Classification, Propriétés et Comportement des Matériaux Face au Feu

Classification des Matériaux

Le classement général de la plupart des matériaux est le suivant :

• Métaux : ferreux, non ferreux
• Non métalliques : organiques, inorganiques

Métaux Ferreux

Les métaux ferreux, comme leur nom l'indique, ont le fer comme principale composante. Leurs caractéristiques principales sont une haute résistance à la traction et une grande dureté. Les principaux alliages sont obtenus avec de l'étain, de l'argent, du platine, du manganèse, du vanadium et du titane.

Les principaux produits représentatifs des matériaux métalliques comprennent les pièces en fonte grise, le fer malléable, l'acier et la fonte blanche.

Métaux Non Ferreux

Ils ont habituellement une résistance à la traction et une dureté plus faibles que les métaux ferreux, mais leur résistance à la corrosion est supérieure. Leur coût est élevé par rapport aux matériaux ferreux, mais avec l'augmentation de la demande et l'amélioration des techniques d'extraction et de raffinage, les coûts ont été considérablement réduits, de sorte que leur compétitivité s'est considérablement accrue ces dernières années.

Les principaux métaux non ferreux utilisés dans la fabrication sont les suivants :

• Aluminium
• Cuivre
• Magnésium
• Nickel
• Plomb
• Zinc
• Titane

Les métaux non ferreux sont utilisés dans la fabrication d'éléments complémentaires aux métaux ferreux. Ils sont également très utiles comme matériaux purs ou alliés qui, par leurs propriétés physiques et d'ingénierie, répondent à certaines exigences ou conditions de travail, tels que le bronze (cuivre, plomb, étain) et le laiton (cuivre et zinc). Utilisations :

• Structures
• Mécanismes
• Fils
• Tuyaux

Matériaux Non Métalliques

Matériaux d'origine organique et d'origine minérale.

Matériaux Organiques

Ils sont considérés comme tels lorsqu'ils contiennent des cellules animales ou végétales. Ces matériaux sont habituellement dissous dans les liquides organiques tels que l'alcool ou les tétrachlorures. Ils ne se dissolvent pas dans l'eau et ne supportent pas les températures élevées. Leurs autres caractéristiques comprennent une faible conductivité électrique et thermique, ainsi qu'une bonne résistance à la corrosion. Certains représentants de ce groupe sont :

• Plastiques
• Produits du bois
• Huiles
• Caoutchouc
• Papier
• Cuir

Utilisations : colles, bois, aliments emballés.

Matériaux Inorganiques

Tous ceux qui ne contiennent pas de cellules végétales ou animales, ou qui ne sont pas liés au carbone. Ils peuvent habituellement être dissous dans l'eau et, en général, supportent mieux la chaleur que les matières organiques. Certains des matériaux inorganiques couramment utilisés dans la fabrication sont les suivants :

• Minéraux
• Ciment
• Céramique
• Verre
• Graphite (charbon)

Les matériaux, qu'ils soient métalliques ou non métalliques, organiques ou inorganiques, sont presque jamais utilisés dans leur état brut. Généralement, ils doivent être soumis à un ensemble de processus pour atteindre les caractéristiques requises pour des tâches spécifiques. Ces processus ont nécessité le développement de techniques spéciales et de structures qui ont apporté la sophistication nécessaire pour répondre aux exigences pratiques. Ces processus augmentent également considérablement le coût des matériaux, pouvant représenter plusieurs fois le coût initial de la matière. Une étude approfondie de leur impact direct sur le coût des matériaux et des articles intégrés est essentielle. Utilisations : isolation, protection contre la corrosion, réfractaires.

Les procédés de fabrication, liés à la conversion des matériaux bruts en matériaux utiles à l'humanité, exigent des études spéciales afin d'optimiser leur application et de réduire les coûts. En ingénierie, la transformation des matériaux et leurs propriétés occupent une place particulière, puisque dans la plupart des cas, la réussite ou l'échec de l'utilisation d'un matériau en dépendra.

Comportement Structural des Matériaux

Comme nous le savons tous, la construction utilise divers types de matériaux, dont certains visent à obtenir l'esthétique de la conception et d'autres la résistance de la structure. Face à l'impact du feu, ces matériaux se comportent différemment selon leur composition. Ce cours étudiera le comportement de matériaux tels que l'acier, le béton et le bois, communs à tous les systèmes existants.

Lorsque les matériaux sont à l'état pur, c'est-à-dire sans protection ou revêtement, ils subissent plus intensément l'action du feu. L'acier, généralement soumis à des températures d'incendie, représente en soi un risque important : la chaleur se propage rapidement à travers lui et, lorsque les charges supportées par le matériau sont atteintes, la structure s'effondre facilement.

Pour chaque matériau, le feu permet de distinguer :

1. Une température à laquelle le matériau est gazéifié (température de gazéification).
2. Une température à laquelle la matière est aérée et légère (inflammation).

Le triangle du feu : Si l'on laisse un morceau de fer à l'air libre, sa couleur change et il perd ses caractéristiques d'origine ; il est oxydé. Cela signifie que l'oxygène de l'air se combine avec le fer pour produire de l'oxyde de fer. Un feu est un phénomène similaire : l'oxygène de l'air se combine avec les matériaux qui brûlent, mais d'une manière violente. Cette oxydation rapide est ce que nous appelons la combustion.

Pour qu'un matériau entre en combustion, certaines conditions sont requises :

1. Il doit y avoir suffisamment d'oxygène, ce qui n'est généralement pas un problème car l'air ambiant en contient.
2. Il doit y avoir un matériau combustible.
3. Il doit y avoir suffisamment de chaleur pour démarrer la combustion.

Le triangle et plus encore... Lorsqu'un feu est allumé, il peut souvent se maintenir de lui-même, sans s'arrêter, jusqu'à ce qu'il ne reste que des cendres. Pour expliquer cet aspect de l'incendie, la science actuelle ajoute un quatrième élément aux trois que nous avons vus :

La réaction en chaîne : Quand le feu est assez intense, il y a des flammes et un dégagement de chaleur. Cela facilite le mélange de l'oxygène et du combustible, ce qui génère de nouvelles flammes plus chaudes. Cette réaction en chaîne se répète tant qu'il y a de l'oxygène et du combustible, à moins que quelque chose ne l'interrompe.

Transfert de Chaleur

Le transfert de chaleur : À l'origine, un incendie est une petite éruption relativement circonscrite, qui est ensuite transmise à d'autres objets et lieux pour se transformer en un sinistre important. Par conséquent, il est important de savoir comment la chaleur est transférée.

Conduction

Se produit lorsqu'un objet est en contact direct avec un autre. La chaleur de l'objet le plus chaud passe vers le plus froid (0^e loi de la thermodynamique).

Rayonnement

La chaleur d'une flamme se ressent à une certaine distance du feu lui-même, car elle est transmise par des ondes de chaleur invisibles (les ondes électromagnétiques) qui voyagent à travers l'air ou l'espace (comme le soleil). Par conséquent, il n'est pas nécessaire qu'un objet touche le feu pour brûler, car la chaleur peut « sauter » d'un endroit à l'autre par l'air.

Convection

Lorsque les ondes de chaleur traversent un fluide (par exemple, l'air, l'eau, l'huile, etc.), une partie de cette chaleur réchauffe le fluide, qui tend alors à se déplacer vers le haut ou vers un endroit plus frais. Cela signifie que la chaleur générée à un endroit se propage à un autre. C'est ce qu'on appelle la convection. Par exemple, si un incendie se déclare au rez-de-chaussée d'un bâtiment multi-étages, le feu réchauffe l'air, qui montera aux étages supérieurs, transportant des gaz et de la fumée, et propageant ainsi le feu.

Classification des Feux

Dans notre pays, la norme chilienne NCh 934 de l'Institut National de Normalisation classe les incendies en quatre classes. Chaque classe se voit attribuer un symbole spécial. Ces symboles, présents sur les extincteurs, aident à déterminer si l'extincteur est adapté au type de feu à éteindre. Ces classes sont les suivantes :

Feux de Classe A

Les feux de classe A sont ceux qui se produisent dans des matières combustibles ordinaires comme le bois, le papier, le carton, les textiles, les plastiques, etc. Lorsque ces matériaux brûlent, ils laissent des résidus sous forme de charbon ou de cendres. Le symbole utilisé est la lettre A, en blanc sur un triangle à fond vert.

Feux de Classe B

Les feux de classe B sont ceux qui surviennent dans les combustibles liquides inflammables tels que l'huile, l'essence, la peinture, etc. Sont également inclus dans ce groupe les gaz de pétrole liquéfié et les graisses utilisées pour lubrifier les machines. Ces incendies, à la différence des précédents, ne laissent aucun résidu lorsqu'ils brûlent. Leur symbole est la lettre B en blanc sur un carré à fond rouge.

Feux de Classe C

Les feux de classe C sont ceux couramment identifiés comme les « feux électriques ». Plus précisément, ce sont ceux qui se produisent dans des équipements ou des charges électriques, c'est-à-dire qui sont sous tension. Leur symbole est la lettre C en blanc dans un cercle à fond bleu. Lorsqu'un feu de classe C est débranché de son alimentation, il devient un feu de classe A, B ou D, selon les matériaux. Cependant, il est souvent très difficile d'être absolument certain que le « courant a été coupé » (hors tension). En effet, même si un tableau général a été désactivé, l'installation peut être alimentée par un autre circuit. Par conséquent, il convient de traiter le feu comme un feu de classe C tant qu'une assurance complète de l'absence d'électricité n'est pas obtenue.

Feux de Classe D

Les feux de classe D sont ceux qui surviennent dans la poussière ou les copeaux d'alliages de métaux légers comme l'aluminium, le magnésium, etc. Leur symbole est la lettre D blanche, sur une étoile à fond jaune.

Thermodynamique du Feu

La thermodynamique de chaque feu présente un comportement singulier en fonction de la zone dans laquelle il se développe.

Cependant, on peut trouver certaines caractéristiques communes qui permettent la classification et l'analyse, utiles pour le concepteur. Il ne faut pas perdre de vue que le feu peut « construire » de véritables fours à haute température, capables de détruire la capacité de support de la structure.

Facteurs Clés du Développement du Feu

Il y a trois facteurs importants pour leur développement :

1. Les matériaux combustibles : meubles, revêtements, équipements électroniques branchés en surcharge ou matériaux inflammables stockés de manière inconsidérée.
2. La ventilation : En fonction de la quantité d'air disponible, elle détermine la luminosité de l'incendie et/ou la rapidité de la combustion.

La performance de la ventilation est essentielle pour l'évolution de la température. La quantité d'air disponible pour un incendie est cruciale pour son comportement, mais le degré de température dépend de la rapidité avec laquelle la chaleur peut être dissipée.

Autrement dit, une combustion lente qui ne parvient pas à dissiper la chaleur créera des conditions catastrophiques. Tout d'abord, les composants métalliques de la structure perdront leur capacité de soutien.

Dissipation Thermique

C'est la plus dangereuse si la chaleur ne se dissipe pas rapidement en l'absence de ventilation adéquate, la température peut endommager la structure et provoquer des effondrements.

Dans un deuxième temps, et non des moindres, des conditions propices au développement de phénomènes de flammes dangereux pour le personnel de lutte contre l'incendie seront créées, car l'état naturel de la matière sera rompu pour s'enflammer, et si soudainement une alimentation en air est reçue, nous aurons un contact rapide avec le développement possible de résultats explosifs.

Un scénario moins malin se présentera dans un feu réel où la chaleur se dissipe rapidement, comme dans un feu ouvert, se terminant lorsque l'approvisionnement en combustible s'épuise. Il y aura plus de chances de sauver la structure avec moins de dégâts, et les pompiers courront moins de risques.

Enfin, le développement d'un feu dépend de la conception de la structure, du degré de ventilation et par conséquent de sa capacité à dissiper la chaleur, ainsi que de l'inflammabilité des matériaux et des matériaux de construction.

L'acier est un bon conducteur de chaleur, rappelons l'une des formes classiques de transfert de chaleur : la « conduction ». Le fer (élément majoritaire dans l'acier) et les métaux ont des électrons libres, qui peuvent propager facilement la chaleur à travers les éléments construits avec ce matériau (poutres, poteaux, panneaux, etc.), provoquant de nouveaux foyers. La chaleur thermique augmente ensuite la surface d'une nouvelle combustion. Même si l'acier fond entre 1 300 et 1 400 °C, bien avant ce point, il perd la moitié de sa force pour atteindre 500 °C. La chaleur se développe avec une grande facilité, atteignant un rayon de 20 à 21 m. À cette température, l'acier de construction perd les deux tiers de sa résistance initiale, proportionnellement à la charge et à l'augmentation de contrainte auxquelles il est soumis, commençant à s'affaisser et à céder, entraînant ainsi le reste des éléments de support de la construction.

En général, tous les métaux soumis à l'action de la chaleur présentent un risque maximal de distorsion et d'effondrement.

Dans le cadre d'une structure en acier, même si une poutre cède, il n'y aura qu'un effondrement local. Pour s'opposer ou résister au feu dans son ensemble, ces éléments nécessitent une protection structurelle appropriée à leur nature ou à leurs conditions d'opération.

Le comportement des structures en acier ne présuppose pas la présence de températures anormalement élevées ; des feux modérés sont suffisants pour produire la déformation du matériau.

Protection Passive Incendie

Législation au Chili

Dans le développement de tout projet de construction de structure en acier, le responsable doit prendre en considération la destination de l'immeuble, sa superficie, le nombre d'étages, le nombre d'occupants et les restrictions des éléments de structure massive utilisés, l'épaisseur du matériau de protection contre les incendies qui leur est associé, la durée de protection nécessaire et la température critique de défaillance, l'acier non protégé cédant à 550 °C. La législation en vigueur au Chili estime que la protection des structures contre les incendies de type cellulosique doit suivre la courbe standard UL 263 (Norme Internationale Fire Test).

Législation Internationale

En Europe et aux États-Unis, il existe de nombreuses informations et législations concernant :

• Les feux cellulosiques et les feux d'hydrocarbures générés par les isolants.
• Les essais sismiques.

Concept de Masse

Relation entre le périmètre exposé au feu et la section d'un élément. NOTE : Les listes de masses associées à chaque type de profil sont indiquées dans la norme NCh935-1 Of97. Exemples :

NOTE : Plus la valeur est élevée, plus la protection est nécessaire.

Comportement du Béton Face au Feu

Le béton structurel (béton armé, béton précontraint et post-tension) présente généralement une bonne résistance, définie par la période de temps avant que le comportement thermique observé dans le spectre d'un incendie ne soit altéré. Compte tenu des caractéristiques de sa composition, les constructions en béton ne subissent généralement pas d'effondrement lors d'un incendie, mais il est possible d'observer des déformations tant en position qu'en charge. La plupart des structures en béton sont généralement, après avoir subi un incendie, suffisamment sûres pour la restauration de leurs fonctions normales. En ce qui concerne la résistance à la traction et à la flexion du béton face au feu, ce sont les propriétés les plus affectées. En revanche, la résistance à la compression est beaucoup moins affectée, avec une réduction globale de la résistance de 80 % à environ 800 °C. Face au feu, même les matériaux traditionnellement considérés comme incombustibles (comme le béton) ne sont pas suffisamment sûrs contre les incendies. Si l'on considère qu'un feu atteint facilement 600 °C en 10 minutes et 1 200 °C en 20 minutes, nous comprenons que même le béton n'est pas absolument sûr.

Considérez qu'à 1 000 °C, le gravier et le ciment déshydratés se désagrègent. Si une température de 1 000 °C à 1 200 °C est maintenue pendant environ trois heures, les effets du feu sur le béton sont certainement nuisibles. Les éléments en béton se désintègrent à une vitesse d'environ quatre (4) cm par heure, et les armatures, à ces températures, ne parviennent plus à remplir leur fonction.

Le béton, bien que lentement, peut se corroder jusqu'à sa destruction totale, y compris son armature. Chaque élément poreux de la construction absorbe facilement les gaz de combustion lors d'un incendie. Ces gaz sont acides et, par réaction chimique, sont neutralisés avec les composés de calcium contenus dans le béton structurel, formant du chlorure de calcium. Cette substance hygroscopique, lorsqu'elle est combinée au sein de la masse avec la teneur en vapeur d'eau d'extinction dans l'air confiné par la structure du composé, est également absorbée par le béton et les ions chlorure de calcium. Cette corrosion du béton se produit très lentement après la migration continue du feu ou une pénétration d'environ 0,25 à 2 cm² par jour, si les conditions environnementales sont favorables. Dans ce cas, la corrosion de l'acier est beaucoup plus importante que celle du béton lorsque les circonstances sont favorables. Les pourcentages de chlore qui pourraient endommager le béton sont d'environ 0,6 % de chlorure pour un béton normal et d'environ 0,01 % pour le béton précontraint.

Qu'est-ce que le Béton Précontraint ?

On appelle béton précontraint un béton dans lequel, avant sa mise en service, des câbles de renfort de compression ou des fils d'acier pré-tendus ont été introduits. Habituellement, la précontrainte est induite par des torons d'acier à haute résistance, qui sont tendus et ancrés. Les torons doivent être capables de précontraindre le béton en fonction de leur adhérence au béton, comme cela se produit dans le béton précontraint. Des conduits peuvent également être laissés intentionnellement dans l'élément, puis des câbles d'acier y sont insérés, et la force de précontrainte est appliquée par des vérins hydrauliques. Enfin, les torons sont ancrés aux extrémités. Cette procédure est connue sous le nom de béton post-contraint. Normalement, lors de l'application de cette technique, du béton et de l'acier à haute résistance sont utilisés pour résister aux énormes contraintes induites.

Comportement du Béton au Feu

La force de compression reste à peu près constante jusqu'à la température critique.

• Le module d'élasticité diminue.
• La densité diminue.

Températures critiques :

• Sable clair : 100 % T
• Carbonate de poids : TC 650 °C
• Silicium : 660 °C, 430 °C

Conséquences du Feu sur le Béton

L'effritement est la perte de tension de surface du béton due aux contraintes mécaniques induites par un gradient de température.

L'effritement se produit uniquement en présence de forts gradients de température (lors du chauffage ou du refroidissement).

L'effritement est le résultat d'un grand nombre de processus simultanés. La norme NFPA 921 fournit une partie des causes probables :

1. Humidité et frais différentiels.
2. Expansion du béton et de l'acier entre les armatures du béton.
3. Dilatation différentielle entre le béton, les armatures et les différents agrégats.

Comportement du Bois Face au Feu

Le bois, et surtout les plantes ligneuses, sont composés d'eau et de deux types de substances principales : la cellulose et la lignine. Le pourcentage de ces deux composés varie autour de 90 %, le reste étant constitué de minéraux, graisses, cires, etc., ce qui signifie qu'il est solide. Face au feu, le bois, en tant qu'élément structurel, a la particularité d'absorber les gaz et les vapeurs sans subir de dommages apparents. Cependant, après un certain temps, le bois peut libérer progressivement des acides absorbés, tels que l'acide chlorhydrique ou cyanhydrique. Le risque spécifique du bois est ce qu'il exprime en termes de risque de corrosion sur les matériaux qui l'entourent. Dans les feux où le PVC est présent, cette circonstance est aggravée par l'exposition aux vapeurs de bois. Parfois, les pertes sont assez longues au fil du temps, ce qui peut désorienter car ces effets apparaissent dans un délai plus ou moins long selon l'espèce et l'humidité. La profondeur de carbonisation ou la croissance de la couche de charbon se produit à un taux de 0,8 mm/min pendant les 8 premières minutes. Après cela, la couche de carbone a un effet isolant et le taux diminue à 0,6 mm/min. Compte tenu du temps d'allumage initial, du développement rapide de la carbonisation initiale, puis du ralentissement à un taux constant, le taux moyen constant de carbonisation est d'environ 0,6 mm/min (soit 1,5 m/h).

Il existe des différences entre les espèces associées à leur densité, leur anatomie, leur chimie et leur perméabilité. La teneur en humidité est un facteur important influençant le taux de carbonisation. La densité concerne la masse nécessaire à la dégradation et les caractéristiques anatomiques. La carbonisation dans le sens longitudinal est deux fois plus rapide que dans le sens transversal, et les produits chimiques peuvent affecter l'épaisseur relative de la couche de charbon. La perméabilité affecte le mouvement de l'humidité à travers les fibres de bois sous la couche de charbon.

Comportement du Bois au Feu

Décrit la capacité d'un matériau à résister au feu dans certaines limites de température. Les matériaux utilisés dans les bâtiments publics, les maisons et autres doivent être soumis à des tests de laboratoire et être classés selon 2 critères :

• Réaction au feu
• Résistance au feu

Flashover (Embrasement Généralisé)

Le flashover (embrasement généralisé) est le passage d'un incendie de sa phase de développement à la phase de feu pleinement développé, dans laquelle l'énergie thermique libérée est le maximum possible, selon le combustible impliqué.

Ces critères constituent la protection passive contre l'incendie, qui vise à minimiser les risques d'incendie, à prévenir ou à limiter la propagation du feu vers le reste du bâtiment et vers les voisins, à faciliter l'évacuation des personnes qui se trouvent à l'intérieur, et à faciliter la suppression des incendies. Par conséquent, il est nécessaire de se préoccuper des matériaux utilisés, de la disposition des murs coupe-feu, des cloisons, des portes coupe-feu, des escaliers, des moyens d'évacuation, et en général, d'un critère de compartimentage et de résistance au feu, à la fumée et aux gaz chauds, qui seront toujours très toxiques.

Réaction et Résistance au Feu

Lors d'un incendie, deux états différents doivent être pris en compte dans la conception des bâtiments en ce qui concerne les matériaux et les structures utilisées : un feu initial, puis un incendie pleinement développé.

Le premier terme représente la réponse des matériaux (le contenu) à une attaque initiale d'incendie et comprend des propriétés telles que le moment de l'allumage, la propagation des flammes, le dégagement de chaleur et de fumée. Ces propriétés sont pertinentes dans le développement initial de l'incendie.

L'utilisation de revêtements intérieurs ou de matériaux tels que le bois de chauffage dans les bâtiments est limitée afin de restreindre le taux de croissance de l'incendie, mais leur contribution est souvent surestimée par rapport au contenu de l'immeuble.

Toutefois, certaines limitations sont nécessaires, en particulier dans les voies d'évacuation.

D'autre part, dans un incendie ou un feu complètement développé, l'action des structures de soutien et des séparateurs (murs) est essentielle afin de limiter l'incendie à la pièce d'origine. C'est ce qu'on appelle la résistance au feu de la structure.

Un autre aspect important pris en compte dans la sécurité structurelle contre l'incendie sont les détails de construction tels que les pare-feu, la ventilation et les séparateurs d'incendie dans les combles.

Mécanismes de Protection du Bois Contre le Feu

Le fait que le bois soit un matériau combustible n'empêche pas qu'il puisse être utilisé comme matériau de construction stable et sûr. Cela peut être surmonté grâce à divers mécanismes qui visent à retarder son inflammation, à prévenir la propagation des flammes et à conserver sa stabilité structurelle. Ceux-ci sont les suivants :

• Grâce à une bonne interprétation et des conceptions architecturales. La configuration des différents éléments d'une maison doit être harmonieuse en termes de sécurité et d'esthétique.
• Utilisation de structures de taille appropriée. Comme indiqué plus haut, certains éléments structurels doivent être surdimensionnés pour assurer une marge de sécurité en fonction du temps requis pour les opérations de secours et de sauvetage lors d'un incendie.
• Grâce à l'utilisation de traitements retardateurs ou d'ignifugeants qui augmentent la température d'inflammation du bois et réduisent la production de flammes pouvant se propager rapidement à d'autres surfaces ou appareils à proximité.
• Application de l'approche de la compartimentation, c'est-à-dire limiter le feu à une zone pour prévenir sa propagation dans une autre pièce.
• Utilisation de pare-feu qui, comme leur nom l'indique, sont des éléments empêchant le passage de l'air ou de l'oxygène dans certaines poches du bâtiment pour empêcher l'incendie de se propager plus rapidement.

La législation et les réglementations techniques mettent un accent particulier sur la protection passive contre la propagation du feu, en tant qu'action préventive. Elles précisent la composition des composants pour protéger les matériaux de structure par des revêtements appropriés et/ou des concepts de traitement différents. Les concepts actuellement utilisés sont : le compartimentage planimétrique et la massivité. Le premier est directement lié à une bonne conception et à l'agencement des enceintes, où l'emplacement des surfaces (intérieures, extérieures et intermédiaires) peut confiner le feu dans leur zone d'origine, et ainsi ralentir la propagation du feu vers d'autres zones du bâtiment ou d'autres biens. La seconde exprime la relation entre la surface extérieure de l'élément exposé au feu et la section transversale du même élément, pour une plus grande résistance à la chaleur et pour éviter leur effondrement prématuré. Il faut donc un pic de massivité égal ou inférieur à 390 m⁻¹ selon la norme NCh 935/1.Of 97.

Réglementations sur la Protection Incendie des Bâtiments

La lutte contre l'incendie, sous ses deux facettes (prévention et protection), peut être effectuée de deux façons :

• Protection Active

  Comprend les activités impliquant une action directe sur l'utilisation des installations et des moyens pour la protection et la lutte contre les incendies. Par exemple : l'évacuation, l'utilisation des extincteurs, les installations fixes d'incendie, etc.

• Protection Passive ou Structurelle

  Inclut des méthodes dont l'efficacité repose sur leur présence permanente, sans impliquer directement aucune action. Ces éléments passifs n'agissent pas directement sur le feu, mais ils peuvent parvenir à compartimenter son développement (mur), empêcher l'effondrement du bâtiment (structures métalliques enrobées) ou permettre l'évacuation et le désenfumage, ce qui les rendrait impossibles.

La protection par la construction est peut-être l'aspect le plus important dans la lutte contre l'incendie, mais elle est aussi la plus négligée en raison des difficultés de mise en œuvre et des contraintes qu'elle implique dans la conception.

Propriétés des Matériaux

Choc

Les effets de choc se manifestent dans les régions soumises à des changements brusques ou instantanés de charges externes, qui peuvent se produire par hasard. Leur défaillance ne permet généralement pas de déformation plastique ou est de nature fragile, même pour les métaux considérés comme ductiles. Dans ces cas, il est pertinent d'analyser le comportement du matériau soumis à un choc ou un impact. L'essai de traction statique donne des valeurs correctes de la ductilité d'un métal, mais il n'est pas suffisant pour déterminer le degré de dureté et de fragilité des matériaux qui travaillent dans des conditions variables.

Fatigue des Matériaux

Dans l'étude des matériaux en service, tels que les composants de machines ou les structures, il est à noter que les sollicitations prédominantes ne sont généralement pas statiques ou quasi-statiques. Dans la plupart des cas, elles sont soumises à des changements de contrainte (traction, compression, flexion ou torsion) qui se répètent systématiquement. La rupture du matériau se produit alors pour des valeurs significativement inférieures à celles calculées lors des essais statiques. Ce type de rupture, qui se produit nécessairement dans le temps, est nommé fatigue. Il est fréquent de l'identifier comme une rupture par contraintes répétées, ces contraintes pouvant agir individuellement ou en combinaison.

Classification des Essais de Fatigue

En général, les essais de fatigue sont classés par la plage de charge dans le temps et peuvent se présenter comme :

• Essais de Fatigue à Amplitude Constante

  Ces tests évaluent le comportement en fatigue avec des cycles prédéterminés de chargement ou de déformation, généralement sinusoïdaux ou triangulaires, d'amplitude et de fréquence constantes. Ces essais, du grand au faible cycle, estiment la capacité de survie à la fatigue par le nombre de cycles jusqu'à la rupture (initiation et propagation de la défaillance) et la résistance à la fatigue par l'amplitude des contraintes pour un certain nombre de cycles de rupture. On désigne généralement la résistance à la fatigue comme la contrainte maximale sous laquelle le matériau ne se rompt pas, ou celle qui correspond à un nombre prédéterminé de cycles pour les métaux ou alliages. À cet égard, l'ASTM E définit la limite de fatigue comme la contrainte correspondant à un très grand nombre de cycles.

• Essais de Fatigue à Amplitude Variable

  Dans la fatigue, lorsque l'amplitude du cycle est variable, on évalue l'effet des dommages accumulés en raison de la variation de l'amplitude de la contrainte dans le temps. Ces tests sont à grand nombre de cycles avec contrôle de la charge, et selon le spectre de charge choisi, ils seront plus ou moins représentatifs des conditions de service.

Fatigue à Grand Nombre de Cycles

Les spectres de charge des essais de temps découlant d'un cycle de chargement continu à amplitude constante ressemblent à des fonctions simples, généralement sinusoïdales. En général, le cycle de contrainte appliquée peut être considéré comme résultant d'une valeur moyenne de la charge (m), constante ou statique, et d'une amplitude variable constante (a) purement sinusoïdale.

Dureté

La dureté : Grâce à cette méthode, on obtient rapidement et de manière non destructive d'importantes propriétés mécaniques, permettant de fabriquer des pièces prêtes à l'emploi. Définition : « La résistance plus ou moins grande d'un corps à être rayé ou pénétré par un autre » ou « le degré de dureté d'un corps par rapport à un autre pris à des fins de comparaison. »

Méthodes de Mesure de la Dureté

• Pénétration statique
• Rebond
• Abrasion
• Rayure et érosion

Essai de Pénétration

Définit la dureté comme la résistance à la déformation ou la résistance à la pénétration qu'un matériau oppose lorsqu'une charge prédéfinie est appliquée par un pénétrateur donné.

Dureté Rockwell

La dureté Rockwell est calculée en fonction de la profondeur de pénétration. La charge totale n'est pas appliquée de manière continue ; il y a une charge initiale et des charges supplémentaires (variant selon les conditions d'essai). La valeur est obtenue directement à partir de l'indicateur à cadran. La dureté est donnée par l'augmentation de la pénétration due à l'action de la charge supplémentaire, une fois celle-ci supprimée.

Dureté Vickers

La dureté Vickers est similaire à Brinell ; sa valeur dépend de la charge appliquée et de la surface de l'empreinte ou de la marque. Les charges varient de 1 à 120 kgf et le pénétrateur est un diamant en forme de pyramide.

Traction

La traction : Lorsqu'un corps est soumis à une traction simple, des charges normales uniformément réparties sont appliquées sur ses sections, tendant à produire un allongement. Par ses conditions d'essai, l'essai de traction est le meilleur pour déterminer les propriétés mécaniques des métaux, c'est-à-dire celles qui définissent leurs caractéristiques de résistance et de déformabilité. Il permet d'obtenir, sous un simple état de contrainte, la limite d'élasticité (ou, en pratique, la charge maximale et la résistance statique subséquente), sur la base desquelles les valeurs de charge admissible ou de projet ( adm.) sont établies. En utilisant des méthodes empiriques, il est possible de connaître le comportement du matériau soumis à d'autres types de sollicitations (fatigue, dureté, etc.).

Propriétés Physiques

Les propriétés physiques : Les propriétés physiques les plus courantes sont :

• Couleur.
• Densité : La masse d'un corps par unité de volume.
• Masse volumique : Elle est directement liée à la densité. Un matériau dense a une masse volumique élevée.

Point de Fusion

Température à laquelle un matériau devient liquide à une pression donnée.

Point d'Ébullition

La température à laquelle la pression de vapeur d'un liquide est égale à la pression atmosphérique actuelle sur le liquide. À des températures inférieures au point d'ébullition (PE), l'évaporation a lieu uniquement à la surface du liquide. Lors de l'ébullition, de la vapeur est formée à l'intérieur du liquide, qui remonte à la surface sous forme de bulles, avec l'ébullition tumultueuse caractéristique.

Le point d'ébullition est directement proportionnel à la pression. Les points d'ébullition cités pour les divers éléments et composés se rapportent à la pression atmosphérique normale, sauf indication contraire.

Propriétés Mécaniques

Les propriétés mécaniques : Les propriétés mécaniques sont liées à la manière dont les métaux réagissent aux forces qui agissent sur eux. Les essais sont le meilleur moyen de déterminer les propriétés mécaniques d'un matériau. Les informations obtenues en effectuant les essais appropriés nous aideront à choisir le matériau le plus adapté à une utilisation donnée. Les propriétés mécaniques importantes sont :

• Élasticité : La capacité de certains matériaux à reprendre leur forme une fois que la force qui les déforme a cessé d'agir.
• Plasticité : La capacité d'un matériau à conserver sa nouvelle forme une fois déformé. Elle est opposée à l'élasticité.
• Ductilité : La capacité d'un matériau à s'étirer en fils (par exemple, le cuivre, l'or, l'aluminium, etc.).
• Malléabilité : La capacité d'un matériau à s'étirer en plaques sans se rompre (par exemple, l'aluminium, l'or, etc.).
• Dureté : L'opposition d'un corps à être rayé ou pénétré par un autre, ou sa résistance à l'usure.
• Résilience : La résistance d'un corps aux chocs ou contraintes soudaines.
• Fragilité : Elle est opposée à la résilience. Le matériau se brise en mille morceaux lorsqu'une force s'exerce sur lui.
• Résistance : La résistance qu'un corps oppose à la rupture lorsqu'il est soumis à des efforts de contrainte lents.
• Fatigue : La déformation (qui peut atteindre le seuil de rupture) d'un matériau soumis à des charges variables, inférieures à la charge de rupture statique, lorsqu'elles agissent pendant un certain temps ou un certain nombre de fois.
• Usinabilité : La facilité avec laquelle un corps peut être coupé par enlèvement de copeaux.
• Acrimonie : Augmentation de la dureté, de la fragilité et de la résistance de certains métaux suite à une déformation à froid (écrouissage).
• Coulabilité : La capacité d'un matériau fondu à remplir un moule.
• Résistance à la traction : La capacité d'un matériau à être allongé. Si l'on tend un fil de 1 mm², des deux côtés, il arrive un moment où il se casse. La force nécessaire pour rompre le fil de cette section est appelée résistance à la traction.
• Compression : La capacité d'un matériau à être comprimé.
• Coefficient de dilatation linéaire : La capacité des matériaux à se dilater ou à se contracter selon un pourcentage de réduction linéaire, en fonction du matériau ou de l'alliage, et de la température à laquelle il est soumis.
• Cisaillement : La condition d'un matériau à être rompu par des forces de cisaillement.
• Torsion : La force exercée sur un matériau, entraînant un moment de torsion lorsqu'une extrémité est fixée et l'autre soumise à une rotation.
• Flambement : L'effort exercé sur une colonne dans sa partie supérieure, la base étant fixée, ce qui provoque une déformation latérale et une perte de stabilité.
• Cohésion : La force de cohésion des plus petites particules (molécules) offerte contre les contraintes mécaniques.

Propriétés Chimiques

L'une des plus importantes est la relation entre la corrosion et l'oxydation des matériaux (en particulier les métaux). Ainsi, l'acier et ses alliages s'oxydent assez facilement au contact de l'humidité, tandis que l'aluminium crée une couche d'oxyde protectrice qui le protège et ne laisse pas l'oxydation progresser davantage. Ce qui est habituellement fait est de peindre les matériaux afin de prévenir l'oxydation et d'améliorer leur présentation. Le choix du matériau doit être fait avec soin, en fonction de l'application à laquelle il est destiné. Une cuillère utilisée pour manipuler de l'acide sera différente de celle utilisée pour les aliments, en raison des réactions chimiques qui peuvent les détériorer.

Propriétés Électriques

Conductivité électrique : La facilité avec laquelle certains métaux conduisent le courant électrique. Il existe d'autres propriétés importantes à connaître :

Propriétés Thermiques

Cette propriété décrit comment un matériau réagit à la chaleur. La plupart des métaux sont de bons conducteurs de chaleur. Par exemple, les radiateurs sont faits d'un métal qui conduit la chaleur. D'autre part, la fibre de verre ou le polyuréthane sont utilisés dans la construction pour l'isolation thermique des murs et plafonds.

Propriétés Magnétiques

La plupart des métaux ferreux (fer et ses alliages) sont attirés par les champs électromagnétiques. Cependant, d'autres, tels que le cuivre ou l'aluminium, ne le sont pas. Les supraconducteurs (faits de matériaux spéciaux et refroidis dans l'azote liquide) produisent de grandes quantités de champs magnétiques et sont nommés ainsi parce qu'ils n'offrent aucune résistance au passage du courant électrique.