INGÉNIERIE DU COMPORTEMENT AU FEU APPLIQUÉE A LA FUTURE GRANDE SALLE DE … · 2017-12-12 · type N (restauration et débits de boissons) comprendra plusieurs volumes distincts

Espace Technologique Bâtiment Apollo Route de l'Orme des Merisiers F-91193 Saint-Aubin Tél : 33 (0)1 60 13 83 80 RAPPORT D’ETUDE

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Référence : 16-002203-FCA

Affaire : BO-15-002909

INGÉNIERIE DU COMPORTEMENT AU FEU APPLIQUÉE A LA FUTURE GRANDE SALLE DE SPECTACLES DE FLOIRAC (33)

RAPPORT D’ETUDE

Client demandeur Bouygues Bâtiment

Référence et date de commande Contrat n°2000382127 du 01/12/2015

Projet Construction de la grande salle de spectacles (GSS) de Floirac (33)

Date : 16 décembre 2016 Auteur(s) :

Indice de révision : A François CAYLA

Nombre de pages : 28

Affaire n°BO-15-002909

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RAPPORT D’ETUDE Réf : 16-002203-FCA

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SUIVI DES MODIFICATIONS

Indice de révision Date Modifications

A 16/12/2016 Version initiale


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SOMMAIRE

1. OBJET ...................................................................................................... 4

2. REFERENCES ................................................................................................ 4

3. DESCRIPTION DE L’OUVRAGE ................................................................................ 5

4. METHODOLOGIE DE L’ETUDE ................................................................................ 6

5. RAPPEL DE LA DEFINITION DES SCENARIOS PROPOSES......................................................... 7 5.1 Risques identifiés dans la zone fréquentée par la public ...................................................... 7 5.2 Risques identifiés sur le gril de la salle de spectacle ........................................................... 8

5.2.1 Scénario de feu de tableau électrique ....................................................................... 8 5.2.1 Scénario de feu d’éclairage de scène (spots) ............................................................... 9 5.2.2 Scénario de feu de câbles ...................................................................................... 9

5.3 Synthèse ............................................................................................................... 11

6. MODELES .................................................................................................. 12 6.1 Code de calcul ........................................................................................................ 12 6.2 Géométries ............................................................................................................ 12 6.3 Conditions aux limites ............................................................................................... 15

6.3.1 Foyer scénario 1 : feu de scène .............................................................................. 15 6.3.2 Foyers des scénarios 2 à 4 : feux de type éléctrique ..................................................... 15 6.3.1 Autres conditions aux limites ................................................................................. 18

6.4 Grandeurs étudiées .................................................................................................. 18

7. RESULTATS ................................................................................................ 19 7.1 Scénario 1 : feu de scène ........................................................................................... 19 7.2 Scénario 2 : feu de coffret electrique ............................................................................ 19 7.3 Scénario 3 : feu de spots............................................................................................ 21 7.4 Scénario 4 : feu de câbles .......................................................................................... 23

8. CONCLUSIONS.............................................................................................. 26

ANNEXE A VUE SUR LES ELEMENTS CONSTITUTIFS DE LA CHARPENTE METALLIQUE [1] .......................... 27


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1. OBJET

La future grande salle de spectacle de Floirac (33), établissement recevant du public de 1ère catégorie de type L et X (salles d'auditions, de conférences, de réunions, de spectacles ou à usage multiple), avec des activités secondaires de type N (restauration et débits de boissons) comprendra plusieurs volumes distincts dont une salle de spectacle, un hall d’accueil, des salons et un hall logistique non accessible au public.

La salle de spectacle à proprement parlé présente une surface au sol de 6 600 m² pour une hauteur sous plafond de 22 m environ et dont la toiture est supportée par une charpente métallique.

Compte-tenu des caractéristiques de l’établissement, la sous-commission de sécurité ERP/IGH ne valide pas l’absence de stabilité au feu de la structure de la toiture de la salle [1]. En outre, se basant sur les dispositions de l’article CO13 § 3 [3], elle demande au maître d’ouvrage d’apporter la preuve que la ruine de la toiture ne puisse pas provoquer d’effondrement généralisé à l’intérieur même de la salle, si nécessaire en faisant appel à l’ingénierie de stabilité au feu.

Efectis France, laboratoire agréé en résistance au feu, se propose de réaliser cette étude d’ingénierie de comportement au feu selon les dispositions de l’arrêté modifié relatif à la résistance au feu [4].

Une approche avec des étapes successives est proposée afin de vérifier si la justification du comportement au feu peut être évaluée sans nécessiter de calculs avancés.

Ce document a pour objet de présenter la méthodologie, les scénarios validés par les autorités [15] ainsi que les résultats obtenus pour évaluer le comportement au feu de la structure métallique de la charpente de la salle de spectacle sous conditions d’incendies réels.

2. REFERENCES

[1] Plans de charpente utilisés (coupes) :

GSS_APD_NN_ZZ_ECC_CM_---_CPE_02101_D.pdf (19/10/15)






Plan charpente 3D - APD.ifc (21/10/15) [2] Avis de la sous-commission départementale pour la sécurité contre les risques d’incendie et de panique dans les

ERP/IGH. Séance du 24/06/2015.

[3] Arrêté du 25 juin 1980 portant approbation des dispositions générales du règlement de sécurité contre les risques d'incendie et de panique dans les établissements recevant du public

[4] Arrêté du 22 mars 2004 relatif à la résistance au feu des produits, éléments de construction et d'ouvrages (modifié le 14/03/2011)

[5] Arrêté du 6 mars 2006 portant approbation de diverses dispositions complétant et modifiant le règlement de sécurité contre les risques d’incendie et de panique dans les établissements recevant du public (meubles rembourrés, ascenseurs et autres)

[6] NF D 60-013 Protocole d'évaluation de l'allumabilité des meubles rembourrés, Source d'allumage équivalente à un coussin de papier de 20 g enflammé, Revêtements et rembourrages, juin 2006.

[7] Eurocode 1-Actions sur la structure-Partie 1-2 : Actions générales-Actions sur les structures exposées au feu, Annexe nationale à la NF EN 1991-1-2

[8] NF EN 1993-1-2 : Eurocode 3 partie 1-2 : Règles générales-Calcul du comportement au feu, Novembre 2005

[9] Fire Dynamics Simulator (Version 5), www.nist.gov

[10] Evaluation of Peak Heat Release Rates in Electrical Cabinet Fires - Reanalysis of Table G-1 of NUREG/CR-6850 and Table G-1 of EPRI 1011989, Technical Report 2012, EPRI

[11] SFPE Handbook of Fire Protection Engineering, 3rd Edition, NFPA, 2002

[12] Heat release rate characteristics of some combustible fuel sources in nuclear power plants. Les B.T., National Bureau of Standards, NBSIR 85-3195, 1985.

[13] Etude d’ingénierie du désenfumage appliquée à la grande salle de spectacle de Floirac. Efectis France, Rapport EFR-14-001379B, mars 2015

http://www.nist.gov/


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[14] Etude d’ingénierie du comportement au feu appliquée à la grande salle de spectacle de Floirac : proposition des scénarios. Efectis France, Rapport EFR-16-000431, mars 2016.

[15] Avis de la sous-commission départementale pour la sécurité contre les risques d’incendie et de panique dans les ERP/IGH du 11/05/2016

[16] Documentation Fire Dynamics Simulator (version 5 - NIST) :

User’s Guide. K. B. McGrattan, McDermott, S. Hostikka, J. Floyd (special publication 1019-5, 2011)

Technical Reference Guide - Volume 2: Verification Guide. K. B. McGrattan, H. R. Baum, R. G. Rehm, G. P. Forney, J. E. Floyd, K. Prasad, and S. Hostikka (Technical Report NISTIR 6783, 2007)

3. DESCRIPTION DE L’OUVRAGE

La future grande salle de spectacle à Floirac (33) comprendra plusieurs volumes distincts dont une salle de spectacle à proprement parler présentant une surface au sol de 6 600 m² pour une hauteur sous plafond de 22 m1 environ avec trois niveaux de gradins. La toiture de la salle sera supportée par une structure métallique composée de 12 fermes treillis dans le sens longitudinal (longueur max. 105 m) et 2 fermes dans le sens transversal (Longueur max. 40 m). Les fermes seront constituées de profilés du commerce ou reconstitués soudés. À ce stade du projet, aucune exigence en termes de durée de stabilité au feu n’a été définie pour cette charpente. Elle sera partiellement visible depuis le niveau rez-de-chaussée de la salle, et sera pourvue d’un système de détection incendie. Un gril ou cintres techniques sera présent au niveau de la charpente avec des équipements scéniques spécifiques.

Figure 3-1 : Vue sur la salle et sa charpente de toiture

Figure 3-2 : Exemple d’une coupe transversale de la structure de toiture de la salle (file C)

1 Suite à cette étude la hauteur a légèrement changé avec la définition plus précise du faux plafond acoustique ramenant la hauteur moyenne de la salle autour de 21 m. Cela n’impactera pas les résultats.


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Figure 3-3 : Exemple d’une coupe longitudinale de la structure de toiture de la salle (file 5)

4. METHODOLOGIE DE L’ETUDE

L’objectif de sécurité de non effondrement en chaîne de la structure de la toiture de la salle tel que formulé par l’article CO13 § 3 [3] peut se traduire en différentes exigences à respecter en cas de sinistre, à savoir que :

une ruine locale de la charpente n’entraîne pas la ruine de la totalité de la structure de la toiture ;

la ruine généralisée de la structure de la toiture ne peut intervenir avant l’évacuation complète du public ;

la ruine de la structure n’intervient que dans des zones où les conditions de tenabilité pour le public ou les services d’intervention sont perdues.

Cette étude consistera donc à vérifier pour différents scénarios d’incendie réel que le comportement de la structure de charpente permet de répondre à ces exigences. L’arrêté ministériel du 22 mars 2004 modifié [4] relatif à la résistance au feu des produits, éléments de construction et d’ouvrages, autorise cette évaluation de la stabilité au feu des structures en considérant des sollicitations thermiques établies à partir de l’examen de scénarios d’incendie réel, c'est-à-dire à partir d’une approche d’ingénierie incendie. Dans ce cadre, les points d’arrêt fixés par l’arrêté [4] pour la procédure de réalisation d’une étude d’ingénierie incendie sont les suivants :

Les scénarios d’incendie devront faire l’objet d’une validation par les autorités locales compétentes (sous-commission départementale de sécurité) (article 6) ;

L’étude devra faire l’objet d’une appréciation par un laboratoire agréé par le Ministère de l’Intérieur sous la forme d’un avis sur étude (article 15) ;

A l’issue de l’étude, un cahier des charges fixant les conditions d’exploitation doit être fourni afin d’assurer que les paramètres liés aux scénarios d’incendie retenus seront respectés par l’exploitant (article 16).

Remarque : Efectis France, bien que laboratoire agréé en résistance au feu, ne peut délivrer lui-même l’appréciation de laboratoire sur sa propre étude. Une étude d’ingénierie se compose des quatre étapes suivantes :

Définition et quantification des scénarios

Calculs des sollicitations thermiques réelles reçues par la structure à l’aide du logiciel FDS [9] ;

Calcul de l’échauffement des structures sous ces agressions ;

Calculs mécaniques du comportement au feu des structures. Toutefois, si sur la base des calculs de développement d’incendie, la structure est soumise à des agressions faibles et non pénalisantes, l’étude numérique détaillée du comportement au feu de la structure ne sera pas menée, conduisant à une conclusion de stabilité infinie de la structure face aux feux réels, et donc d’absence de ruine.


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5. RAPPEL DE LA DEFINITION DES SCENARIOS PROPOSES

Les scénarios décrits ci-dessous ont déjà fait l’objet d’un rapport [14] soumis et validé en sous-commission départementale de sécurité [15]. Les départs de feu potentiels identifiés dans la salle de spectacle en présence du public se trouvent :

Sur la scène (décors) et dans les gradins (sièges et pupitres de scénographie) ;

Au niveau de la charpente (niveau 3) : o Tableaux électriques ; o Spots de lumière ; o Chemins de câbles électriques.

5.1 RISQUES IDENTIFIES DANS LA ZONE FREQUENTEE PAR LA PUBLIC

Le feu de scène peut être caractérisé par un espace scénique intégré à la salle constitué de matériaux M0 ou M1 rendant la propagation de l’incendie difficile. On propose de conserver le feu de classe 3 utilisé pour l’étude d’ingénierie du désenfumage [13] qui sera majorant et dont les caractéristiques sont rappelées ci-dessous :

Débit calorifique maximal de 18 MW sur 36 m² (500 kW/m²) ;

Combustible mixte (50% cellulosique/50% plastique) dont énergie de combustion moyenne est de 20 MJ/kg ;

Cinétique de développement de feu moyenne ;

420 MJ/m² [7] soit 15 120 MJ. On représente ci-dessous la position du foyer dans la salle.

Figure 5-1 : Représentation de la position du feu de scène dans la salle.

Vu la hauteur de la salle, on considèrera que le feu de régie estimé à 2,7 MW pour l’étude d’ingénierie du désenfumage [13] est couvert par le feu de scène. Le dernier risque potentiel au niveau cette zone de la salle pourrait être au niveau des sièges. Ceux-ci étant conformes à l’article AM18 du règlement de sécurité [5], on peut considérer que conformément à l’instruction technique sur les sièges rembourrés, les essais menés suivant la norme NF D 60-013 [6] ont bien montrés que :

Les longueurs latérales détruites maximales sur le dossier et l’assise sont inférieures ou égales à 200 millimètres de part et d’autre de l’axe médian de feu ;

La perte de masse est inférieure ou égale à 300 grammes. En considérant une surface de feu totale de 0,4 m² comprenant l’assise et le dossier, un débit calorifique par unité de surface enveloppe de 500 kW/m², une énergie de combustion équivalente à celle du polyuréthane (26 MJ/kg) et une cinétique de feu rapide, ce foyer aura une puissance de l’ordre de 0,2 MW 2, une énergie totale produite de 7,8 MJ et une durée de l’ordre de 2 minutes. Ainsi, au regard de la puissance développée ainsi que de la durée d’incendie, ce scénario pourra être écarté pour cette étude de stabilité étant donné que la structure est à plus de 3 m de la partie haute du dossier des sièges se trouvant tout en haut des gradins.

2 Cette puissance de feu est de l’ordre de grandeur de celle d’un feu de bac poubelle.


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5.2 RISQUES IDENTIFIES SUR LE GRIL DE LA SALLE DE SPECTACLE

Les risques sur le gril sont uniquement de type électrique :

Tableaux électriques ;

Spots de lumière ;

Chemins de câbles électriques.

5.2.1 SCENARIO DE FEU DE TABLEAU ELECTRIQUE

La position des différents tableaux électriques est représentée sur la Figure 5-2. On retiendra les caractéristiques suivantes pour ce scénario :

Un feu de deux coffrets près de la charpente principale est considéré (cf. Figure 5-3) ;

Les câbles sont considérés comme non qualifiés, la ventilation non limitée (coffret ouvert) et avec une faible charge calorifique ;

Sur la base d’un débit calorifique maximum de 305 kW/m3 d’armoire [10] de débit calorifique pour deux armoires est estimé à 2 x 45,75 kW. Cette puissance sera appliquée sur une seule surface verticale afin d’avoir une densité de puissance maximale ;

Cinétique lente courante pour des feux de type électrique ;

Une charge calorifique de 318 MJ/m3 [10] soit 95 MJ pour 2 tableaux ;

Combustible de type polyéthylène (PE) avec une énergie de combustion de 43,6 MJ/kg [11].

Figure 5-2 : Positions des coffrets électriques sur le gril

Figure 5-3 : Position du foyer prise en compte pour le feu de coffrets électriques

3 9 MJ/ft3

: 1x tableau électrique 1 m x 0,5 m x 0,3 m

: 2x tableaux électriques 1 m x 0,5 m x 0,3 m

Localisation du feu


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5.2.1 SCENARIO DE FEU D’ECLAIRAGE DE SCENE (SPOTS)

Les spots présents sur le gril sont disposés sur des structures mobiles pouvant se déplacer longitudinalement. Afin de pouvoir avoir les sollicitations thermiques maximales sur la structure, le foyer sera mis en place sous la structure principale et on prendra en compte une propagation sur une trame de spots comme indiqué sur la Figure 5-4. Le feu de spots sera défini par les éléments suivants :

Les spots pris en compte ont un volume important (de l’ordre de 0,429 m x 0,347 m x 0,208 m) ;

Le feu se propage sur une trame entière de spots (soit un linéaire de 3 m) ;

Les câbles présents dans le spot sont non qualifiés en réaction au feu ;

La ventilation est non limitée et on considère une faible charge calorifique ;

Un débit 9,5 kW par spot sur la base de 305 kW/m3 [10] ;

Une charge calorifique de 109 MJ par spot en considérant que celui-ci est constitué à 50% de plastique de type PE avec une énergie de combustion de 43,6 MJ/kg [11] ;

21 spots sont considérés sur une rampe ;

La cinétique de développement de feu est lente (feu couvant de câbles électriques) ;

Le combustible est de type PE soit 43,6 MJ/kg [11].

Figure 5-4 : Position et étendue du foyer considéré pour le feu de spots.

5.2.2 SCENARIO DE FEU DE CABLES

Des chemins de câbles sont présents suivant certaines trames de la structure à une distance pouvant varier notamment au niveau des nœuds. Ces types de feu peuvent créer des échauffements locaux non négligeables. Ainsi on propose les caractéristiques suivantes pour ce scénario :

Les câbles sont considérés comme non performants au feu (448 kW/m² [12]) ;

Un débit calorifique de 500 kW maximum [12] est retenu pour un tronçon de 4,46 m sur la base d’une largeur maximale de chemin de câble de 25 cm ;

Des câbles de type 3x6mm² sont considérés (1236 MJ/tronçon de 25 câbles, 989 MJ/tronçon de 20 câbles et 939 MJ/tronçon de 19 câbles sur la base de 50% de matière combustible) ;

On considèrera que la propagation au tronçon suivant se fait lorsque le tronçon adjacent atteint son maximum de débit calorifique ;

On considèrera un départ de feu en-dessous de la structure principale comme représenté sur la Figure 5-6 ;

La cinétique est de type lente ;

Le combustible est de type PE soit 43,6 MJ/kg [11].


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Figure 5-5 : Répartition des chemins de câble.

Figure 5-6 : Position du foyer initial et de la propagation aux câbles adjacents

SCENARIOS : FEU DE CHEMIN DE CÂBLES (NIVEAU 3)

Localisation

7 câbles7 câbles

7 câbles3 câbles 3 câbles

12 câbles

20 câbles

4 câbles

25 câbles 10 câbles

19 câbles

20 câbles 15 câbles

15 câbles


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5.3 SYNTHESE

Le Tableau 5-1 présente le récapitulatif des scénarios de feu choisis dans le cadre de l’étude de stabilité au feu appliquée à la structure de la charpente de la future grande salle de spectacles de Floirac (33).

Scénario Localisation Quantité ou

surface Débit

calorifique Cinétique de

développement Charge

calorifique Combustible

1 Scène 36 m² 18 MW Moyenne 15 120 MJ 50%

cellulosique/50% polyuréthane

2 Coffrets

électriques 2 45,75 kW Lente 95 MJ

Polyéthylène (PE)

3 Spots 21 9,5 kW/spots Lente 109 MJ/spot Polyéthylène

(PE)

4 Câbles

25 câbles (7 tronçons)

500 kW/tronçon

Lente

1236 MJ/tronçon Polyéthylène

(PE)



(PE)



(PE)

Tableau 5-1 : Récapitulatif des scénarios de feu proposés4

4 Pour les câbles 1 tronçon = 4,46 m


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6. MODELES

6.1 CODE DE CALCUL

Compte tenu de la volumétrie de la salle on utilise le modèle de champs tridimensionnel FDS [16] développé par le NIST (National Institute of Standards and Technology) et utilisé par Efectis France depuis de nombreuses années. Il intègre un modèle de combustion par suivi de la fraction de mélange et un modèle à grandes échelles (LES) pour la description des écoulements turbulents. Il a fait l’objet de validations dans le domaine de la sécurité incendie au sein de Efectis France. Il permet la modélisation tridimensionnelle des volumes étudiés et prend en compte les conditions de ventilation naturelle et/ou forcée, et les échanges thermiques dans les gaz et au niveau des solides.

6.2 GEOMETRIES

Les géométries relatives aux différents scénarios sont représentées sur la Figure 6-1 pour le scénario 1, sur la Figure 6-2 pour le scénario 2, sur la Figure 6-3 pour le scénario 3 et sur la Figure 6-4 pour le scénario 4. Le maillage utilisé est de type cartésien avec des mailles de 0,5 m x 0,5 m x 0,5 m pour le scénario 1 et des mailles de 0,25 m x 0,25 m x 0,125 m pour les autres scénarios. Cette différence se justifie par le fait que dans le cas du feu de scène le foyer est très éloigné de la structure et offre un débit calorifique élevé.

Vue en coupe 3D

Vue de l’arrière de la scène

Figure 6-1 : Vues sur la géométrie mise en œuvre pour le scénario 1 (feu de scène)


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Vue globale

Agrandissement de la modélisation de la zone de feu.

Figure 6-2 : Vues sur la géométrie mise en œuvre pour le scénario 2 (feu de tableau électrique)

Figure 6-3 : Vue sur la géométrie mise en œuvre pour le scénario 3 (feu de spot)


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Vue globale du dessous

Agrandissement de la modélisation de la zone de feu près du nœud.

Figure 6-4 : Vue sur la géométrie mise en œuvre pour le scénario 4 (feu de câbles)


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6.3 CONDITIONS AUX LIMITES

6.3.1 FOYER SCENARIO 1 : FEU DE SCENE

Le positionnement du foyer de 36 m² est représenté sur la Figure 6-5. Il est situé à 1,5 m de hauteur. Le combustible est un combustible de type 50% bois/50% polyuréthane dont les propriétés sont les suivantes :

Composition chimique : C4.85H6.65O2.3N0.5

Chaleur de combustion : 20 MJ/kg

Taux massique de production de suies : 5,5%

Taux massique de production de CO : 2,1% La cinétique est moyenne et la puissance maximale est de 18 MW.

Figure 6-5 : Vue sur le foyer du feu de scène (scénario 1)

6.3.2 FOYERS DES SCENARIOS 2 A 4 : FEUX DE TYPE ELECTRIQUE

Le foyer des scénarios 2 à 4 étant de type électrique les propriétés du polyéthylène sont prises en compte :

Composition chimique : C2H4

Chaleur de combustion : 43,6 MJ/kg

Taux massique de production de suies : 6 %

Taux massique de production de CO : 2,4% Les cinétiques de développement de feu sont de type lent. On représente sur la Figure 6-6, sur la Figure 6-7 et sur la Figure 6-8 des vues des foyers modélisés ainsi que leur débit calorifique total pour chacun de ces scénarios. On notera que les surfaces en feu ne sont mises en place que sur une face afin de maximiser les débits calorifiques par unité de surface et donc la puissance rayonnée.


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Figure 6-6 : Vue sur le foyer de type tableau électrique et débit calorifique total associé (scénario 2)


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Figure 6-7 : Vue sur le feu de spots et débit calorifique total associé (scénario 3)

Figure 6-8 : Vue sur le feu de câbles et débit calorifique total associé (scénario 4)


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6.3.1 AUTRES CONDITIONS AUX LIMITES

Toutes les surfaces de cette étude sont considérées comme adiabatiques, condition permettant de ne pas refroidir les gaz chaud au niveau des parois et d’avoir une élévation de température instantanée dès qu’elles sont impactées par des flux thermiques. L’émissivité des parois est fixée à 1. Cette approche est sécuritaire. Concernant la fraction de l’énergie rayonnée par le foyer, la valeur par défaut de FDS est utilisée, à savoir une fraction rayonnée de 35 %.

6.4 GRANDEURS ETUDIEES

Pour cette étude trois grandeurs sont étudiées :

La température adiabatique (Ta) : c’est une température qui représente la température d’échauffement maximale que pourrait atteindre une surface indépendamment de ses propriétés thermiques. Cette température permet donc d’avoir une première estimation sécuritaire sans réaliser de calcul de transfert thermique dans les matériaux.

Le flux net sur paroi froide : c’est le flux thermique reçu par une paroi indépendamment de ses propriétés thermiques. Il est maximisé par la prise en compte de propriétés de parois adiabatiques.

La température d’échauffement (Ts) : c’est la température obtenue en appliquant les flux net sur paroi froide sur les profilés métalliques en utilisant les propriétés de l’acier selon l’Eurocode 3 [8].

Toutes ces grandeurs ne seront pas présentées par la suite. L’analyse va se faire sur la base du logigramme présenté sur la Figure 6-9. On notera que la température seuil de 350°C est choisie pour la température critique de la structure métallique car elle correspond à la température critique forfaitaire la plus pénalisante de l’Eurocode 3 [8]. Cette approche très sécuritaire est adaptée aux foyers de faible puissance mis en jeux dans cette étude.

Figure 6-9 : Logigramme d’analyse des résultats


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7. RESULTATS

7.1 SCENARIO 1 : FEU DE SCENE

On présente sur la Figure 7-1 l’évolution de la température adiabatique maximum relevée sur l’ensemble de la structure. Cette figure montre que malgré le caractère extrêmement enveloppe de cette approche, les températures adiabatiques restent largement en dessous du seuil de 350°C même à l’état stationnaire (phase de stabilisation). On peut donc dire que ce scénario n’implique aucune contrainte sur la structure pouvant conduire à une perte de stabilité.

Figure 7-1 : Evolution de température adiabatique maximum relevée sur l’ensemble de la structure (scénario 1)

7.2 SCENARIO 2 : FEU DE COFFRET ELECTRIQUE

On présente sur la Figure 7-2 l’évolution de la température adiabatique maximum relevée sur l’ensemble de la structure. Cette figure montre que, pour ce scénario, la structure ne sera pas impactée significativement par ce type de foyer. Néanmoins étant donné que ce type d’installation peut évoluer dans le temps, on présente sur la Figure 7-3, la température adiabatique relevée au niveau de la cible la plus proche du tableau électrique. On constate que pour cette cible, la température adiabatique se situe entre 400°C et 450°C. Pour les autres cibles, la température reste en dessous de 350°C. Une solution simple pour écarter de manière sécuritaire les risques d’échauffement des structures situées à proximité est de disposer les tableaux électriques à plus de 0,25 m des éléments de structure. En respectant cette distance, ce type de scénario n’impliquera aucune contrainte thermique sur la structure pouvant conduire à une perte de stabilité.


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Figure 7-3 : Evolution de température adiabatique maximum relevée sur la cible la plus proche (scénario 2)


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7.3 SCENARIO 3 : FEU DE SPOTS

On présente sur la Figure 7-4 l’évolution de la température adiabatique maximum relevée sur les éléments de structure adjacents les plus impactés. Cette figure montre que seule la structure notée 1 située à l’aplomb du foyer à un faible risque de s’échauffer. Malgré ce risque faible, des calculs d’échauffement au niveau des éléments de la structure transversale ont été réalisés à l’aide du flux net sur paroi froide maximum relevé sur l’élément de structure 1 (cf. Figure 7-5). L’évolution des températures obtenues en appliquant ce flux sur les quatre faces de la structure (cf. Figure 7-6) montre que les températures d’échauffement restent inférieures à 360°C. Pour la structure de la charpente métallique de la toiture, le seuil de température est dépassé après 50 minutes (voir Figure 7-6). Une mesure simple sera de ne pas mettre les spots à l’aplomb des éléments de structure. On recommandera un éloignement d’au moins 0,25 m. En respectant cette distance, ce type de scénario n’impliquera aucune contrainte thermique sur la structure pouvant conduire à une perte de stabilité.



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Figure 7-5 : Flux net sur paroi froide maximum relevé sur la structure située à l’aplomb de celle-ci (scénario 3)

Figure 7-6 : Température d’échauffement maximum relevée pour différent éléments de la structure transversale et au niveau des passerelles (scénario 3)


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7.4 SCENARIO 4 : FEU DE CABLES

On présente sur la Figure 7-1 les éléments de structure pour lesquels des températures adiabatiques supérieures à 350°C ont été relevées. Sur cette base et grâce aux cibles situées à proximité des chemins de câble, trois sollicitations thermiques majorantes ont été relevées et sont présentées sur la Figure 7-8. La courbe notée « nœud » correspond à l’intersection entre les trois chemins de câbles. La courbe notée « courant » correspond à la zone en dehors de ce nœud. Ces courbes ont permis de calculer les températures maximales d’échauffement pour différents profilés de massiveté minimale et maximale (cf. ANNEXE A) qui se trouveraient soit à 0,5 m soit à 1 m des chemins de câble. Vue la quantité importante de données ressortant de ces calculs d’échauffement, seuls les températures d’échauffement maximale pour chacun des profilés ainsi que les temps d’atteinte du seuil de 350°C sont fournies sous la forme de tableaux. On notera que pour les éléments latéraux aux chemins de câble il a été observé un flux maximum inférieur à 11kW/m² au-delà de 0,25 cm par rapport au bord des chemins de câble. En dessous de ce flux, même les éléments dont la massiveté est la plus importante ont leur température inférieure à 350°C pendant les temps d’exposition calculés. Remarque : l’échauffement des éléments de la passerelle qui ne font pas partie de la structure de la toiture sont donnés à titre indicatifs. Au vu des éléments constitutifs de la structure les éléments qui sont susceptibles d’être les plus impactés sont les éléments horizontaux (cf. structure transversale et longitudinale dans l’ANNEXE A). Afin de réduire le risque à la source, on propose sur la Figure 7-9 la zone d’exclusion définissant la zone d’éloignement minimale entre les passages de câbles et les éléments de structure. En respectant ces zones d’exclusion, ce type de scénario n’impliquera aucune contrainte thermique sur la structure pouvant conduire à une perte de stabilité.

Figure 7-7 : Représentation schématique des éléments de structure impactés significativement (température adiabatique supérieure à 350°C).


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Figure 7-8 : Flux nets sur paroi froide relevés sur des cibles situées à 1 m et 0,5 m

Echauffements maximums suivant éléments structure horizontales à l’aplomb

PASSERELLE 0,5 m nœud 0,5 m courant 1 m

UPE180 (254 m-1) 624°C 540°C 394°C

POUTRE INFERIEURE 0,5 m nœud 0,5 m courant 1 m

HEA160 (234 m-1) 624°C 540°C 394°C

HD400x237 (76 m-1) 599°C 506°C 349°C

HD400x900 (23 m-1) 400°C 300°C 191°C

Tableau 7-1 : Synthèse des températures maximales atteintes pour les profilés horizontaux (massiveté les plus faibles et les plus importantes

Echauffements maximums suivant éléments structure l’aplomb

POTEAUX 0,5 m nœud 0,5 m courant 1 m

HEA160 (234 m-1) 624°C 540°C 394°C

HD400x187 (94 m-1) 613°C 523°C 366°C

TREILLIS 0,5 m nœud 0,5 m courant 1 m

HEA180 (226 m-1) 623°C 540°C 393°C

HD400x287 (63 m-1) 584°C 487°C 349°C

Tableau 7-2 : Synthèse des températures maximales atteintes pour les profilés verticaux (massiveté les plus faibles et les plus importantes)


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Délais d’atteinte des 350°C pour éléments structure horizontales à l’aplomb

PASSERELLE 0,5 m nœud 0,5 m courant 1 m

UPE180 (254 m-1) 8 min 8 min 16 min

POUTRE INFERIEURE 0,5 m nœud 0,5 m courant 1 m

HEA160 (234 m-1) 8 min 8 min 16 min

HD400x237 (76 m-1) 13 min 30 s 14 min 50 s jamais

HD400x900 (23 m-1) 30 min 40 s jamais jamais

Tableau 7-3 : Synthèse des délais d’atteinte du seuil de 350°C pour les profilés horizontaux (massiveté les plus faibles et les plus importantes)

Délais d’atteinte des 350°C pour éléments structure verticale à l’aplomb

POTEAUX 0,5 m nœud 0,5 m courant 1 m

HEA160 (234 m-1) 8 min 8 min 16 min

HD400x187 (94 m-1) 12 min 12 min 20 s 27 min 50 s

TREILLIS 0,5 m nœud 0,5 m courant 1 m

HEA180 (226 m-1) 8 min 8 min 16 min

HD400x287 (63 m-1) 14 min 40 s 16 min 50 s jamais

Tableau 7-4 : Synthèse des délais d’atteinte du seuil de 350°C pour les profilés verticaux (massiveté les plus faibles et les plus importantes

Figure 7-9 : Zone à risque en rouge autour du chemin de câbles (vue en coupe)


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8. CONCLUSIONS

Ce rapport a porté sur l’analyse de la stabilité de la structure de la charpente métallique de la future Grande Salle de spectacle de Floirac. Quatre scénarios de feux réels validés en sous-commission départementale de sécurité [15] ont été étudiés :

Un feu de scène ;

Un feu de de coffret électrique ;

Un feu de spots ;

Un feu de chemins de câbles. Des modèles 3D ont été mis en place afin de pouvoir quantifier l’impact thermique sécuritaire sur la structure en prenant la température critique la plus défavorable de 350°C comme critère d’analyse. L’analyse des résultats a montré des agressions généralement très peu pénalisantes pour la structure. Pour certaines situations où les foyers peuvent être très proches de la structure, des préconisations sont faites pour écarter tout risque d’échauffement significatif de la charpente métallique:

Le feu de scène n’impacte pas de manière significative la charpente ;

Le coffret électrique ne devra pas être en contact direct avec la structure métallique de la charpente ;

Les spots ne devront pas être situés à l’aplomb de la structure principale. Pour cela on recommande de les écarter latéralement de 0,25 m par rapport aux éléments de structure.

Les chemins de câble devront être éloignés d’au moins 1 m suivant la hauteur par rapport à l’arase inférieure des éléments de structure horizontaux et 0,25 m latéralement de toute structure métallique comme représenté sur la Figure 7-9.

Si ces préconisations sont toutes respectées, les risques d’échauffement de la structure seront réduits. La structure aura dans ce cas une stabilité au feu infinie sur la base des scénarios de feu réels décrits dans ce document et des documents transmis. Les préconisations exprimées dans ce document, ainsi que les contraintes d’aménagement dans la charpente pour être en adéquation avec les scénarios d’incendie réels, devront faire l’objet d’un cahier des charges d’exploitation pour le comportement au feu conformément aux exigences de l’arrêté modifié du 22 mars 2004 en matière de résistance au feu [4].


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ANNEXE A VUE SUR LES ELEMENTS CONSTITUTIFS DE LA CHARPENTE METALLIQUE [1]


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INGÉNIERIE DU COMPORTEMENT AU FEU APPLIQUÉE A LA FUTURE GRANDE SALLE DE … · 2017-12-12 · type N (restauration et débits de boissons) comprendra plusieurs volumes distincts