L’ingénierie de sécurité incendie appliquée aux bâtiments industriels

(1)

L’ingénierie de sécurité incendie appliquée aux bâtiments industriels

Application

(2)

ENSOSP – Journée technique entrepôt – 18 mai 2009

Entrepôt : ouvrage spécifique

Grand volume

> 50 000m ³

Grande quantité de combustible :

> 30 000 MJ/m²

Une durée de feu importante :

> 8 heures

Un rayonnement important :

> 15 kw/m² en proximité

(3)

Entrepôt : parfois extrême

Souvent en RDC

Grandes hauteurs :

> 35m

Surface de cellule importante :

>15 000m²

Des mezzanines intérieures

~ faux niveaux (1, 2 voire 3)

Des surfaces de site

> 100000m²

(4)

Entrepôt : moyens souvent adaptés

Extinction automatique Mur CF

Porte CF

Moyens en eau Détection

accessibilité

(5)

Entrepôt : Retex

PUISSANCE et la DUREE

(6)

Entrepôt : Retex

STRUCTURE

(7)

Entrepôt : Retex

COMPARTIMENTAGE / FACADE

(8)

Entrepôt : Retex

COMPARTIMENTAGE / FACADE

(9)

Entrepôt : Retex

COMPARTIMENTAGE / FACADE

(10)

Arrêté du 5 août 2002

Article 6 : recours à l’ingénierie Article 9 : analyse critique

Faux niveaux

Toiture « incombustible » Rayonnement

Dispersion atmosphérique

Contexte réglementaire

(11)

Application ISI pour 1510

Caractéristiques de

l’entrepôt S < 3000m² 3000m²<S<6000m² S > 6000m² H < 12.5 m Aucune exigence Aucune exigence

SF 1h SF 1 h + sprinklers H > 12.5 m Alternative :

Sprinklers + Etude d’ingénierie

Alternative : Sprinklers + Etude

d’ingénierie

Sprinklers + Etude d’ingénierie

+ analyse critique

(12)

« Une étude spécifique d’ingénierie incendie conclut à une cinématique de ruine

démontrant le non-effondrement de la structure vers l’extérieur de la première cellule en feu et l’absence de ruine en

chaîne, et une cinétique d’incendie compatible avec l’évacuation des personnes et

l’intervention des services de secours »

§6 de l’Arrêté 5 août 2002

(13)

Objectifs/Exigences

Objectifs liés à la structure du bâtiment :

● Exigence 1: Non un effondrement de la structure vers l’extérieur ;

▪ Lors de l'effondrement du bâtiment ou d'une partie du bâtiment, les éléments concourant à la stabilité de la structure et les éléments de façade, parois, cloisons et contre cloisons sont, dans leur situation d'effondrement, situés à l'intérieur du périmètre de la cellule

● Exigence 2: Non ruine en chaîne au sein même de la cellule sinistrée ;

▪ La ruine des éléments, que ce soit dans une cellule ou hors de cette dernière, ne se produit que dans la zone où est situé le foyer d'incendie, en préservant celles où les conditions thermiques autorisent toujours une

présence humaine

● Exigence 3 : Non ruine en chaîne des cellules voisines ;

▪ La ruine des éléments d’une cellule n’entraîne pas la

ruine des cellules adjacentes

(14)

Objectifs/Exigences

Objectifs liés aux personnes :

● Exigence 4 : Compatibilité vis-à-vis des occupants

▪ il est nécessaire que la perte des conditions de tenabilité des personnes se situe après l’évacuation du personnel et que l'effondrement des éléments de construction apparaisse après la perte des conditions de tenabilité pour les occupants ou leur évacuation du bâtiment

● Exigence 5 : Compatibilité vis-à-vis des services de secours

▪ il est nécessaire que la perte des conditions de tenabilité des pompiers se situe après celle du personnel et que l'effondrement des éléments de construction apparaisse après la perte des conditions de tenabilité pour les

services de secours).

(15)

Conditions de tenabilité : Critères associés

Pour les personnes

● dose thermique < 600 kW

^4/3

.m

^-8/3

.s pour une zone d’air frais > à 2,5 m de haut. (2,5kW/m²)

● Si zone enfumée < à 2,5 m => visibilité > 10 m, (K

_ext

= 0,8 m

^-1

) et dose toxique CO < 1200

mg/m

³

.

● 60°C dans la zone d’air non enfumée Pour les services de secours,

● Temps de tenabilité < embrasement généralisé (flash over), => T=500°C dans la couche de gaz chauds (20 kW/m

²

).

● si couche > 2,5 m de haut => dose thermique <

2500 kW

^²

.s.m

^-4

et température gaz frais < 100°C

● Si couche chaude < à 2,5 m => visibilité > 5 m.

pas de critère de toxicité

(16)

Méthodologie

(17)

Méthodologie générale

Comportement mécanique

Température des éléments structuraux Propagation du feu

Scénarios d’incendie

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

temps (min)

températures (°C)

r=0 m r=2.5 m r=5 m r=7.5 m r=10 m r=12.5 m r=15 m r=17.5 m r=20 m r=22.5 m r=25 m r=27.5 m Gaz Chaud V1 Gaz Chaud V2

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

temps (min)

températures (°C)

r=0 m r=2.5 m r=5 m r=7.5 m r=10 m r=12.5 m r=15 m r=17.5 m r=20 m r=22.5 m r=25 m r=27.5 m Gaz Chaud V1 Gaz Chaud V2

(18)

Détermination des scénarios d’incendie

Hypothèses nécessaires à l’étude

Dimension du bâtiment, des cellules, des cantons,…

Dimension du stockage, des rayonnages, des cartons, des palettes, ….

Quantités de marchandises et si possible par nature de produits,

Nombre de palettes et si possible

réparation massique par mode de

stockage

(19)

Détermination des scénarios d’incendie

Potentiel et débit calorifiques

Base de données Bibliographie

Retour sinistre

Chaleur de combustion

(MJ/kg)

Débit calorifique surfacique

(kW/m²)

Débit de combustion surfacique

(kg/m².s)

Masse (t)

Coton (Textiles) 18,00 350 0,016 m1

Cellulose (Cartons) 20,90 800 0,040 m2

Bois (palette) 17,50 100 0,010 m3

PE (Film

emballages) 43,60 500 0,060 m4

Total (moyenne

pondérée) ∆H q" m" M

2,4m 5m

8m 2,4m 5m

8m

(20)

Détermination des scénarios d’incendie

Foyer localisé

● Début de l’incendie

● Cinétique de développement

● Localisation pénalisante

Foyer généralisé

● Propagation

● Flash-over

● Combustible suffisant

0 5 10 15 20 25

0:00 0:02 0:05 0:08 0:11 0:14 0:17 0:20 0:23 Temps (hh:mm)

Débit calorifique (MW)

0.E+00 1.E+03 2.E+03 3.E+03 4.E+03 5.E+03 6.E+03 7.E+03 8.E+03 9.E+03 1.E+04

Potentiel calorifique (MJ)

(21)

Développement du feu

Modèle algébrique

feu localisé

Modèle de zones

feu généralisé

Z_H

zone du panache zone de jet plan région d’impact

plancher

plafond profil de température r

foyer source

z

(22)

Développement du feu

Résultats

Température des gaz chauds Température des gaz froid

Hauteur interface

Dose thermique

(23)

Évacuation

Distances de parcours

Réglementaire (50m/20m)

Sécuritaire (+ éloignées/2 ^ème porte)

Durées d’évacuation sécuritaire

temps de détection et de mise en alerte temps de réaction

temps de parcours : 4 km/h

temps de sortie : 1 personne/s/UP

temps de descente : 2 km/h.

(24)

C omportement au feu

Hypothèses

Conception Chargement Matériaux

Échauffement

1D / 2D ou 3D

à partir des résultats des scénarios

(25)

C omportement au feu

Calcul thermo-mécanique

Vérification du mode de ruine :

la déformée au moment de la ruine, le déplacement en tête des poteaux

adjacents à la zone de feu,

le déplacement en tête des poteaux

périphériques de la structure

(26)

Examen des exigences

En cas d’incendie réel se déclarant au sein de la cellule, il n’y a pas un effondrement de la structure vers l’extérieur ;

En cas d’incendie réel se déclarant au sein de la

cellule, il n’y a pas de ruine en chaîne au sein même de la cellule sinistrée (pas de ruine en chaîne intra cellule) ;

En cas d’incendie réel se déclarant au sein de la

cellule, il n’y a pas de ruine en chaîne des cellules

voisines (pas de ruine en chaîne inter cellules) ;

En cas d’incendie réel se déclarant au sein de la

cellule, la cinétique d’incendie est compatible avec

l’évacuation des personnes et l’intervention des

services de secours.

(27)

Illustrations d’application

(28)

Troyes : ICPE 1510 Problématique

Hauteur sous faîtage > 12,5m Application de l’article 6

● Sprinklage + ISI

Stockage

● Produits textiles

● Tour automatisée

● Racks standards

(29)

Troyes : ICPE 1510 Évacuation

Distances minimales/sécuritaires

Durée d’évacuation

(30)

Détermination des conditions de développement de feu => scénario d’incendie

Conditions de tenabilité compatibles avec l’évacuation Actions thermiques

Interface de gaz chauds Modélisation 2 zones

Troyes : ICPE 1510

Développement de feu

(31)

Troyes : ICPE 1510

Résultats

(32)

Troyes : ICPE 1510

Comportement au feu

Échauffement

(33)

Troyes : ICPE 1510

Comportement au feu

Calcul thermo-mécanique

(34)

Troyes : ICPE 1510

Examen des exigences

(35)

Fos-sur-Mer : Plateforme logistique - 1510

140 000 m² de stockage – Bâtiment neuf

• 10 cellules séparées par des murs CF

• Entrepôt rubrique 1510

• Arrêté du 5 août 2002

• Dérogation car S _cellule > 6 000 m² (article 9)

• Étude spécifique d’ingénierie incendie

• 2 cellules sont à stockage automatisé avec des racks en acier supportant la toiture et une partie des façades (H= 35 m)

• Tierce expertise

• Avis du CSIC

(36)

Objectifs recherchés

Satisfaire l’ensemble des exigences de l’arrêté En développant :

● La sécurité des personnes (cinétique du feu, distance à parcourir, cinématique de ruine ..)

● Le respect de l’environnement (maîtrise de l’urbanisme, flux dans les limites de propriété, rétention des eaux, ..)

● Les capacités d’intervention et d’extinction (accès tout autour du site, moyens en eaux élevés…)

Et ce en s’assurant que le feu restera confiné dans une seule cellule lors d’un sinistre

incendie

(37)

La conception

8 cellules « conventionnelles »

● 200 m x 60 m

● H = 13,80 m au faîtage

● Stockage classique sur racks

● Structure toiture en acier (fermes treillis)

● Poteaux en béton armé

2 cellules « silos »

● 150 m x 95 m

● H = 35 m

● Stockage automatisé

● Racks autoporteurs en acier supportant la toiture et

le bardage

(38)

Examen des risques

Propagation du feu par la toiture Propagation du feu

par la toiture

Propagation du feu

par le bardage des cellule silos

Comportement au feu des murs CF béton Comportement au feu des

structures à racks autoporteurs (mode de ruine ?)

Comportement au feu de la structure (mode de ruine ?)

(39)

Propagation du feu par les toitures

incendie généralisé dans une cellule silo

sollicitations thermiques vers la toiture d’une cellule

conventionnelle

cellule conventionnelle

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100

0 60 120 180 240 300 360

temps (min)

température (°C) Tc 31

Tc 32 Tc 33 Tc 34 Tc 35 Tc 36

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420

Température (°C)

Tc 1 Tc 2 Tc 3 Tc 4 Tc 5

(40)

Propagation du feu par le bardage des cellules silos

incendie généralisé dans une cellule

conventionnelle bardage cellule silo

cellule silo

Lisse supérieure (2 tubes 50 x 50 mm)

Lisse inférieure (1 tube 50 x 50 mm) Position du joint horizontal

(derrière la lisse)

Joint vertical

1,70 m (espacement entre lisses)

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360

temps (min)

température (°C)

Tc 23 Tc 24 Tc 25 Tc 26 Tc 27

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360

temps (min)

température (°C)

Tc 1 Tc 2 Tc 3 Tc 4 Tc 5

(41)

Développement de feu dans les cellules

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Temps (min)

Cellule conventionnelle Cellule silo

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0 10 20 30 40 50 60

Temps (min)

Température (°C)

A1 couche chaude S1a A1 couche chaude S1b A1 couche chaude S1c

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400

0 10 20 30 40 50 60

Temps (min)

Evènements A1 Evènements A2 Evènements A3 Evènements A4 Evènements A5

Flashover dans le compartiment A5

Ouverture exutoires dans le compartiment A5

Cellule conventionnelle

(42)

Etude d’Ingénierie Incendie Cellules conventionnelles

Comportement au feu des poteaux en béton armé

Cas d’un poteau intermédiaire (60 x 60)

Evolution du déplacement en tête en mm

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

0 100 200 300 400 500 600 700 800

temps en min

Evolution du déplacement en tête en mm

-300 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200

0 100 200 300 400 500 600 700 800

temps en min

déplacement négatif vers l’extérieur de la cellule

(43)

Cellules conventionnelles

Évacuation des personnes

● Calcul des distances d’évacuation

● Définition de critères d’incompatibilité pour l’évacuation des personnes

● Calcul du temps maximum d’évacuation des personnes

● Vérification que les critères ne sont pas atteints pendant ce temps d’évacuation

Intervention des services de secours

● Définition de critères d’incompatibilité pour l’intervention des services de secours

● Détermination de la durée maximale d’intervention des services de secours : 45 minutes

Cinétique d’incendie compatible avec l’évacuation des personnes

(44)

Cellules conventionnelles

24 m 12 m

202 m = 24 m

+ 11 x 14 m + 24 m

57 m = 3 x 19 m 24 m

12 m

202 m = 24 m

+ 11 x 14 m + 24 m

57 m = 3 x 19 m

Comportement au feu de la structure porteuse

● Étude de la structure de toiture en acier

po tea ux BA

(45)

Cellules conventionnelles

Comportement au feu des poteaux en béton armé

mur CF

poteau en béton armé du mur CF

support de la charpente de

toiture

F ruine

ruine de la

structure acier

(46)

Cellules silos

Comportement au feu

Structure autoportante

Racks automatisé ( pas de personnel) Vérifier la non ruine en chaîne

Vérifier la non ruine vers extérieur

(47)

Cellules silos

(48)

Cellules silos

(49)

Plateforme logistique IKEA

de Fos-sur-Mer : Conclusions de l’étude

Exigences de l’arrêté du 5 août 2002 satisfaites sous réserve de mise en œuvre de quelques dispositions

constructives :

● Augmentation des sections initiales des poteaux en BA

● Renforcement de la fixation des éléments de bardage sur la structure

● Création de jeu sur certains assemblages ferme – poteaux BA (limiter les effets de la dilatation)

● Etc.

(50)

Entrepôt VTPC - 1510

Application ISI sur mobilier de stockage

Problématique

● Bâtiment 1510 conforme

● Mobiliers: racks à 2 niveaux

● Présence de personnel dans les racks

(51)

Entrepôt VTPC – 1510 Méthodologie

Cahier des charges

Potentiel calorifique connu Mode de stockage connu

Définir un mode de construction

Étude du désenfumage

cinétique de feu

Vérification de la structure

cinématique de ruine

(52)

Entrepôt VTPC – 1510 Cahier des charges

Hypothèses

Nature et quantité des produits Échantillonnage des éléments Mode de construction

Méthodologie

Définition de scénario

Calcul des actions thermiques

Définir des contraintes de conception

Tenue au feu d’au moins 7,5 min de la plateforme Tenue au feu d’au moins 4 min des îlots,

Vérifier la non ruine en chaîne

Vérifier la non ruine vers l’extérieur

(53)

Entrepôt VTPC – 1510 Étude du désenfumage

Compatibilité de l’évacuation des personnes et de l’intervention des services de secours avec la cinétique de feu et la cinématique de ruine

1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 ...

Evacuation des personnes Détection + réaction

évacuation îlot

évacuation plateforme Conditions de tenabilité tenabilité îlot

tenabilité plateforme

Conditions d'intervention intervention îlot

intervention plateforme Conditions de ruine ruine îlot

ruine plateforme

Conditions faiblement dégradées (compatible)

Conditions fortement dégradées (pertes de compatibilité) instant (min.)

(54)

Entrepôt VTPC – 1510

Comportement au feu

(55)

Entrepôt VTPC – 1510 Comportement au feu

Vérification pour différents départs de feu

(56)

Oyonnax - ICPE 2662

Compatibilité structure/compartimentage

12,00 m

travée n°1

(travée « Pernod-Ricard ») travée n°2 travée n°3 travée n°4

20,00 m

20,00 m 20,00 m 20,00 m

80,00 m

10,50 m

file n°1 file n°2 file n°3 file n°4 file n°5

C1 C2 C3 C4

Mur coupe feu 4h

(57)

Inter-cellule : interaction structure/mur

(58)

Situations inacceptables

Mur coupe-Feu

(59)

Situations inacceptables

Mur coupe-Feu

(60)

Situations acceptables

Mur coupe-Feu

(61)

Application 1510

mise en sécurité de l’existant

6 x 15,90 m = 95,40 m 6 x 21

,20 m

= 127,20 m

6 x 15,90 m = 95,40 m 6 x 21

,20 m

= 127,20 m

Mise en sécurité de cellules de très grande taille : 44 000 m² o recoupement en 4 cellules

o vérification de ruine en chaîne intra et inter cellules

o analyse des liaisons avec bureaux

(62)

20 minutes

30 minutes

Situations non acceptables

12 minutes

150°

C 350°

C

290°

C

630°

C

330°

C 620°

C

(63)

Situations acceptables

12 minutes

20 minutes

30 minutes 45 minutes

150°

C 350°

C

290°

C

630°

C

330°

C

620°

C 790°

C

(64)

FLUMILOG :

Validation grandeur réelle

(65)

FLUMILOG :

Validation grandeur réelle

(66)

SNCF Bâtiment AS - 2930 Désenfumage

Problématique

Ateliers spécialisés TGV

Hauteurs écrans de cantonnement insuffisantes

Présence d’une mezzanine Analyse comparative

▪ Cas réel

▪ Cas conforme

▪ Cas IT246

(67)

SNCF Bâtiment AS - 2930 Scénarios

Feu réglementaire

Surface de 36 m² (Classe 3) ; 12,6 MW (350 kW/m²) ;

Bois ;

Régime permanent.

Feu réel

Surface de 100m²;

Cinétique de développement de feu

▪ [Q=(t/ α )² α =300 s/MW

^0,5

] ;

polyuréthane ;

Régime transitoire (20 min.- 16 MW).

(68)

SNCF Bâtiment AS - 2930 Résultats

Hall

(69)

SNCF Bâtiment AS - 2930 Résultats

Mezzanine

Pb d’enfumage

quelque soit la

configuration

(70)

SNCF Bâtiment AS - 2930 Solutions

Hypothèse

● Évacuation sous 4 minutes des mezzanines

Ouvertures anticipées des exutoires :

● déclenchement automatique à 68°C (7 minutes) => 4 minutes.

● SUE et niveau températures des fumées ne suffisent pas à limiter l’impact des fumées.

Augmentation du canton de désenfumage :

● agrandissement du canton central => plus forte dilution des fumées ;

● favorise le refroidissement des gaz chauds => ouvertures exutoires au bout de 8 minutes..

Pour ces solutions techniques

● Amélioration des délais d’enfumage au niveau des coursives, mais non significatif.

● Améliorer les délais d’évacuation.

Réduction des délais d’évacuation dans la coursive

● mise en place d’une détection optique linéaire par canton asservie

à l’alarme => évacuation anticipée (détection < 1 minute).

(71)

Résumé d’application

Toutes rubriques (1510, 2910, 1530, 2662,

1511 …)

Toutes structures (bois, béton, acier)

Tout élément de compartimentage (Béton armé, remplissage (parpaing, brique,

cellulaire, bardage…)

Désenfumage (cantonnement, exutoire..) Faux niveaux (ajourés, surface limitée..) Très grande hauteur (30 à 40m)

….

(72)

L’ingénierie de sécurité incendie appliquée aux bâtiments industriels