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Projet National de recherche et développement INGENIERIE DE LA SECURITE INCENDI

Projet National de recherche et développement INGENIERIE DE LA SECURITE INCENDIE Evaluation de la charge calorifique 30 octobre 2010 Page 2/43 Ce document ne vaut que pour le projet sus cité et dans le strict respect des informations qui nous ont été communiquées. Il comporte 43 pages. Seule sa reproduction intégrale permet l’exploitation des résultats PREAMBULE ..................................................................................................................... 3 1 INTRODUCTION .......................................................................................................... 4 2 METHODE DE MESURES .............................................................................................. 5 2.1 Méthode du PN ISI développée par l’Ecole des Mines de Nancy ....................................... 5 2.2 Méthode de l’Eidgenössische Technische Hoschule Zürich ................................................ 5 2.3 Mesures et incertitudes .................................................................................................. 6 3 ETUDE STATISTIQUE DES CHARGES INCENDIES DANS DES BATIMENTS INDUSTRIELS .... 6 3.1 Présentation des données de l’ETH .................................................................................. 6 3.2 Analyse statistique .......................................................................................................... 7 3.3 Comparaison avec des études antérieures ..................................................................... 12 4 ETUDE STATISTIQUE DES CHARGES INCENDIES DANS LES ERP .................................... 12 4.1 Présentation ................................................................................................................. 12 4.2 Analyse statistique ........................................................................................................ 12 4.2.1 Magasins commerciaux ................................................................................................................. 12 4.2.2 Hôtels ............................................................................................................................................ 15 4.2.3 Hôpitaux ........................................................................................................................................ 19 4.3 Comparaison avec des études antérieures ..................................................................... 22 5 ETUDE STATISTIQUE DES CHARGES INCENDIES DANS LES BUREAUX .......................... 25 5.1 Présentation ................................................................................................................. 25 5.2 Analyse statistique ........................................................................................................ 25 5.2.1 Bureaux ......................................................................................................................................... 25 5.2.2 Salles d’archives ............................................................................................................................ 27 5.3 Comparaison avec des études antérieures ..................................................................... 29 6 ETUDE STATISTIQUE DES CHARGES INCENDIES DANS LES IMMEUBLES DE GRANDE HAUTEUR ....................................................................................................................... 33 7 SYNTHESE ................................................................................................................. 35 8 CONCLUSION ............................................................................................................ 37 ANNEXE I : RAPPELS DE STATISTIQUES ISSUES DE L’EUROCODE 1 PARTIE 1.2 ................... 40 ANNEXE II : EXEMPLE DE FEUILLES DE DONNEES DE L’ETH ............................................... 41 ANNEXE III : EXEMPLE DE FICHE DE SYNTHESE DE L’UCP .................................................. 42 ANNEXE IV : EXEMPLE DE FICHE DE SYNTHESE DE L’EMN ................................................. 43 Page 3/43 Ce document ne vaut que pour le projet sus cité et dans le strict respect des informations qui nous ont été communiquées. Il comporte 43 pages. Seule sa reproduction intégrale permet l’exploitation des résultats PREAMBULE Dans ce rapport, les définitions suivantes sont retenues pour la charge calorifique et la densité de charge calorifique. Elles s’appuient sur les textes réglementaires pour les immeubles de grande hauteur : « charge calorifique : Somme des énergies calorifiques (exprimée en MJ) pouvant être dégagées par la combustion complète de l'ensemble des matériaux incorporés dans la construction ou situés dans un local. On peut définir une charge calorifique par unité de surface au sol ou densité de charge calorifique (MJ/m²) » Page 4/43 Ce document ne vaut que pour le projet sus cité et dans le strict respect des informations qui nous ont été communiquées. Il comporte 43 pages. Seule sa reproduction intégrale permet l’exploitation des résultats 1 INTRODUCTION La charge calorifique présente dans un local est définie comme la quantité d’énergie disponible lors d’un incendie. La densité de charge incendie, qui dérive directement de la charge calorifique, est à ce titre un paramètre d’entrée de nombreux modèles numériques. La nécessité de disposer de données statistiques fiables est évidente et c’est donc l’un des objectifs majeurs de l’action 10. La charge calorifique est une donnée nécessaire mais pas suffisante pour pouvoir décrire le développement d’un incendie. En effet, cette donnée doit être couplée à la vitesse à laquelle cette énergie est libérée, le débit calorifique. Ces deux données conditionnent la durée théorique de l’incendie. Cette vitesse est liée entre autres à la composition de la charge calorifique (influence sur le débit de pyrolyse surfacique), sa surface exposée à l’air, l’alimentation en air frais (qui régit le comportement du feu : régime contrôlé par le combustible ou la ventilation)… Dans les faits, cette durée est rarement atteinte grâce à l’action des moyens de lutte contre l’incendie qu’il s’agisse des services de secours ou de moyens de protection active, ou simplement lorsqu’une partie du combustible ne participe pas au développement. Toutefois, dans certaines situations où le foyer est piloté par la ventilation, le débit calorifique peut alors être supposé indépendant de la nature et de la quantité de combustibles (charge calorifique). La charge calorifique est alors une donnée suffisante pour représenter le combustible. Elle conduit alors à la durée maximale théorique de l’incendie. Cette approche est souvent utilisée dans les modèles de zone vis-à-vis d’objectifs de sécurité de type résistance au feu pour lesquels l’hypothèse d’une généralisation rapide du feu par embrasement généralisé est faite. La première tâche de l’action 10, consacrée à l’analyse bibliographique d’enquêtes statistiques sur les charges incendies, a mis en évidence : - d’une part, qu’il existe peu de données récentes : les enquêtes ont pour la plupart été réalisées avant 1980. La question de leur représentativité vis-à-vis des combustibles actuellement présents dans les bâtiments se pose donc. - D’autre part, la définition même de la charge calorifique s’est avérée délicate. En effet, la charge calorifique globale est composée d’une partie mobilière et d’une partie immobilière, la distinction entre les deux étant parfois ténue. Suite à cette analyse, l’Ecole des Mines de Nancy a mis en place une méthode d’enquête sur les charges calorifiques. L’application de cette méthode par l’Ecole des Mines de Nancy et l’Université de Cergy-Pontoise à des bâtiments d’usage variés ainsi qu’un partenariat avec l’Ecole Polytechnique de Zürich a abouti à la constitution d’un certain volume de données. L’objet de la présente tâche était d’analyser ces données, notamment en terme de répartition voire de composition (matières plastiques, cellulosiques…). Après une brève présentation de la méthode de mesure et de ses limites, ce rapport expose l’analyse successive des données collectées dans des établissements industriels et commerciaux avant de décrire les résultats concernant des bâtiments de type ERP (magasins, hôtels et hôpital) puis des immeubles de bureaux. La dernière catégorie abordée est celle des immeubles de grande hauteur pour lesquels la stratégie de sécurité fait appel à cette notion de potentiel calorifique. En effet, l’un des axes de la stratégie de sécurité incendie dans les IGH est de limiter le potentiel calorifique pour réduire les durées de feu potentiel. Enfin, la dernière partie synthétise l’ensemble des résultats obtenus. Page 5/43 Ce document ne vaut que pour le projet sus cité et dans le strict respect des informations qui nous ont été communiquées. Il comporte 43 pages. Seule sa reproduction intégrale permet l’exploitation des résultats 2 METHODE DE MESURES 2.1 Méthode du PN ISI développée par l’Ecole des Mines de Nancy La méthode de mesure des charges calorifiques mise en place par l’Ecole des Mines de Nancy (EMN) lors des travaux de la première tranche a été utilisée pour les deux séries d’enquêtes réalisées respectivement par l’EMN et l’Université de Cergy-Pontoise (UCP). Cette méthode est basée sur le recueil de quatre types d’informations consignées dans le formulaire d’enquête : - des informations générales telles que la date d’enquête, le nom des enquêteurs, la désignation du local, son usage… - des données géométriques. Cette partie comporte plusieurs chapitres : - les dimensions du local (longueur, largeur, hauteur, hauteur du faux-plafond), - la description des murs avec leur largeur, hauteur, nature ainsi que les éventuelles ouvertures (dimensions, matériau, fermeture automatique ou non), - le cloisonnement intérieur avec là encore les ouvertures, - les sols et faux-plafonds (surface et nature), - la présence d’équipements de sécurité et les éclairages, - un schéma descriptif des cloisons et ouvertures accompagne ces données. - des données sur la charge calorifique avec une liste des objets et leurs caractéristiques : masse, dimensions, matériau, type (contenant, contenu ou équipement permanent) ainsi qu’un croquis pour indiquer leur position. Ces informations sont ensuite regroupées dans des fiches de synthèse (cf. annexes III et IV). Lors du report au format informatique, certaines informations ne sont pas reprises. La méthode de mesure de la charge calorifique dépend de la nature de l’objet. Pour les objets dont les dimensions caractéristiques sont difficiles à relever (équipements informatiques, chaises…), la mesure se fait par référence à un catalogue. Ces objets sont classés dans la catégorie équipement permanent. Pour le reste, elle porte sur le poids ou le volume, il est possible aussi de faire référence à un étalon ou à un échantillon lorsque cela est plus pratique, par exemple pour des éléments qui se répètent. Ces objets sont classés dans la catégorie entité macro-calorifique homogène divisée elle- même en contenant et contenu. La conversion poids – charge calorifique est basée sur des valeurs trouvées dans la littérature et utilisées par les différents partenaires de l’action 10. Rappelons également que cette action est dédiée à l’étude de la charge calorifique mobilière mais l’EMN ayant mesuré la part relative à la charge immobilière celle-ci est, le cas échéant, étudiée. 2.2 Méthode de l’Eidgenössische Technische Hoschule Zürich Dans le cadre du PN ISI, l’Eidgenössische Technische Hoschule Zürich (ETH Zürich) et le CTICM ont conclu, suite à l'autorisation du Bureau du PN ISI, un accord d’échange concernant les résultats d’enquêtes menées dans des bâtiments industriels et commerciaux. La méthode employée est globalement identique à celle du PN ISI, à savoir un relevé des dimensions caractéristiques du local (nature des parois, surface des ouvertures, surface de combustible, …) et des mesures par pesée ou identification dans un catalogue (ce dernier s’est uploads/Management/a10-evaluation-de-la-charge-calorifique.pdf