ingénierie du comportement au feu appliquée a la future grande salle de spectacles de floirac

28 Pages·2016·3.63 MB·French

Espace Technologique
Bâtiment Apollo
Route de l'Orme des Merisiers
F-91193 Saint-Aubin
RAPPORT D’ETUDE
Tél : [phone]

Référence : 16-002203-FCA
Affaire : BO-15-002909

INGÉNIERIE DU COMPORTEMENT AU FEU APPLIQUÉE A LA FUTURE GRANDE

SALLE DE SPECTACLES DE FLOIRAC (33)

RAPPORT D’ETUDE

Client demandeur Bouygues Bâtiment
Référence et date de commande Contrat n°2000382127 du 01/12/2015
Projet Construction de la grande salle de spectacles (GSS) de Floirac (33)

Date : 16 décembre 2016 Auteur(s) :
Indice de révision : A François CAYLA
Nombre de pages : 28

EFECTIS France, certifiée ISO9001 version 2008, a assuré le suivi de l’étude dans le respect de ses procédures qualité
SASU au capital de 1 512 170 € - SIRET 490 550 712 00031 – RCS Evry B 490 550 712 – TVA FR 61490550712 – APE 7120 B Page 1 sur 28
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SUIVI DES MODIFICATIONS

Indice de révision Date Modifications
A 16/12/2016 Version initiale

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SOMMAIRE

1. OBJET ...................................................................................................... 4
2. REFERENCES ................................................................................................ 4
3. DESCRIPTION DE L’OUVRAGE ................................................................................ 5
4. METHODOLOGIE DE L’ETUDE ................................................................................ 6
5. RAPPEL DE LA DEFINITION DES SCENARIOS PROPOSES......................................................... 7
5.1 Risques identifiés dans la zone fréquentée par la public ...................................................... 7
5.2 Risques identifiés sur le gril de la salle de spectacle ........................................................... 8
5.2.1 Scénario de feu de tableau électrique ....................................................................... 8
5.2.1 Scénario de feu d’éclairage de scène (spots) ............................................................... 9
5.2.2 Scénario de feu de câbles ...................................................................................... 9
5.3 Synthèse ............................................................................................................... 11
6. MODELES .................................................................................................. 12
6.1 Code de calcul ........................................................................................................ 12
6.2 Géométries ............................................................................................................ 12
6.3 Conditions aux limites ............................................................................................... 15
6.3.1 Foyer scénario 1 : feu de scène .............................................................................. 15
6.3.2 Foyers des scénarios 2 à 4 : feux de type éléctrique ..................................................... 15
6.3.1 Autres conditions aux limites ................................................................................. 18
6.4 Grandeurs étudiées .................................................................................................. 18
7. RESULTATS ................................................................................................ 19
7.1 Scénario 1 : feu de scène ........................................................................................... 19
7.2 Scénario 2 : feu de coffret electrique ............................................................................ 19
7.3 Scénario 3 : feu de spots............................................................................................ 21
7.4 Scénario 4 : feu de câbles .......................................................................................... 23
8. CONCLUSIONS.............................................................................................. 26
ANNEXE A VUE SUR LES ELEMENTS CONSTITUTIFS DE LA CHARPENTE METALLIQUE [1] .......................... 27

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1. OBJET
La future grande salle de spectacle de Floirac (33), établissement recevant du public de 1ère catégorie de type L et X
(salles d'auditions, de conférences, de réunions, de spectacles ou à usage multiple), avec des activités secondaires de
type N (restauration et débits de boissons) comprendra plusieurs volumes distincts dont une salle de spectacle, un hall
d’accueil, des salons et un hall logistique non accessible au public.
La salle de spectacle à proprement parlé présente une surface au sol de 6 600 m² pour une hauteur sous plafond de
22 m environ et dont la toiture est supportée par une charpente métallique.
Compte-tenu des caractéristiques de l’établissement, la sous-commission de sécurité ERP/IGH ne valide pas l’absence
de stabilité au feu de la structure de la toiture de la salle [1]. En outre, se basant sur les dispositions de l’article CO13
§ 3 [3], elle demande au maître d’ouvrage d’apporter la preuve que la ruine de la toiture ne puisse pas provoquer
d’effondrement généralisé à l’intérieur même de la salle, si nécessaire en faisant appel à l’ingénierie de stabilité au
feu.
Efectis France, laboratoire agréé en résistance au feu, se propose de réaliser cette étude d’ingénierie de
comportement au feu selon les dispositions de l’arrêté modifié relatif à la résistance au feu [4].
Une approche avec des étapes successives est proposée afin de vérifier si la justification du comportement au feu
peut être évaluée sans nécessiter de calculs avancés.
Ce document a pour objet de présenter la méthodologie, les scénarios validés par les autorités [15] ainsi que les
résultats obtenus pour évaluer le comportement au feu de la structure métallique de la charpente de la salle de
spectacle sous conditions d’incendies réels.
2. REFERENCES
[1] Plans de charpente utilisés (coupes) :
 GSS_APD_NN_ZZ_ECC_CM_---_CPE_02101_D.pdf (19/10/15)
 GSS_APD_NN_ZZ_ECC_CM_---_CPE_02102_D.pdf (19/10/15)
 GSS_APD_NN_ZZ_ECC_CM_---_CPE_02103_D.pdf (19/10/15)
 GSS_APD_NN_ZZ_ECC_CM_---_CPE_02104_D.pdf (19/10/15)
 GSS_APD_NN_ZZ_ECC_CM_---_CPE_02105_D.pdf (19/10/15)
 GSS_APD_NN_ZZ_ECC_CM_---_CPE_02106_D.pdf (19/10/15)
 Plan charpente 3D - APD.ifc (21/10/15)
[2] Avis de la sous-commission départementale pour la sécurité contre les risques d’incendie et de panique dans les
ERP/IGH. Séance du 24/06/2015.
[3] Arrêté du 25 juin 1980 portant approbation des dispositions générales du règlement de sécurité contre les risques
d'incendie et de panique dans les établissements recevant du public
[4] Arrêté du 22 mars 2004 relatif à la résistance au feu des produits, éléments de construction et d'ouvrages
(modifié le 14/03/2011)
[5] Arrêté du 6 mars 2006 portant approbation de diverses dispositions complétant et modifiant le règlement de
sécurité contre les risques d’incendie et de panique dans les établissements recevant du public (meubles
rembourrés, ascenseurs et autres)
[6] NF D 60-013 Protocole d'évaluation de l'allumabilité des meubles rembourrés, Source d'allumage équivalente à un
coussin de papier de 20 g enflammé, Revêtements et rembourrages, juin 2006.
[7] Eurocode 1-Actions sur la structure-Partie 1-2 : Actions générales-Actions sur les structures exposées au feu,
Annexe nationale à la NF EN 1991-1-2
[8] NF EN 1993-1-2 : Eurocode 3 partie 1-2 : Règles générales-Calcul du comportement au feu, Novembre 2005
[9] Fire Dynamics Simulator (Version 5), www.nist.gov
[10] Evaluation of Peak Heat Release Rates in Electrical Cabinet Fires - Reanalysis of Table G-1 of NUREG/CR-6850
and Table G-1 of EPRI 1011989, Technical Report 2012, EPRI
[11] SFPE Handbook of Fire Protection Engineering, 3rd Edition, NFPA, 2002
[12] Heat release rate characteristics of some combustible fuel sources in nuclear power plants. Les B.T., National
Bureau of Standards, NBSIR 85-3195, 1985.
[13] Etude d’ingénierie du désenfumage appliquée à la grande salle de spectacle de Floirac. Efectis France, Rapport
EFR-14-001379B, mars 2015
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[14] Etude d’ingénierie du comportement au feu appliquée à la grande salle de spectacle de Floirac : proposition des
scénarios. Efectis France, Rapport EFR-16-000431, mars 2016.
[15] Avis de la sous-commission départementale pour la sécurité contre les risques d’incendie et de panique dans les
ERP/IGH du 11/05/2016
[16] Documentation Fire Dynamics Simulator (version 5 - NIST) :
 User’s Guide. K. B. McGrattan, McDermott, S. Hostikka, J. Floyd (special publication 1019-5, 2011)
 Technical Reference Guide - Volume 2: Verification Guide. K. B. McGrattan, H. R. Baum, R. G. Rehm, G.
P. Forney, J. E. Floyd, K. Prasad, and S. Hostikka (Technical Report NISTIR 6783, 2007)

3. DESCRIPTION DE L’OUVRAGE
La future grande salle de spectacle à Floirac (33) comprendra plusieurs volumes distincts dont une salle de spectacle à
proprement parler présentant une surface au sol de 6 600 m² pour une hauteur sous plafond de 22 m1 environ avec
trois niveaux de gradins.

La toiture de la salle sera supportée par une structure métallique composée de 12 fermes treillis dans le sens
longitudinal (longueur max. 105 m) et 2 fermes dans le sens transversal (Longueur max. 40 m). Les fermes seront
constituées de profilés du commerce ou reconstitués soudés. À ce stade du projet, aucune exigence en termes de
durée de stabilité au feu n’a été définie pour cette charpente.

Elle sera partiellement visible depuis le niveau rez-de-chaussée de la salle, et sera pourvue d’un système de détection
incendie. Un gril ou cintres techniques sera présent au niveau de la charpente avec des équipements scéniques
spécifiques.

Figure 3-1 : Vue sur la salle et sa charpente de toiture

Figure 3-2 : Exemple d’une coupe transversale de la structure de toiture de la salle (file C)

1 Suite à cette étude la hauteur a légèrement changé avec la définition plus précise du faux plafond acoustique
ramenant la hauteur moyenne de la salle autour de 21 m. Cela n’impactera pas les résultats.
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Figure 3-3 : Exemple d’une coupe longitudinale de la structure de toiture de la salle (file 5)
4. METHODOLOGIE DE L’ETUDE
L’objectif de sécurité de non effondrement en chaîne de la structure de la toiture de la salle tel que formulé par
l’article CO13 § 3 [3] peut se traduire en différentes exigences à respecter en cas de sinistre, à savoir que :

 une ruine locale de la charpente n’entraîne pas la ruine de la totalité de la structure de la toiture ;
 la ruine généralisée de la structure de la toiture ne peut intervenir avant l’évacuation complète du public ;
 la ruine de la structure n’intervient que dans des zones où les conditions de tenabilité pour le public ou les
services d’intervention sont perdues.

Cette étude consistera donc à vérifier pour différents scénarios d’incendie réel que le comportement de la structure
de charpente permet de répondre à ces exigences.

L’arrêté ministériel du 22 mars 2004 modifié [4] relatif à la résistance au feu des produits, éléments de construction
et d’ouvrages, autorise cette évaluation de la stabilité au feu des structures en considérant des sollicitations
thermiques établies à partir de l’examen de scénarios d’incendie réel, c'est-à-dire à partir d’une approche
d’ingénierie incendie.

Dans ce cadre, les points d’arrêt fixés par l’arrêté [4] pour la procédure de réalisation d’une étude d’ingénierie
incendie sont les suivants :

 Les scénarios d’incendie devront faire l’objet d’une validation par les autorités locales compétentes (sous-
commission départementale de sécurité) (article 6) ;
 L’étude devra faire l’objet d’une appréciation par un laboratoire agréé par le Ministère de l’Intérieur sous la
forme d’un avis sur étude (article 15) ;
 A l’issue de l’étude, un cahier des charges fixant les conditions d’exploitation doit être fourni afin d’assurer
que les paramètres liés aux scénarios d’incendie retenus seront respectés par l’exploitant (article 16).

Remarque : Efectis France, bien que laboratoire agréé en résistance au feu, ne peut délivrer lui-même l’appréciation
de laboratoire sur sa propre étude.

Une étude d’ingénierie se compose des quatre étapes suivantes :

 Définition et quantification des scénarios
 Calculs des sollicitations thermiques réelles reçues par la structure à l’aide du logiciel FDS [9] ;
 Calcul de l’échauffement des structures sous ces agressions ;
 Calculs mécaniques du comportement au feu des structures.

Toutefois, si sur la base des calculs de développement d’incendie, la structure est soumise à des agressions faibles et
non pénalisantes, l’étude numérique détaillée du comportement au feu de la structure ne sera pas menée, conduisant
à une conclusion de stabilité infinie de la structure face aux feux réels, et donc d’absence de ruine.

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5. RAPPEL DE LA DEFINITION DES SCENARIOS PROPOSES
Les scénarios décrits ci-dessous ont déjà fait l’objet d’un rapport [14] soumis et validé en sous-commission
départementale de sécurité [15].

Les départs de feu potentiels identifiés dans la salle de spectacle en présence du public se trouvent :
 Sur la scène (décors) et dans les gradins (sièges et pupitres de scénographie) ;
 Au niveau de la charpente (niveau 3) :
o Tableaux électriques ;
o Spots de lumière ;
o Chemins de câbles électriques.
5.1 RISQUES IDENTIFIES DANS LA ZONE FREQUENTEE PAR LA PUBLIC
Le feu de scène peut être caractérisé par un espace scénique intégré à la salle constitué de matériaux M0 ou M1
rendant la propagation de l’incendie difficile. On propose de conserver le feu de classe 3 utilisé pour l’étude
d’ingénierie du désenfumage [13] qui sera majorant et dont les caractéristiques sont rappelées ci-dessous :
 Débit calorifique maximal de 18 MW sur 36 m² (500 kW/m²) ;
 Combustible mixte (50% cellulosique/50% plastique) dont énergie de combustion moyenne est de 20 MJ/kg ;
 Cinétique de développement de feu moyenne ;
 420 MJ/m² [7] soit 15 120 MJ.

On représente ci-dessous la position du foyer dans la salle.

Figure 5-1 : Représentation de la position du feu de scène dans la salle.
Vu la hauteur de la salle, on considèrera que le feu de régie estimé à 2,7 MW pour l’étude d’ingénierie du
désenfumage [13] est couvert par le feu de scène.

Le dernier risque potentiel au niveau cette zone de la salle pourrait être au niveau des sièges. Ceux-ci étant
conformes à l’article AM18 du règlement de sécurité [5], on peut considérer que conformément à l’instruction
technique sur les sièges rembourrés, les essais menés suivant la norme NF D 60-013 [6] ont bien montrés que :
 Les longueurs latérales détruites maximales sur le dossier et l’assise sont inférieures ou égales à 200
millimètres de part et d’autre de l’axe médian de feu ;
 La perte de masse est inférieure ou égale à 300 grammes.

En considérant une surface de feu totale de 0,4 m² comprenant l’assise et le dossier, un débit calorifique par unité de
surface enveloppe de 500 kW/m², une énergie de combustion équivalente à celle du polyuréthane (26 MJ/kg) et une
cinétique de feu rapide, ce foyer aura une puissance de l’ordre de 0,2 MW 2, une énergie totale produite de 7,8 MJ et
une durée de l’ordre de 2 minutes.

Ainsi, au regard de la puissance développée ainsi que de la durée d’incendie, ce scénario pourra être écarté pour
cette étude de stabilité étant donné que la structure est à plus de 3 m de la partie haute du dossier des sièges se
trouvant tout en haut des gradins.

2 Cette puissance de feu est de l’ordre de grandeur de celle d’un feu de bac poubelle.
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5.2 RISQUES IDENTIFIES SUR LE GRIL DE LA SALLE DE SPECTACLE
Les risques sur le gril sont uniquement de type électrique :
 Tableaux électriques ;
 Spots de lumière ;
 Chemins de câbles électriques.
5.2.1 SCENARIO DE FEU DE TABLEAU ELECTRIQUE
La position des différents tableaux électriques est représentée sur la Figure 5-2. On retiendra les caractéristiques
suivantes pour ce scénario :

 Un feu de deux coffrets près de la charpente principale est considéré (cf. Figure 5-3) ;
 Les câbles sont considérés comme non qualifiés, la ventilation non limitée (coffret ouvert) et avec une faible
charge calorifique ;
 Sur la base d’un débit calorifique maximum de 305 kW/m3 d’armoire [10] de débit calorifique pour deux
armoires est estimé à 2 x 45,75 kW. Cette puissance sera appliquée sur une seule surface verticale afin
d’avoir une densité de puissance maximale ;
 Cinétique lente courante pour des feux de type électrique ;
 Une charge calorifique de 318 MJ/m3 [10] soit 95 MJ pour 2 tableaux ;
 Combustible de type polyéthylène (PE) avec une énergie de combustion de 43,6 MJ/kg [11].

: 1x tableau électrique 1 m x 0,5 m x 0,3 m
: 2x tableaux électriques 1 m x 0,5 m x 0,3 m

Figure 5-2 : Positions des coffrets électriques sur le gril

Localisation du
feu

Figure 5-3 : Position du foyer prise en compte pour le feu de coffrets électriques

3 9 MJ/ft3
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5.2.1 SCENARIO DE FEU D’ECLAIRAGE DE SCENE (SPOTS)
Les spots présents sur le gril sont disposés sur des structures mobiles pouvant se déplacer longitudinalement. Afin de
pouvoir avoir les sollicitations thermiques maximales sur la structure, le foyer sera mis en place sous la structure
principale et on prendra en compte une propagation sur une trame de spots comme indiqué sur la Figure 5-4.

Le feu de spots sera défini par les éléments suivants :
 Les spots pris en compte ont un volume important (de l’ordre de 0,429 m x 0,347 m x 0,208 m) ;
 Le feu se propage sur une trame entière de spots (soit un linéaire de 3 m) ;
 Les câbles présents dans le spot sont non qualifiés en réaction au feu ;
 La ventilation est non limitée et on considère une faible charge calorifique ;
 Un débit 9,5 kW par spot sur la base de 305 kW/m3 [10] ;
 Une charge calorifique de 109 MJ par spot en considérant que celui-ci est constitué à 50% de plastique de
type PE avec une énergie de combustion de 43,6 MJ/kg [11] ;
 21 spots sont considérés sur une rampe ;
 La cinétique de développement de feu est lente (feu couvant de câbles électriques) ;
 Le combustible est de type PE soit 43,6 MJ/kg [11].

Figure 5-4 : Position et étendue du foyer considéré pour le feu de spots.
5.2.2 SCENARIO DE FEU DE CABLES
Des chemins de câbles sont présents suivant certaines trames de la structure à une distance pouvant varier
notamment au niveau des nœuds. Ces types de feu peuvent créer des échauffements locaux non négligeables.

Ainsi on propose les caractéristiques suivantes pour ce scénario :

 Les câbles sont considérés comme non performants au feu (448 kW/m² [12]) ;
 Un débit calorifique de 500 kW maximum [12] est retenu pour un tronçon de 4,46 m sur la base d’une largeur
maximale de chemin de câble de 25 cm ;
 Des câbles de type 3x6mm² sont considérés (1236 MJ/tronçon de 25 câbles, 989 MJ/tronçon de 20 câbles et
939 MJ/tronçon de 19 câbles sur la base de 50% de matière combustible) ;
 On considèrera que la propagation au tronçon suivant se fait lorsque le tronçon adjacent atteint son
maximum de débit calorifique ;
 On considèrera un départ de feu en-dessous de la structure principale comme représenté sur la Figure 5-6 ;
 La cinétique est de type lente ;
 Le combustible est de type PE soit 43,6 MJ/kg [11].
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SCENARIOS : FEU DE CHEMIN DE CÂBLES (NIVEAU 3)
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Localisation

7 câbles 7 câbles
7 câbles
3 câbles 3 câbles
12 câbles
4 câbles
25 câbles 10 câbles
20 câbles
19 câbles
20 câbles 15 câbles
15 câbles

Figure 5-5 : Répartition des chemins de câble.

Figure 5-6 : Position du foyer initial et de la propagation aux câbles adjacents

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