Le bois, un matériau de construction sûr : la preuve par le feu

La construction en bois connaît un renouveau en Suisse. Les chercheurs de l’ETH au campus de Hönggerberg utilisent un simulateur d’incendie pour tester les composants en bois destinés à la construction d’édifices de toutes tailles. Le four sur mesure permet de simuler des scénarios d’incendie réalistes.

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

L’acquisition la plus récente de l’Institut de génie structurel du Département de génie civil, environnemental et géomatique de l’ETH Zurich a pour but de montrer comment les structures en bois se comportent dans différents scénarios d’incendie. Les connaissances acquises à partir de cela aideront à étendre les applications potentielles du bois comme matériau de construction sûr et durable.

Simuler précisément les scénarios d’incendie

Le four, développé spécialement pour les simulations d’incendie, coûte environ 2,5 millions de CHF, incluant les mesures de rénovation du bâtiment. Il a l’air robuste et est logé dans le bâtiment de chauffage du campus de Hönggerberg. Il se compose d’un cube en métal renforcé par des poutres en acier avec une chambre de combustion d’un mètre de hauteur, un mètre de largeur et presque 1,7 mètres de longueur.

Le simulateur d’incendie est contrôlé par dix brûleurs à gaz attachés en deux moitiés égales sur les deux longs côtés. Ils peuvent chauffer le four jusqu’à plus de 1 400 degrés Celsius. Les tests sont enregistrés par 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 une précision de trois degrés et faire de même avec l’oxygène dans le four, » explique Andrea Frangi. Les composants en bois et les autres matériaux de construction courants peuvent également être soumis à une charge allant jusqu’à 50 tonnes pendant le test. Le professeur de structures en bois a initié l’acquisition du simulateur d’incendie et a participé à la détermination de ses spécifications. « Le four nous permet de simuler divers 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 gratte-ciel en bois allant de 75 à 108 mètres de hauteur sont actuellement en projet ou déjà en construction à Regensdorf, Zug, Winterthur et Zurich. Le fait que cela soit possible est également dû à des travaux de recherche qui s’étalent sur plusieurs décennies, comme ceux menés par le groupe de Frangi avec le simulateur d’incendie. De nouveaux produits de construction et des technologies pour connecter les 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. A partir de 2005, le seuil a été relevé à six étages, et depuis 2015, il n’y a plus vraiment de limite supérieure.

« Les gratte-ciel prévus sont sans aucun doute des projets phares, » indique Andrea Frangi. « Cependant, le bois s’est depuis longtemps établi comme matériau de construction pour des bâtiments de hauteur moyenne et est attractif 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, environ quatre centimètres par heure sont convertis du bois en charbon sur les côtés exposés au feu. Les points faibles potentiels sont les éléments de connexion et les détails de construction.

Pour étendre les applications potentielles de la construction moderne en bois, Andrea Frangi et son équipe souhaitent étudier davantage le comportement de combustion des éléments structuraux en bois et des connexions dans des conditions réalistes.

« Le secteur de la construction cause une grande part des émissions nocives pour le climat. Avec nos recherches, nous pouvons aider à faire en sorte que encore plus de la ressource renouvelable et économisatrice de CO2 qu’est le bois soit utilisée comme matériau de construction, » a conclu Andrea Frangi.