Un four pour des constructions en bois sûres

La construction en bois connaît une renaissance en Suisse. Des chercheurs de l’ETH sur le campus de Hönggerberg utilisent un simulateur d’incendie pour tester des composants en bois pour la construction de bâtiments de toutes tailles. Le four construit sur mesure permet de simuler des scénarios d’incendie réalistes.

Tous les incendies de bâtiments ne se développent pas de la même manière. Le matériau inflammable prend feu, la température augmente et le feu grandit et se propage. La taille et les propriétés du compartiment, la charge d’incendie, la température et la concentration d’oxygène dans la salle de combustion influencent son développement.

L’acquisition la plus récente de l’Institut d’ingénierie des structures du Département de génie civil, environnemental et géomatique de l’ETH Zurich vise à montrer comment les structures en bois se comportent dans différents scénarios d’incendie. Les connaissances acquises aideront à élargir les applications potentielles du bois en tant que matériau de construction sûr et durable.

En incluant les mesures de rénovation du bâtiment, le four développé spécialement pour les simulations d’incendie coûte environ CHF 2,5 millions, semble robuste et est logé dans le bâtiment de chauffage du campus de Hönggerberg. Il comprend un cube métallique renforcé de poutres en acier avec une chambre de combustion d’un mètre de haut, d’un mètre de large et de près de 1,7 mètre de long.

Le simulateur d’incendie est contrôlé par dix brûleurs à gaz fixés en moitiés égales aux deux côtés longs. Ils peuvent chauffer le four jusqu’à plus de 1 400 degrés Celsius. Les tests sont enregistrés avec plusieurs caméras à l’extérieur de la chambre de combustion, et la composition des gaz de combustion peut également être analysée.

« Nous pouvons programmer la température du four avec précision à trois degrés et faire de même avec l’oxygène dans le four », explique fièrement Andrea Frangi. Les composants en bois et autres matériaux de construction courants peuvent également être grevés jusqu’à 50 tonnes pendant le test. Le professeur de structures en bois a lancé l’acquisition du simulateur d’incendie et a participé à la détermination de ses spécifications. « Le four nous permet de simuler différents scénarios d’incendie et d’étudier leur impact sur les structures en bois. »

La construction en bois est en plein essor en Suisse et les bâtiments se développent. Des immeubles de grande hauteur en bois de 75 à 108 mètres de hauteur sont actuellement prévus ou déjà en construction à Ratisdorf, Zoug, Winterthur et Zurich. Si cela est possible, c’est aussi grâce à des travaux de recherche qui s’étendent sur des décennies, comme celui effectué par le groupe de Franci avec le simulateur d’incendie. Les nouveaux produits de construction et les nouvelles technologies de connexion des composants en bois facilitent également des constructions de plus en plus grandes et inhabituelles.

Avant 2004, seuls les bâtiments de deux étages avec des structures en bois étaient autorisés en Suisse. À partir de 2005, le seuil a été porté à six étages et, depuis 2015, il n’y a effectivement plus de limite supérieure. « Les immeubles de grande hauteur prévus sont sans aucun doute des projets phares », explique Frangi. « Cependant, le bois s’est depuis longtemps imposé comme un matériau de construction pour les bâtiments de hauteur moyenne et est attrayant en raison de son bon rapport qualité-prix, de sa durabilité et de sa sécurité. »

Ce dernier peut surprendre, mais alors que les poutres en acier peuvent se déformer et devenir instables en cas d’incendie, les constructions en bois peuvent conserver leur intégrité structurelle plus longtemps.

La capacité portante d’une poutre en bois en cas d’incendie est fondamentalement déterminée par sa taille. Si la poutre brûle, environ quatre centimètres par heure, sont convertis du bois au charbon de bois sur les côtés exposés au feu. Les points faibles potentiels sont les éléments de connexion et les détails de construction. Pour élargir les applications potentielles de la construction moderne en bois, Andrea Frangi et son équipe souhaitent étudier plus avant le comportement de combustion des éléments et des connexions en bois de charpente dans des conditions réalistes. « Le secteur de la construction est à l’origine d’une grande partie des émissions nocives pour le climat. Grâce à nos recherches, nous pouvons contribuer à faire en sorte qu’encore plus de bois d’œuvre renouvelable et économe en CO2 soit utilisée comme matériau de construction », explique Frangi.

Fourni par ETH Zurich