Un four pour des bâtiments en bois sûrs
Tous les incendies de bâtiments ne se développent pas de la même manière. Les matériaux inflammables s'enflamment, la température augmente, le feu se développe et se propage. La taille et les propriétés du compartiment, la charge de feu, la température et la concentration d'oxygène dans la pièce en feu influencent son développement. L'acquisition la plus récente de l'Institut d'ingénierie structurelle du département d'ingénierie civile, environnementale et géomatique de l'ETH Zurich vise à montrer comment les structures en bois se comportent dans différents scénarios d'incendie. Les connaissances ainsi acquises permettront d'élargir les applications potentielles du bois en tant que matériau de construction sûr et durable.
Simulation précise de scénarios d'incendie
En tenant compte des mesures de rénovation du bâtiment, le four spécialement conçu pour les simulations d'incendie coûte environ 2,5 millions de francs suisses, il est robuste et se trouve dans le bâtiment de chauffage du campus de Hönggerberg. Il s'agit d'un cube métallique renforcé par des 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 de feu est contrôlé par dix brûleurs à gaz fixés en deux moitiés égales sur les deux côtés longs. Ils peuvent chauffer le four à plus de 1400 degrés Celsius. Les essais sont enregistrés par plusieurs caméras situées 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 à trois degrés près et faire de même avec l'oxygène dans le four», explique fièrement Andrea Frangi. Les éléments en bois et autres matériaux de construction courants peuvent également être chargés jusqu'à 50 tonnes pendant le test. Le professeur de structures en bois a pris l'initiative d'acheter le simulateur d'incendie et a participé à la définition de ses spécifications. «Le four nous permet de simuler différents scénarios d'incendie et d'étudier leur impact sur les structures en bois.»
Le bois est un matériau de construction durable et sûr
La construction en bois est en plein essor en Suisse, et les bâtiments grandissent. Des tours en bois d'une hauteur de 75 à 108 mètres sont actuellement planifiées ou déjà en construction à Regensdorf, Zoug, Winterthour et Zurich. Si cela est possible, c'est aussi grâce à des travaux de recherche menés depuis des décennies, comme ceux réalisés par le groupe d'Andrea Frangi avec le simulateur d'incendie. Les nouveaux produits de construction et les nouvelles technologies d'assemblage des éléments en bois permettent également de réaliser des constructions de plus en plus grandes et inhabituelles.
Avant 2004, seuls les bâtiments de deux étages à structure en bois étaient autorisés en Suisse. À partir de 2005, le seuil a été relevé à six étages et, depuis 2015, il n'y a plus de limite supérieure. «Les tours prévues sont sans aucun doute des projets phares», déclare Andrea Frangi. «Cependant, le bois s'est établi depuis longtemps comme matériau de construction pour les bâtiments de hauteur moyenne et il est attrayant en raison de son bon rapport qualité-prix, de sa durabilité et de sa sécurité.» Ce dernier point peut surprendre, mais alors que les poutres en acier peuvent se déformer et donc devenir instables en cas d'incendie, les constructions en bois peuvent conserver leur intégrité structurelle plus longtemps.
La capacité de charge d'une poutre en bois en cas d'incendie est fondamentalement déterminée par sa taille. Si la poutre brûle, à raison d'environ quatre centimètres par heure, le bois se transforme en charbon de bois sur les côtés exposés au feu. Les points faibles potentiels sont les éléments de liaison et les détails de construction. Afin d'élargir les applications potentielles de la construction moderne en bois, Andrea Frangi et son équipe souhaitent étudier de manière plus approfondie le comportement de combustion des éléments structurels en bois et des connexions 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 ce qu'une part encore plus importante de cette ressource renouvelable et économe en CO2 qu'est le bois soit utilisée comme matériau de construction», déclare Andrea Frangi.
