de longueur et 2,4 m de hauteur (Fig. 9.20).
L’échantillon d’essai est obtenu en fixant les panneaux au plafond et aux murs de la pièce, à l’exception du mur comportant l’ouverture.
Un brûleur au propane est placé dans l’un des coins de la pièce et produit une puissance de 100 kW pendant les 10 premières minutes et de 300 kW pendant les 10 minutes suivantes ; la durée totale de l’essai est de 20 minutes.
Les gaz de combustion sont recueillis par un système d’extraction dont la hotte est placée à l’extérieur de la pièce, devant la porte d’entrée, et dans lequel sont mesurés la chaleur produite dans l’unité de temps, la chaleur totale produite et la quantité de fumées dégagées. La propagation de la flamme le long des murs et du toit est analysée et décrite sur la base d’une observation purement visuelle. Si les flammes sortent par la porte d’entrée, cela signifie que le phénomène d’embrasement s’est produit et que l’essai est terminé (Fig. 9.21).

Exigences

En ce qui concerne les tests d’angle, la norme prescrit ce qui suit :

pour une homologation de classe 1 à une hauteur maximale de 30 pieds (9,1 m), le panneau ne doit pas supporter un feu qui se propage de lui-même et qui atteint ne serait-ce qu’un seul bord de la structure d’essai à une hauteur de 25 pieds (7,6 m), avec des dommages évidents causés par le feu et les matériaux ;
pour une homologation de classe 1 à une hauteur maximale de 15,2 m, l’ensemble des panneaux doit satisfaire aux exigences de l’homologation de classe 1 à une hauteur maximale de 9,1 m et ne doit pas supporter un feu qui se propage de lui-même et qui atteint même un seul bord de la structure d’essai à une hauteur de 15,2 m, avec des dommages évidents causés par le feu et les matériaux ;
pour une homologation de classe 1 sans obligation de hauteur, l’ensemble des panneaux doit satisfaire aux exigences de l’homologation de classe 1 à une hauteur maximale de 30 pieds (9,1 m), ne doit supporter aucun feu qui se propage de lui-même et atteigne ne serait-ce qu’un seul bord de la structure d’essai à une hauteur de 50 pieds (15,2 m), avec des dommages évidents au feu et aux matériaux, et ne doit pas déclencher d’incendie dans les panneaux de toit lors de l’essai angulaire à une hauteur de 50 pieds (15,2 m).

En ce qui concerne l’essai en salle (ISO 9705), un assemblage de panneaux :

ne doit pas favoriser l’éclosion d’un incendie autopropagé dans la salle d’essai pendant les 20 minutes de la durée de l’essai, avec des dommages évidents causés par le feu et le matériel ;
ne doit pas produire une quantité excessive de fumée pendant l’essai ; et
doit supporter la charge appliquée (le cas échéant) pendant toute la durée de l’essai.

Marques d’approbation FM

La marque d’approbation FM en forme de losange à utiliser sur les plaques, la littérature, la publicité, les emballages et autres formes graphiques est illustrée à la figure 9.22 ; lorsque la reproduction de la marque est impossible, une version modifiée du losange est suggérée (figure 9.23).

Classification italienne de la réaction au feu (décret ministériel 26.6.84)

En Italie, la détermination des caractéristiques de réaction au feu des matériaux est régie par le décret ministériel 26.6.84 “Classification de la réaction au feu et approbation des matériaux pour la prévention des incendies”.

La norme prescrit que les panneaux sandwichs, qui sont combustibles en raison des matériaux organiques qui les composent (mousse de polyuréthane, liants pour fibres de laine minérale, peintures), sont classés en fonction des résultats obtenus lors des essais suivants :

CSE RF2, essai de combustibilité à petite flamme, réalisé en appliquant une petite flamme sur le bord de l’échantillon d’essai de manière à simuler la phase d’initiation d’un incendie (Fig. 9.24) ;

CSE RF3, test du panneau radiant (Fig. 9.25), réalisé en soumettant l’échantillon d’essai à une petite flamme pilote et à un panneau radiant, de manière à simuler un incendie pleinement développé agissant sur le même échantillon.

La méthode d’évaluation attribue au panneau un numéro qui peut varier de 0 à 5 (0,1,2,3,4,5) ; les numéros les plus bas indiquent de meilleures caractéristiques de réaction au feu, et prend en considération l’application finale du panneau testé : les panneaux sandwichs peuvent être considérés soit comme des éléments structurels purs, soit comme des éléments structurels isolés.

Un panneau sandwich, considéré comme un élément structurel pur, est classé en testant uniquement la surface métallique extérieure ; étant donné que la peinture présente sur cette surface est essentiellement un matériau organique, elle peut générer une petite propagation de flamme sur la surface du panneau lui-même, ce qui fait que le panneau est de classe 1.

Si le panneau sandwich est considéré comme un élément structurel doté de propriétés isolantes, la norme prévoit une classification à double numéro, le premier numéro se rapportant au panneau sandwich dans son ensemble (pour les panneaux sandwich en général, il est égal à zéro après l’autocertification), et le second se rapportant uniquement à la couche isolante intérieure.

A titre d’exemple, la classification italienne est donnée pour les types de panneaux suivants (pour lesquels la classification basée sur la norme EN 13501-1 a été donnée plus haut dans ce chapitre) :

Panneaux en laine minérale (également acoustique) Classe 1 / Classe 0-0
Panneaux Firemet Classe 1 / Classe 0-2
Classe 1 / Classe 0-2 Panneaux PIR
PUR-B2 Classe 1 / Classe 0-2 Panneaux
PUR-B3 Classe 1 / Classe 0-4 Panneaux

Résistance au feu

La détermination de la résistance au feu prévoit l’exposition de l’élément à un incendie aux caractéristiques normalisées. Le temps de résistance ainsi déterminé est une propriété importante des éléments de construction, car il peut représenter l’intervalle de temps suffisant pour permettre aux personnes d’échapper à un incendie.

Les panneaux sandwich sont testés par les pays européens selon les normes harmonisées suivantes :

EN 13501-2, Classification au feu des produits et éléments de construction – Partie 2 : Classification à l’aide de données dérivées d’essais de résistance au feu ;
EN 1363-1, Essais de résistance au feu – Partie 1 : Exigences générales ;
EN 1364-1, Essai de résistance au feu des éléments non porteurs – Partie 1 : Murs ;
EN 1364-2, Essai de résistance au feu des éléments non porteurs – Partie 2 : Plafonds ;
EN 1365-2, Essai de résistance au feu des éléments porteurs – Partie 2 : Planchers et revêtements.

Selon ces normes, les panneaux sandwich sont montés sur une structure de four, ce qui donne un ensemble dont les dimensions sont typiquement de 3 x 3 mètres pour les murs, et de 4 mètres de long par 3 mètres de large dans le cas des toits et des plafonds. Deux types de fours sont utilisés, l’un horizontal pour les toits et les plafonds, l’autre vertical pour les panneaux muraux (Fig. 9.26).

Une fois le montage des panneaux échantillons sur la structure du four terminé, une série de thermocouples est placée sur les surfaces métalliques extérieures des panneaux échantillons afin de déterminer l’augmentation des températures maximales et moyennes pendant l’essai (Fig. 9.27).

La figure 9.28 montre le schéma d’assemblage des panneaux muraux sandwichs pour l’essai de résistance au feu ; sur la figure, les carrés indiquent les points d’application du thermocouple pour la température maximale, tandis que les cercles indiquent les points d’application du thermocouple pour la température moyenne. En outre, la courbure du système de panneaux est mesurée à intervalles de temps réguliers en correspondance avec les points marqués par les points noirs.

Enfin, l’essai de résistance au feu est effectué en augmentant la température de la cavité derrière le système de panneaux au fil du temps selon une courbe normalisée.

Le résultat final du test est une classification de l’élément par trois symboles :

R pour capacité portante (uniquement dans le cas des toits) ;
E comme intégrité ;
I comme isolation,

qui expriment les trois exigences différentes en matière de résistance au feu, chacune étant liée au temps de résistance détecté correspondant (minutes) ; ces intervalles de temps peuvent prendre l’une des valeurs suivantes : 15, 20, 30, 45, 60, 90,

Les symboles sont utilisés comme suit :

Éléments porteurs (revêtements) :
REI (temps) temps minimum pendant lequel tous les critères sont satisfaits ;
RE (temps) durée minimale pendant laquelle deux critères, la capacité portante et l’intégrité, sont satisfaits ;
R (temps) durée minimale pendant laquelle le critère de capacité portante est satisfait.
Éléments non porteurs (murs/plafonds) :
EI (temps) temps minimum pendant lequel deux critères d’intégrité et d’isolement sont satisfaits ;
E (temps) temps minimum pendant lequel le critère de complétude est satisfait.

Ainsi, un panneau sandwich ayant une capacité portante de 155 minutes, une intégrité de 80 minutes et une isolation thermique de 42 minutes est classé REI 30, RE 60 ou R 120 (les durées sont arrondies aux valeurs les plus proches prévues par la norme) ; de même, un élément de construction ayant une capacité portante de 70 minutes et une intégrité de 35 minutes est classé R 60 ou RE 30.

Il faut savoir qu’un panneau sandwich exposé au feu perd rapidement sa résistance à la flexion (Fig. 9.29). Dans tous les cas, si les surfaces métalliques du panneau sont solidement reliées à la structure, il est possible d’obtenir des périodes de résistance au feu satisfaisantes.

En ce qui concerne les caractéristiques d’isolation, des résistances au feu de plus de 120 minutes sont possibles dans le cas de la laine minérale, alors qu’en raison de la détérioration rapide des propriétés d’isolation, la plupart des panneaux avec une couche de mousse isolante ne peuvent atteindre que de courtes périodes de résistance au feu, typiquement jusqu’à 15 minutes pour un panneau en mousse de polyuréthane.

A titre d’exemple, la classification pour la réaction et la résistance au feu des panneaux suivants est donnée ci-dessous PanelSadnwich.ORG :

Laine de toit Roca 80 mm
Résistance au feu : REI 60
Réaction au tir : A2 S1 D0
Réfrigérateur 80 mm
Résistance au feu : REI 30
Réaction au tir : B S1 D0