Installé dans la centrale de chauffage du campus Hönggerberg de l'EPFZ, le nouvel équipement de l'Institut de statique et de construction de l'EPF Zurich permet d’étudier les structures en bois dans différents scénarios d'incendie (en bas). L'ingénieur en mécanique Martin Viertel (en haut) a le four en main
Photos : Michael Meuter, Zurich (en haut) | Michael Steiner, ETH Zurich (en bas)
Les possibilités actuelles d'utilisation du bois dans la construction sont le résultat de trois décennies de recherche et de développement dans le domaine de la sécurité incendie et du bois, en coopération avec la filière du bois, les hautes écoles, les autorités et la Confédération. L’étude scientifique d’essais d'incendie contrôlés et paramétrés constitue un élément central des connaissances détaillées sur le comportement au feu du bois.
Ce n'est ainsi pas le fait que le bois brûle qui est déterminant. Ce qui compte, c'est son comportement au feu. Le bois se consume lentement et de manière prévisible. Cela s'explique par le fait que même le bois sec contient une certaine masse d’eau, qui doit d'abord s'évaporer. Pendant ce temps, la température du bois reste de l'ordre de 100 °C. La combustion commence à 270 °C environ. La vitesse de combustion est alors d'environ 1 mm par minute.
Même lorsque l’incendie fait rage, le bois reste intact dès un centimètre sous la surface carbonisée et la section restante conserve sa capacité portante. L'acier en revanche voit sa capacité portante réduite à partir de 450 °C et la résistance à la compression du béton diminue de deux tiers à 650 °C.
De plus en plus d’opportunités pour le bois
Jusqu'en 2005, seuls des ouvrages avec une structure porteuse en bois de deux étages au maximum étaient autorisés dans notre pays. A partir de 2005, la limite a été étendue à six étages. Depuis 2015, il n'y a plus de limite du point de vue des prescriptions de protection incendie. Le bois peut désormais être utilisé pour toutes les géométries de bâtiment, indépendamment de l’affectation.
Le projet de recherche et de développement ‹Sécurité incendie et bois› de l’Economie suisse de la forêt et du bois, en cours depuis 2001, constitue la base de l’extension progressive de l'utilisation du bois. Soutenu de manière déterminante par le Plan d'action bois de l'Office fédéral de l'environnement, OFEV, ainsi que par d'importantes institutions, associations et partenaires industriels, il est placé sous la direction générale de Lignum.
Une conception sur mesure
Afin d'élargir les possibilités de la construction en bois, le Professeur Andrea Frangi et son équipe veulent intensifier les recherches sur le comportement au feu des éléments de construction en bois et des assemblages dans des conditions d’incendie réalistes. Il s’est ainsi engagé dans l'acquisition du simulateur d'incendie à l'EPFZ et a participé à la définition de ses spécifications.
Le nouveau four, conçu pour les simulations d'incendie paramétrable, est réalisé sur mesure. L’infrastructure a coûté environ 2,5 millions de CHF, montant qui inclut également l’adaptation des locaux en ce qui concerne la construction et les installations techniques, notamment de ventilation. Grâce à une configuration judicieuse des dispositifs de charges et des appuis, la chambre de combustion de 1 m de haut, 1 m de large et près de 1,7 m de long permet de tester une zone étendue dans le champ de contrainte maximum, et ainsi des éléments de longue portée.
Simuler avec précision le déroulement d'un incendie
Interrogé sur les capacités du four, le Professeur Frangi déclare : ‹Nous pouvons régler avec précision la température du four et la teneur en oxygène. En outre, les éléments en bois peuvent être chargés jusqu'à 50 tonnes pendant les tests›. La chambre est alimentée par dix brûleurs à gaz, répartis sur ses deux faces. Ils peuvent chauffer le four à plus de 1400 degrés.
Plusieurs caméras placées à l'extérieur de la chambre de combustion enregistrent les tests et la composition des gaz de combustion ainsi que la perte de masse sont également analysées en détail. Selon le Professeur Frangi ‹Le four nous permet de simuler différents processus de combustion et de tester leur effet sur les structures en bois›.
Plus de bois au profit de zéro émission nette
Les recherches conduites à l’EPFZ contribuent ainsi au développement de la construction en bois en Suisse. Le bois s'est établi depuis longtemps comme matériau de construction pour les bâtiments de hauteur moyenne. Actuellement, plusieurs projets de tours en bois font parler d'eux ; deux tours hybrides en bois sont en phase de projet et en cours de réalisation aux portes de Lausanne.
Le fait que le bois soit de plus en plus utilisé dans la construction va tout à fait dans le sens de la durabilité. Et le professeur Frangi de conclure : ‹Le secteur de la construction est responsable d'une grande partie des émissions nocives pour le climat. Grâce à notre recherche, nous pouvons contribuer à ce que le bois, une ressource renouvelable qui stocke le CO2, soit davantage utilisé comme matériau de construction›. Une affirmation qui fait pleinement écho aux préoccupations de la population exprimée lors des dernières votations.
Liens https://ibk.ethz.ch | Vidéo de l'EPFZ
