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Digeste de la construction au Canada, 1973-11
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Inflammabilité des matériaux de revêtement et d'isolants
Digeste de la Construction au Canada
Division des recherches en construction, Conseil national de
recherches Canada
CBD 141F
Inflammabilité des matériaux de
revêtement et d'isolants
Publié à l'origine en novembre 1973A. Rose
Veuillez noter
Cette publication fait partie d'une série qui a cessé de paraître et qui est archivée en tant que référence historique. Pour savoir si l'information contenue est toujours applicable aux pratiques de construction actuelles, les lecteurs doivent prendre conseil auprès d'experts techniques et juridiques.
En 1963, peu après l'introduction d'exigences détaillées relatives à la propagation des flammes dans le Code National du Bâtiment du Canada, le CBD 45F, «Propagation des Flammes», a été publié. Les études présentées dans ce Digest sur le rôle joué par l'inflammabilité des matériaux de revêtement intérieur dans la vitesse de formation de l'incendie à travers une section de bâtiment, sur les exigences relatives à la propagation des flammes, sur les essais et les côtes, constituent un excellent sujet de départ pour le présent Digest. C'est ainsi que le concept suivant lequel l'inflammabilité superficielle des matériaux de revêtement constitue un des facteurs les plus importants de propagation du feu à l'intérieur d'une section de bâtiment, et doit, par suite, faire l'objet de réglementations, continue à être très généralement accepté. Ce fait est attesté par les exigences supplémentaires relatives à la propagation des flammes qui ont été incluses dans les éditions 1965 et 1970 du Code National du Bâtiment du Canada.
Exigences relatives à la propagation des flammes
Plusieurs exigences relatives à la propagation des flammes dans les bâtiments résidentiels furent adoptées dans le Code en 1965. Les changements les plus importants ont été les suivants: (1) imposition d'une côte maximale de propagation des flammes de 150 (méthode ASTM E84) pour toute finition de mur ou de plafond, dans toute pièce ou espace libre et dans toute sortie ou couloir conduisant à une sortie, même s'ils sont équipés d'extincteurs automatiques; (2) une côte maximale de propagation des flammes de 25 pour 90 pour cent de la surface de plafond d'une sortie non équipée d'extincteurs automatiques; (3) une côte maximale de propagation des flammes de 75 pour 90 pour cent de la surface murale d'une sortie non équipée d'extincteurs automatiques, ou, comme clause de remplacement, une côte maximale de propagation des flammes de 25 pour 90 pour cent de la moitié supérieure de la surface murale d'une sortie non équipée d'extincteurs automatiques (avec un maximum supposé de 150 sur la moitié inférieure).
En 1968, on a étendu le sens de l'expression «demeure résidentielle» de manière à englober les habitations unifamiliales; on a alors imposé des restrictions correspondantes sur les finis intérieurs.
On a introduit dans l'édition 1970 du CNB des exigences supplémentaires relatives à la propagation des flammes; elles concernent essentiellement l'addition d'exigences relatives à la propagation des flammes des revêtements intérieurs, recouvrements de planchers comprise pour édifices en hauteur; on a, en outre, apporté des restrictions relatives à la «fumée dégagée» et à la propagation des flammes sur recouvrements de planchers, cages d'escaliers, locaux de service, services des bâtiments, et luminaires.
Essais de propagation des flammes
Essai ASTM E84-70 pour caractéristiques de combustion superficielle des matériaux de construction
Depuis la publication du CBD 45F, on a apporté quelques modifications à la norme précédente. On a ajouté en 1965 une quatrième méthode de calcul des classements relatifs à la propagation des flammes. Elle est décrite ci-après. Dans les cas où le devant de la flamme n'atteint pas l'extrémité du tunnel (avance nette de 19.5 pieds) mais dépasse 13.5 pieds, le classement au point de vue de la propagation des flammes est calculé sur la base de CPF = 50 + 1.41 d, où d représente la propagation nette de la flamme en pieds. Pour des propagations nettes de la flamme de 13.5 pieds ou moins, CPF = 5.128 d comme dans le passé.
Ce changement a été, apporte pour éliminer l'anomalie due au fait que des matériaux dont 1'inflammabilité était nettement différente possédaient, d'après l'ancienne méthode de calcul, le même CPF.
Les modifications les plus récentes de la norme, qui porte maintenant la désignation ASTM E84-70, comprennent des recommandations portant sur les méthodes de montage ou de support de matériaux tels que tuiles de plafond de 12 pouces par 12 pouces, isolant en vrac ou en natte, et matières plastiques sous forme de films, de membranes, de grilles ou de mousses; ces recommandations garantissent un certain degré d'uniformité dans les méthodes utilisées par les organismes qui exécutent les essais. Un changement mineur apporté à la section 1, «Portée», de ASTM E84-70, stipule que si l'on enregistre le combustible fourni (CF), la fumée produits (FP), et le classement relatif à la propagation des flammes (CPF), « il n'existe pas nécessairement une relation entre ces trois mesures».
Certains mettent encore en doute la validité de l'essai au tunnel ASTM E84 destiné à évaluer la propagation des flammes; une accumulation de preuves confirment cependant l'utilité du classement auquel il conduit. Les études exécutées à l'échelle réelle par Illinois Institute of Technology Research Institute (IITRI)(1); et par le Conseil National de Recherches du Canada(2)
sur la propagation du feu dans les couloirs ont confirmé les opinions de ceux qui estiment que, malgré son coût et ses limitations, l'essai au tunnel demeure la source la plus fiable d'informations sur les dangers présentées en cas d'incendie par la plupart des matériaux de revêtement. Les études poursuivies par IITRI et le NRC indiquent toutes que la propagation, le long d'un couloir, d'une incendie prenant naissance dans une pièce contiguë, est probable si le CPF des surfaces verticales du couloir excède 35.
Essai ASTM E162-67 pour inflammabilité superficielle des matériaux utilisant une source énergétique de chaleur radiante
Bien que cet essai soit encore essentiellement destiné aux études de recherche et développement, il est utilisé aux Etats-Unis pour évaluer l'index de propagation des flammes (Is) des matériaux de revêtement des avions et navires. Il présente de nettes limitations,
cependant lorsqu'on l'utilise pour éprouver certaines matières plastiques composites ou produits de bois peints, et donne, en effet, rarement des résultats qui concordent suffisamment avec ceux que procure l'essai E84 au tunnel.
Essai ASTM E286-69 au four-tunnel de 8 pieds pour inflammabilité superficielle de matériaux de construction
On a continué à utiliser très largement cet essai comme outil de recherche dans le domaine des produits de bois. Etant donnée la tendance actuelle qui favorise des matériaux composites et plus minces, on peut s'attendre à ce que la corrélation entre les tunnels de 8 pieds et de 25 pieds devienne plus mauvaise dans le domaine de CPF s'étendant de 50 à 150. Bien qu'on emploie dans les deux cas des planchers en chêne rouge comme matériau de calibrage, on observe des disparités encore plus grandes dans la détermination de la fumée dégagée.
Essais divers à échelles réduites
À cause du coût et de l'échelle d'exécution de l'essai E84, on a suggéré de nombreux essais à échelle réduite aux fins de recherche et de contrôle des usines. Parmi eux figurent le Pittsburgh Corning 30/30, les tunnels de 2 pieds Monsanto et Miller (ce dernier spécialement conçu pour l'essai des peintures ignifuges) et certaines variantes dérivées de ces concepts de base. La Division des Recherches sur le Bâtiment a effectué des expériences très complètes avec le modèle original de 30 pouces et le modèle subséquent de 36 pouces de l'appareil Pittsburgh Corning. Elles ont procuré des informations utiles lors d'études préliminaires de produits épais à base de bois. La méthode présente cependant de nettes limitations lorsqu'on se propose d'évaluer des contreplaqués minces, des matières plastiques et des produits textiles. Les organisations industrielles de recherche ont en général modifié ces petits tunnels de manière à les adapter à leurs produits et marchés particuliers.
Il convient de n'utiliser qu'avec grande circonspection les résultats d'essais à échelle réduite surtout pour matières plastiques, si l'on se propose de relier les résultats à ceux d'ASTM E84.
Cotes de la propagation des flammes
Depuis la publication du CBD 45F, de nombreux matériaux nouveaux de revêtement intérieur dont l'inflammabilité ne peut être prédit sont devenus disponibles, De plus un certain nombre de matériaux de revêtement qui ont été en vente pendant assez longtemps ont subi des modifications au cours des dernières années. C'est ainsi que des matériaux classiques tels que le contreplaqué et le bois dur sont maintenant mis sur le marché sous forme de panneaux beaucoup plus minces résultant en une augmentation de la côte de propagation des flammes à moins qu'un traitement ignifuge leur soit donné.
Beaucoup d'additifs et de peintures ignifuges limitent raisonnablement la propagation des flammes. On notera cependant que certains de ces produits augmentent la production de fumée. Ce point présente une grande importance; comme on l'a déjà mentionné, car on a, en effet, introduit dans le CNB 1970 des exigences relatives à la production de fumée par les matériaux de revêtements utilisés dans les édifices en hauteur.
Inflammabilité des matériaux classiques de revêtement
Jusqu'à la fin de la dernière décennie, les classements relatifs à la propagation des flammes des matériaux mentionnées par les Laboratoires des Assureurs du Canada et les Underwriters Laboratories Incorporated (E-U) étaient ordinairement limités à un écrit de 0 à 75. Depuis le supplément de restrictions imposées par le CNB, l'écart 75-150 a acquis une importance plus grande. La norme ANC «Preliminary Standard» Z240.2-1970 (Exigences structurales pour habitations mobiles) impose un CPF maximum de 150 pour les revêtements intérieurs. Le même taux maximal (avec limitation de 300 pour la fumée produite) est spécifié dans les directives récentes du Bureau du commissaire des incendies du Dominion relatives aux écrans mobiles destinées aux bureaux sans cloisons.
Jusqu'à une date très récente, le nombre de côtes E84 dans le domaine 75-200 figurant dans les documents spécialisés et les listes LA était limité, surtout en ce qui concerne les produits canadiens. Aussi la Division s'est-elle imposé comme objectif de rassembler et de publier aussi rapidement que possible toutes informations relatives aux revêtements classiques et aux enduits (3,4).
Carton-fibre
Les tuiles de plafond et les panneaux en carton-fibre, finis en usine ou peints sur les lieux, ont été impliqués dans le passé dans un grand nombre d'incendies fatales. Aussi les a-t-on souvent considérés comme possédant une inflammabilité quasi explosive. Les recherches effectuées en Europe ont indiqué que, en raison de leur possibilité d'inflammation immédiate et de leurs propriétés isolantes, les revêtements de carton-fibre peints contribuent certainement à la propagation éclaire des flammes.
Les essais au tunnel ASTM E84 effectués sur des tuiles de plafond en panneau de fibre finies en usine et sur panneaux (épaisseur 7/16 à 5/8 de pouce, densité 15 à 18 livres/pied cube) ont donné pour CPF des valeurs de 50 à 100 avec échantillons montés conformément aux recommandations ASTM E84-70 Annexe A.1. On obtient des valeurs similaires même lorsqu'on utilise un émail semi-lustre (type alkyd) sur la finition habituelle au latex appliquée en usine ou sur une couche d'apprêt classique au latex. On peut réduire dans une proportion atteignant 50 pour cent le CPF d'une tuile de plafond, même si elle appartient au type acoustique perforé, en appliquant ou taux de 300 pieds carrés au gallon une des peintures ignifuges modernes du type intumescent inscrites dans les documents LA.
Carton-fibres durs
On fabrique les panneaux de fibre durs (50 à 65 livres/pied carré) dans de nombreux pays du monde, suivant différents procédés, et en utilisant des matériaux cellulosiques très variés. Le Canada importe un tonnage notable de panneaux, de fabrication étrangère qu'on utilise comme matériau de finition ou pour la fabrication de pièces de mobilier.
On applique aujourd'hui en usine une grande variété de traitements décoratifs aux ternes panneaux de fibre durs d'après guerre, qu'on expédiait alors souvent à des spécialistes de la finition et à des fabricants de meubles qui appliquaient sur eux un enduit. On recouvre aujourd'hui ces panneaux de papiers imprimés; on applique aussi sur leur surface des imitations de grains de bois obtenues par lithographie; on obtient aussi des textures superficielles en comprimant à chaud la pâte de bois humide et en appliquant ensuite une finition appropriée.
Étant donnée la grande variété de panneaux préfinis de fibre durs de 3/16 et 1/4 de pouce disponible aujourd'hui, il est évidemment impossible de généraliser les résultats obtenus à la suite des essais effectués sur quelques-uns d'entre eux au four-tunnel DBR. On a trouvé sur des panneaux-types durs de 1/4 de pouce n'ayant reçu aucune finition des CPF situés entre 130 et 150; les panneaux de 3/16 de pouce ont donné des valeurs de 10 à 25 pour cent plus élevées.
Sous l'effet des pressions exercées par la concurrence des contreplaqués minces domestiques et importés, l'épaisseur de la plupart des panneaux décoratifs en fibre dur est de 3/16 de pouce. Quelques modèles d'un quart de pouce sont cependant aussi disponibles. Qu'il s'agisse de lithographies multicolores, de papier imprimé apposé à la presse à chaud ou de films de chlorure de polyvinyle, les traitements décoratifs augmentent ordinairement d'une manière notable le CPF par rapport aux valeurs obtenues sur panneaux bruts. On observe communément des valeurs de 180 à 210 sur panneaux de 3/16 de pouce et de 150 à 190 dans le cas d'une épaisseur de 1/4 de pouce.
Si l'on applique les peintures classiques mates ou semi-lustre du type alkyd en observant les normes habituelles de revêtement, on obtient, en général, sur les panneaux de fibres durs de 1/4 de pouce, une augmentation du CPF atteignant 25 à 50 pour cent. On ne dispose que d'informations restreintes sur les effets produits par les peintures ou apprêts en latex.
Panneaux agglomérés
Comme dans le cas des panneaux de fibre durs, on fabrique de panneaux à particules de types, de densités et d'épaisseurs très divers; on utilise de nombreux matériaux bruts différents, vierges ou sous-produits, et pour des marchés nettement distincts. On a fabriqué des panneaux
homogènes ou gradués destinés au mobilier, aux sous-planchers, panneaux décoratifs ou de revêtement et aux âmes pour contreplaqué.
Si l'on descend jusqu'à environ 1/4 de pouce, il semble que, dans le cas d'une type donné de panneau, l'épaisseur exerce sur le CPF une influence moindre que la densité, le mélange des matériaux bruts, la teneur en produits adhésifs et autres variables intervenant dans les processus de fabrication. La DBR a exécuté des essais sur panneaux provenant de diverses sources et n'ayant pas reçu de finition. Les valeurs obtenues pour CPF varient de 130 à 275 pour épaisseurs entre 1/2 et 3/4 de pouce; sur panneaux de 1/2 pouce d'un certain type on a observé, d'un lot à l'autre, des variations de 130 à 180, tandis que, sur un autre type de panneau de 5/8 de pouce, on a noté des variations de 220 à 275.
Les peintures classiques alkyd mates ou semilustre appliquées sur couche d'apprêt convenable (ou apprêt posée en usine, ou sur couche bouche-pore) réduisent d'ordinaire légèrement le CPF (10 à 20 pour cent); dans le cas des types les 141-3 plus inflammables, cependant, le CPF a en fait, augmenté lorsqu'on a appliqué une peinture consistant en deux couches alkyd.
Contreplaqués
Les documents techniques existants donnent une description satisfaisante des classements concernant le danger de feu présenté par les contreplaqués de charpente les plus souvent utilisés.
Une des limitations d'emploi du four-tunnel E84 s'est manifestée avec une évidence croissante depuis qu'on utilise davantage ces contreplaqués préfinis de 4 mm. (0.150 pouces), domestiques ou importés, pour les bâtiments résidentiels et les maisons mobiles; le contact entre le contreplaqué mince et la couverture massive du four n'est pas uniforme; les effets des joints apparents ne sont pas déterminés; il existe enfin des variations dans le contreplaqué lui-même. Aussi les résultats obtenus au cours d'essais réalisés sur des panneaux théoriquement identiques concordent-ils mal. Il en est particulièrement ainsi dans le cas du lavan de 4 mm. (acajou des Philippines) importé en grandes quantités au Canada comme matériau de finition. L'expérience a démontré qu'il est difficile de procéder à une évaluation des contreplaqués de ce type qui ont été recouverts de peintures ignifuges opaques en vue d'obtenir un CPF de 150. L'expérience acquis aux Etats-Unis dans le domaine 150200 confirme les observations faites par DBR/ NRC.
Enduits ignifuges
Dans les côtes-types LA relatives aux peintures et vernis ignifuges destinés à être utilisés sur surfaces intérieures combustibles, les substrats standards sont les suivants: bois de construction, en sapin Douglas, 1 pouce par 4 pouces, avec languette et rainure (CPF entre 70 et 95) et tuile en carton-fibre de 1/2 pouce, finie en usine (CPF de 50 à 90), sur une base incombustible.
On suppose souvent que, si l'on applique dans les proportions de recouvrement prescrites les enduits côtes, on abaissera le CPF de tous les matériaux aux valeurs de 10 à 35 obtenues avec le bois de construction en sapin et les tuiles en carton-fibre. D'une manière générale le CPF finalement obtenu avec des vernis transparents ignifuges sur panneaux de fibre durs, panneaux de particules et contreplaqués, dépaisseur raisonnable (3/16 de pouce et plus) dépend du CPF initial du panneau; on observe dans la plupart des cas une augmentation notable de la production de fumée. On obtient même ces réductions de la propagation des flammes qu , avec des enduits épais (150 à 200 pieds carrés/ gallon) tel que recommandés; le coût correspondant est quelquefois excessif dans le cas des panneaux et charpentes à bas prix. Les peintures intumescentes au latex qu'on trouve aujourd'hui sur le marché sont très supérieures à celles qui étaient disponibles il y a cinq ou dix ans. Les produits ignifuges actifs des peintures modernes sont moins solubles dans l'eau que les sels-types tel que le phosphate de mono-ammoniaque utilisé autrefois. Cette amélioration augmente la facilité de lavage des peintures et leur durabilité en atmosphère à haute teneur en humidité.
Isolant plastique mousse
L'édition 1970 du Code National du Bâtiment du Canada précise: «On peut utiliser dans les assemblages dont la construction doit être incombustible des isolants combustibles dont la côte de propagation des flammes ne dépasse pas 75; il faut alors que ce type d'isolant soit placé en sandwich entre deux couches de matériaux incombustibles sans espace d'air entre eux. Si, dans une construction incombustible, on n'installe pas l'isolant suivant cette méthode, on devra le choisir de manière que sa côte de propagation de la flamme n'excède pas 25».
Étant donné les restrictions de ce genre, et l'emploi croissant de mousses plastiques dans la construction, on s'attend à une demande grandissante d'essais E84 et de côtes LA.
On a publié aux Etats-Unis un grand nombre de côtes LA dans l'écart 10-85 pour mousses de polystyrène d'épaisseur pouvant atteindre 1 pouce et mousses de polyuréthane d'épaisseur pouvant atteindre 4 pouces. À ce jour aucune côte n'a été publiée au Canada concernant l'un ou l'autre de ces types.
L'essai au four E84 sur différents types ignifuges de mousses de polystyrène présente certains difficultés. Très peu de temps après le début de l'essai, la mousse fond et se rassemble en petites flaques sur le plancher du four. La propagation du feu le long du tunnel, avec forte production de fumée, dépend de l'épaisseur et de la densité de l'échantillon, et se produit après expulsion par les flammes du brûler du produit ignifuge ajouté à la mousse. Les fenêtres étant obscurcies, il est difficile d'apprécier le déplacement des flammes; aussi les valeurs de CPF supérieurs à 25 ne constituent-elles, au mieux, que des approximations.
Le polyuréthane rigide et les mousses chimiquement apparantés des deux types, a savoir vaporisé en place ou produit en usine, sont aujourd'hui disponible de qualités ignifuges ou non traitées. Dans le premier cas, les valeurs de CPF peuvent être basses et s'échelonner de 5 à 30 suivant l'épaisseur et la composition. Dans le second cas, les valeurs de CPF peuvent atteindre 300 à 500. On peut cependant, d'après ASTM D1692-68 «Flammability of Plastic Sheeting and Cellular Plastics,» classer ces deux catégories comme SE (auto-extinctif); cette norme permet un mode d'essai à petite échelle pour plastique en mousse fréquemment cité dans les travaux de recherche aussi bien que dans les spécifications.
Il est évidemment nécessaire de procéder à une évaluation des dangers réels engendrés, dans divers cas d'incendies, par des mousses présentant des CPF divers.
Fumée
On a, pour ainsi dire, ignoré, au cours de la présente étude, les problèmes de l'évolution de la fumée et de sa mesure au cours des essais E84
Les utilisateurs des fours n'ont normalisé ni les appareils, ni les instruments nécessaires pour mesurer la fumée. Pour des forts dégagements de fumée en particulier, on a, pour des raisons à la fois théoriques et pratiques, mis en doute la validité de la méthode. Lorsque la fumée produite est considérable, on ne saurait, d'une manière générale, s'attendre à d'étroites concordances entre les résultats trouvés par les différentes laboratoires.
La mise au point de la nouvelle chambre de fumée du National Bureau of Standards permet d'espérer qu'il sera possible d'obtenir à l'avenir, en utilisant de petits échantillons, des côtes relatives à la fumée indépendantes des déterminations de propagation des flammes.
Conclusion
Le prolifération de nouveaux matériaux de revêtement et de produits structuraux composites et la modification de produits établis donnant un degré d'inflammabilité plus élevé, rendent les essais plus difficiles et l'application de l'essai ASTM E84 à des matériaux pour lesquels il n'était pas prévu ont présenté de sérieux problèmes aux responsables des essais au four-tunnel. Il serait nécessaire de mettre au point de nouvelles méthodes de montage dans le cas des 2) contreplaqués minces et autres matériaux de revêtement semi-rigides (qui se supportent eux-mêmes sur toute la largeur du four) pour garantir à la fois une bonne reproductibilité des
résultats et une appréciation réaliste du comportement du matériaux dans le cas d'un incendie. Il pourra être 4) nécessaire, dans certains cas, en dépit de l'augmentation du coût de l'incommodité, de mettre à l'essai ces matériaux incorporés à une charpente ou un assemblage. On a choisi 150 comme CPF maximale acceptable pour matériaux de revêtement dans de nombreuses habitations; cette décision a conduit à l'emploi de traitements ignifuges complets, ou superficiels, destinés à rehausser la qualité de nombreux matériaux classiques. Ce résultat est souvent acquis au prix d'une production plus élevée de fumée.
Il est probable, pour résumer, qu'ASTM E84 n'a pas encore atteint sa forme définitive et inaltérable. On peut s'attendre, pour l'avenir, à de nombreux travaux de recherche portant sur les méthodes de montage et à un complément d'essais destinés à assurer une bonne concordance entre les résultats obtenus par des laboratoires différents; il en est particulièrement ainsi concernant la mesure de la fumée. On peut s'attendre de la part des autorités qui édictent les règlements, à une prise de conscience plus complète des limitations de la méthode.
Références
1. Christian, W. J. et Waterman, T. E. Fire Behavior of Interior Finish Materials. Fire Technology, Vol. 6, No. 3, August 1970.
2. McGuire, J. H. The Spread of Fire in Corridors. Fire Technology, Vol. 4, No. 2, May 1968.
3. Rose, A. Comparison of Flame Spread Ratings by Radiant Panel, Tunnel Furnace and Pittsburgh Corning Apparatus. National Research Council, Division of Building Research, Fire Study No. 22, Ottawa, June 1969, NRC No. 10788.
4. Rose, A. Flammability of Fibreboard Interior Finish Materials. National Research Council, Division of Building Research, Building Research Note No. 68, Ottawa, October 1969.
