Propriétés de surface.

De manière assez abrupte, étant donné la complexité des phénomènes en jeu, on simplifie le coefficient de convection h en lui donnant 2 valeurs, supposées valables pour tous les matériaux :

h = 25 W/m²K , à l'intérieur des fours d'essais et des compartiments incendiés et h = 9 W/m²K , pour les faces en contact avec une zone non incendiée.

Par la distinction qui est faite, h est plus une propriété de l'ambiance que du matériau. L'émissivité relative ε* est définie comme le rapport entre le flux de chaleur radiative reçue par une surface et le flux qu'elle recevrait si elle-même et toutes les surfaces environnantes étaient des corps noirs. En ce sens, cette propriété ne dépend pas non plus uniquement du matériau. L'Eurocode 4 propose les valeurs suivantes :

ε*

= 0.50 pour l'acier et ε*

= 0.56 pour le béton.

En l'absence d'information précise, l'Eurocode 1 [EC-12] recommande l’adoption de cette dernière valeur pour d'autres matériaux.

Les valeurs données ci-dessus pour le coefficient de convection et l'émissivité relative sont celles qui donnent le meilleur accord entre les mesures expérimentales et les résultats des calculs lorsque les conditions aux limites sont celles de l'équation 4.23 qui sera donnée au

chapitre suivant. Il ne faudrait pas accorder une portée trop grande à leur vraie signification physique.

La valeur donnée pour l'émissivité relative de l'acier de construction ne dépend ni de la nature, ni de la couleur d'un éventuel revêtement car, aux températures de 400 à 500°C qui sont rapidement atteintes en surface, le revêtement se dénature fortement sous l'effet de la chaleur.

Il existe cependant un cas où il convient de tenir compte de la nature du revêtement dans l'émissivité relative d'une surface métallique. C'est celui de la face non exposée d'une paroi isolante à base de tôles métalliques. Lorsque ce type de paroi est testé, le critère amenant la fin de l'essai est la température sur la face non exposée, la face froide. Sur cette face, la température ne peut dépasser 200°C en aucun point. Le revêtement de la tôle est donc intact durant toute la durée de l'essai et sa nature influence sensiblement la quantité de chaleur perdue par rayonnement vers l'ambiance. A titre d'exemple, on citera le cas de deux essais successifs réalisés à Liège sur des parois constituées de deux faces métalliques entre lesquelles avait été disposée une couche de matériau isolant. Pour le premier essai, les tôles étaient peintes d'une couleur sombre, et le rayonnement était directement perceptible en passant à proximité de la paroi. La paroi n'ayant pas respecté tous les critères lors de l'essai, un deuxième spécimen fut construit, avec une épaisseur d'isolant plus importante mais, sans qu'on n'y prête attention, les tôles utilisées lors du deuxième essai n'avaient pour tout revêtement que la couche de zinc, à l'état neuf, présentant presque un poli miroir. Cela n'a guère d'importance pour la face exposée où la galvanisation est rapidement détruite mais, sur la face non exposée, le rayonnement était presque imperceptible en passant devant la paroi. Cela n'était pas dû à des températures plus faibles. Les thermocouples montraient en effet que les températures de surface étaient plus élevées que lors du premier essai. Une rapide vérification tactile confirma d'ailleurs de manière douloureuse que les températures étaient effectivement assez élevées. La raison de ce comportement tient dans la faible émissivité relative de la surface couverte de zinc. Hammerlinck rapporte en effet pour ce type de revêtement des valeurs mesurées de l'ordre de 0.12 à 0.15 jusqu'à 400°C, température à laquelle l'émissivité relative monte brusquement à 0.80 ou 0.90 [HA91]. En conclusion, une tôle couverte de zinc rayonne beaucoup moins d'énergie qu'une tôle recouverte de peinture sombre.

Ceci amène à poser deux questions.

Premièrement, faudrait-il que la nature et la couleur du revêtement de la face non exposée soient rapportées dans le rapport d'essai, et faut-il limiter la validité de l'essai à des éléments qui auraient une émissivité supérieure ou égale à celle du spécimen testé? Mais dans ce cas, comment évaluer l'émissivité propre à tel revêtement ou à telle couleur? Il est en tout cas certain que si le premier essai de l'exemple cité avait réussi, on aurait retenu comme caractéristiques principales les épaisseurs des tôles et du matériau isolant ainsi que la nature de ce dernier, mais certainement pas la nature et la couleur du revêtement. Il est certain que n'importe quel responsable aurait, de bonne foi, accepté par la suite l'utilisation en situation réelle d'une paroi semblable dont le revêtement aurait été simplement galvanisé, sans savoir que la paroi réellement mise en place ne pourrait peut-être pas satisfaire aux critères de l'essai.

La deuxième question porte sur la pertinence des critères de température utilisés lors des essais. Quelle est en effet la paroi la plus dangereuse au point de vue de la transmission de l'incendie d'un compartiment à un autre ? Celle dont la température de surface est élevée mais qui ne rayonne pas d'énergie vers les objets proches comme le considèrent les méthodes d'essais actuelles, ou celle dont la température s'élève moins vite mais qui rayonne son énergie dans le compartiment. L'une transmet son énergie aux objets voisins par rayonnement mais l'autre pourrait en transmettre par contact aux objets qui la touchent. Pour ce dernier cas, ce n'est plus l'émissivité relative qui compte mais l'effusivité thermique. Dans les deux modes de transfert jouent des propriétés physiques ignorées par l'essai, celui-ci ne prenant d'information que sur les températures de surface. On peut se demander si un critère phénoménologique, semblable à celui de la boule de coton, ne parait pas avantageusement remplacer cette mesure de température qui se donne l'apparence d'une méthode scientifique alors qu'elle n'est pas très représentative des phénomènes réellement en jeu. A notre connaissance, aucun travail sur le sujet n'a jamais été entrepris.

3.3 PROPRIETES MECANIQUES