Désenfumage mécanique : la maîtrise des éléments

Système le plus abouti en matière d’évacuation des fumées, le désenfumage mécanique permet de gérer au plus près le débit de ces dernières tout en insufflant un air respirable. Mais la réussite de sa mise en œuvre dépend de l’alliance complexe de ses composants.

Désenfumer, c’est éliminer d’un sinistre le plus dangereux de ses éléments. Car si elles sont la cause principale des destructions structurelles lors de l’incendie, les flammes tuent beaucoup moins que les gaz et brouillards opaques qu’elles dégagent. Une personne ou un animal surpris dans un local en feu succombera d’abord à l’asphyxie bien avant d’être carbonisée. Sur cette réalité, les responsables des techniques de lutte anti-incendie se sont penchés depuis des lustres sur les manières les plus efficaces pour éliminer les fumées et autres dangerosités volatiles, que ce soit par des moyens naturels ou par des procédés mécaniques. Ces derniers paraissent évidemment les plus efficaces dans leur action, par la mise en œuvre de leurs moyens, mais ne peuvent pas s’installer dans n’importe quel bâtiment.

 

Les règlements de sécurité ont intégré en priorité les actions de désenfumage, avec pour objectif l’extraction rapide, dès le commencement de l’incendie, des gaz et fumées de combustion, dans le but de permettre l’évacuation des personnes. Elles auront d’autres effets tout aussi importants, comme l’aide à l’intervention des secours, ou la limitation de la propagation du feu. Le tout s’inscrivant bien évidemment dans des normes et règlements drastiques et nombreux, concernant les matériaux comme les matériels, les conditions de mise en œuvre comme les procédés. Car dans ce domaine, comme dans tous ceux qui de près ou de loin concernent la sécurité, les moyens et les techniques ne peuvent évidemment que répondre à des critères bien définis, dûment répertoriés, testés, et vérifiés.

 

Le désenfumage peut donc être naturel – résultat d’ouvrants, de courants d’airs, de cheminées permettant la circulation des fumées ou des gaz – ou mécanique, donc plus élaboré, avec l’aide de ventilateurs, de souffleries, de volets etc. On peut y ajouter une composante automatique, avec la mise en route de ses process par un déclencheur intégré dans des alarmes avec capteurs, le tout sous gestion informatique. Bref, les armes efficaces contre la fumée ou les gaz sont nombreuses, mais doivent être adaptées aux locaux défendus, à leurs spécificités, à leur emploi, avec une forte distinction dans tout ce qui concerne les ERP qui dépendent de règlements spéciaux. 

On distinguera quatre types de désenfumage : 

– les grands volumes et les locaux de dimensions moyennes  

– les circulations horizontales  

– les escaliers et la mise à l’abri des fumées  

– les compartiments 

 

On y répondra par quatre types de balayage des locaux suivant la nature des extractions et entrées d’air :  

– désenfumage naturel/naturel 

– désenfumage mécanique/naturel

– désenfumage naturel/mécanique

– désenfumage mécanique/mécanique.

Le bon choix

Le désenfumage mécanique répond à un besoin spécifique et s’applique à des types de locaux bien définis. Ainsi des constructions borgnes – sans fenêtres – ou de faible hauteur générant des circulations horizontales des flux aériens. On l’impose dans les ERP de type U comme les hôpitaux, mais ses applications sont multiples, en regard des sites qu’il protège, que ce soit dans des bâtiments publics, industriels, ou même des habitations particulières. Très schématiquement, le procédé va reposer sur la mise en place de ventilateurs agissant comme des aspirateurs allant dénicher la fumée à travers un réseau de gaines, pour la propulser à l’extérieur via différents ouvrants. Le tout se veut très réactif, avec l’évacuation rapide de gros débits de fumées et la possibilité d’intervenir sur la puissance des appareils qui influenceront la vitesse d’extraction. Chaque élément sera choisi en fonction des réalités locales, des débits nécessaires, de la configuration, du type et du classement de cette dernière, etc. On prendra en compte les caractéristiques électriques, les contraintes de positionnement des volets, les dimensions de ces derniers, les exigences aérauliques des pièces et couloirs, le tout résultant d’une étude poussée et la plus complète possible réalisée par des gens de métiers. L’architecte, les bureaux d’étude, les services de sécurité, les responsables ou propriétaires de l’endroit y participent, aux côtés de l’installateur, en appliquant à la lettre une réglementation aussi riche que variée.

 

Comme tout ce qui concerne la sécurité des Etablissements Recevant du Public, le désenfumage mécanique de ces derniers dépend de règles précises et de la mise en œuvre de moyens décrits dans différents textes. Tous les éléments composant le système doivent être exposés dans un avant-plan, englobant aussi bien les dispositifs de commande que les cheminements d’évacuation des fumées, les ouvertures, les réseaux aérauliques, la place des ventilateurs. De cette étude dépendra la future installation qui se fera selon des principes draconiens édictés dans l’arrêté du 22 mars 2004. Ainsi de l’alimentation électrique, mais aussi des dimensions des ouvrants, du désenfumage spécifique des escaliers, de la superficie des locaux, etc.

« Le marché est très vaste, explique David Chamfrault du bureau d’études Apsiad, à Vitrolles (13), que ce soit en matière de désenfumage naturel ou mécanique. Pour en avoir une idée, le second s’appliquant à partir du moment que le premier ne peut s’installer – lieux clos, parkings, etc. – il est difficile de faire la part des uns et des autres, mais on peut estimer à environ 20 % des installations incluant les systèmes mécaniques. Il est tout aussi difficile d’estimer les coûts et les chiffres commerciaux, car les tarifs varient en fonction de la taille, des besoins, des produits etc.. Les bureaux d’étude travaillent avec les architectes, les constructeurs, les installateurs, et toutes ces synergies interviennent aussi bien sur des bâtiments neufs en cours de construction, que sur des anciens connaissant des extensions ou des rénovations, ou des modernisations. Nous sommes sur un marché évolutif, avec des systèmes variables, manuels ou automatiques, autonomes ou pas, grands ou petits, etc. Ainsi le désenfumage mécanique peut être associé à des sprinklers, prenant le relais de ces derniers après leur déclenchement pour évacuer les fumées de l’extinction. Tout ceci pour vous donner une idée de ce secteur réunissant plusieurs professions occupées à élaborer, mettre en place, utiliser, des moyens variant d’un utilisateur à l’autre. »

 

On notera d’ailleurs l’apparition d’outils techniques permettant d’appréhender et de concevoir des systèmes complets de désenfumage mécanique, comme le logiciel informatique mis au point chez Aldès, (baptisé Concept Désenfumage) qui regroupe volets, ventilateurs, conduits, calculant au plus près les débits, et qui aboutit à une meilleure définition de l’installation en nombre de volets, tailles, référencement des autres accessoires, avec comme but ultime la ventilation la plus efficace possible.

Lois et contraintes

– Depuis le 31 août 2005, tous les ventilateurs de désenfumage doivent être marqués CE et bénéficier des certificats de conformité européens 

NF EN 12101-3.

– Normes européennes relatives aux clapets, volets, ventilateurs 

en matière de résistance au feu : 

Pr NF EN 13501 – 3  et Pr NF EN 13501 – 4 

– Arrêté du 22  mars 2004 relatif à la résistance au feu des éléments de construction (abrogation de l’arrêté du 3  août 1999). Ce même arrêté définit le désenfumage des établissements recevant du public (ERP) 

dans ses articles DF2  à DF10.

– Arrêté du 21 avril 1983 définissant les trois degrés de résistance au feu, ST-PF-CF

– Classement du 3  juin 1983 de l’inflammabilité des matériaux en cinq catégories : M0  à M4.

– Classement du 31  janvier 1986 (modifié) des locaux d’habitation tenant compte du nombre de niveaux et des conditions d’accessibilité des secours. (quatre familles classées de l’habitat individuel aux immeubles à grande hauteur).

– Arrêté du 25  juin 1980 (modifié) relatif aux ERP classant ces derniers par groupes et catégories, types et spécificités.

– Arrêté du 14  février 2000 sur la non-propagation des feux et fumées 

par les installations de ventilation.

– Arrêté du 9  mai 2006 relatif aux parcs de stationnement couverts des ERP

– Règles d’exécution du désenfumage IT 246 (arrêté du 22  mars 2004)

– Instructions techniques n° 246 – mise à l’abri des fumées –, n° 263 – désenfumage des volumes dans les ERP.

– Circulaire du 7  juin 1974 relative au désenfumage dans les IGH

– Code du travail français, articles de la série R235

– Normes de la série NF S 61-93x

Matériaux et techniques

> Les ouvrants

Base première du désenfumage naturel, les ouvrants sont également une composante majeure du mécanique : il faut apporter de l’air au système, et rejeter les fumées à l’extérieur, ce qui inclut de facto des ouvertures. Mais comme l’indique le nom, ces ouvrants sont manœuvrables mécaniquement, pouvant être actionnés manuellement, automatiquement, électriquement, en fonction du modèle choisi. Produits apparemment basiques, ces volets, clapets ou autres n’en dépendant pas moins de normes, régissant leurs tailles, leur matière, leur disposition, leur nombre, et autres paramètres.

 

La puissance des débits est ici primordiale, celui du soufflage d’air frais devant toujours être inférieur au débit d’extraction afin de ne pas faire migrer les fumées dans des directions autres que celles de l’évacuation, et de ne pas mettre le local concerné en surpression. Chez Aldès, spécialiste de l’aéraulique, un des leaders du marché, Marcel Frering, responsable commercial, détaille les diversités des éléments en la matière : « Volets à portillon, volets tunnels, volets de transferts, tout cela représente environ 60 000 unités vendues en France chaque année, dont la moitié peut nous être imputée. Nos parts de marché sont boostées par une législation nationale, la seule du genre, qui impose le désenfumage des couloirs, ce qui fait que les ouvrants ou exutoires se retrouvent donc partout : habitat, tertiaire, ERP, hôtels, maisons de retraite, hôpitaux, etc. Nous proposons aussi des systèmes clés en mains, car nous produisons aussi des ventilateurs et autres accessoires de désenfumage, mais on peut estimer le seul marché des volets sur le territoire à plus de 30  M€ annuels. »

 

Chez Hexadome, à Luyne (Indre-et-Loire), on fabrique plus de 40 000 lanterneaux et exutoires destinés aussi bien au désenfumage qu’à l’éclairage. On parle aussi environnement, puisque l’air naturel en est une composante inévitable, avec la mise au point de la ligne « Climatdome » estimant que l’on peut tout aussi bien désenfumer que préserver par des matériaux écologiques plus isolants et plus lumineux.

Les conduits

Elément indispensable de tout système de désenfumage, le conduit de ventilation s’intègre dans tous les bâtiments existants, quel que soit son classement, des ERP aux IGH en passant par les constructions industrielles les plus diverses. Son rôle est primordial, puisqu’il permet d’évacuer les gaz et fumées vers l’extérieur, et de véhiculer dans l’autre sens un air frais et respirable. Les matériaux le composant doivent pour autant être capables de résister non seulement au feu, mais aussi à des événements imprévus comme les secousses sismiques ou les vibrations quotidiennes subies en certains lieux (aéroports, parkings souterrains, etc.).

 

Les conduits d’amenée d’air et d’extraction doivent répondre dans le choix du désenfumage mécanique à des caractéristiques précises parfaitement décrites dans les différents textes. Leur implantation est régie par les mêmes principes et les mêmes règlements. Chez Promat, chef de file dans la fabrication et la commercialisation des plaques et isolants projetés haute performance, on propose des conduits de ventilation et de désenfumage réalisés dans des plaques silicocalcaires baptisées « Promatec-L500 » testées selon les normes européennes. Capables de répondre aux exigences les plus sévères en leur domaine (classe C), elles sont le fruit d’essais menés dans la classe d’étanchéité à froid, (norme NF/EN 1507) et peuvent se compléter d’un doublage de plaque de plâtre ou laine de verre destiné à limiter les bruits ou à apporter un confort acoustique. Pouvant être installées selon un montage vertical ou horizontal, elles sont simples à poser, techniquement sans défauts, et présentent d’excellentes performances notamment en matière de résistance aux pressions-dépressions, à froid comme à chaud. Elles sont l’élément majeur de tout le système de conduits mis au point par l’enseigne, qui garantit un montage aux avantages sécuritaires multiples.

 

« Le matériau le plus efficace est le silicate de calcium, révèle Hélène Paillard, un des intervenants les plus pointus du secteur. Ses propriétés de résistance au feu sont optimales, et nous œuvrons sans cesse à la mise au point de nouveaux alliages ou produits. Dans le désenfumage, nous travaillons avec des partenaires, qui ont chacun leur propre spécialité, mais nous évoluons également en solitaires en matière de conduits, qui sont un des trois éléments majeurs du domaine. »

Les ventilateurs 

Depuis le 31  août 2005, il n’est plus question de mettre en place un ventilateur qui n’aurait pas obtenu le marquage CE. Cette obligation a pour conséquences administratives l’annulation des procès-verbaux antérieurs datant de l’arrêté du 22 mars 2004, désormais remplacés par des certificats de conformité à la norme européenne NF EN 12101-3. Mais au-delà de cette contrainte, qui ne concerne plus que les matériels mis en place à cette époque, les ventilateurs des années présentes affichent bien évidemment les marquages et signes distinctifs en relation avec la réglementation.

 

En fait, ces engins agissent comme de gros aspirateurs, capables d’aller chercher en tout endroit via un réseau de gainage les fumées et gaz pour les extraire. La puissance est leur première qualité, liée à leur réactivité, afin d’évacuer au plus vite la plus grosse quantité et faire face aux plus gros débits. On notera avec intérêt que le désenfumage mécanique est indépendant des conditions climatiques extérieures, (vent, température…) et que la puissance du ventilateur sera proportionnelle à la vitesse d’évacuation. Afin de garantir des bons débits aux volets, il faudra sélectionner l’appareil en tenant compte de son type, de son modèle, des caractéristiques électriques le tout en relation avec le genre et l’importance du bâtiment à protéger. On retiendra également quelques obligations de puissance : les ventilateurs d’extraction doivent être capables d’assurer leur fonction durant une heure avec des fumées à 400 °C, un procès verbal d’essai établi par un laboratoire agréé devant en faire la preuve. La liaison entre l’engin et le conduit doit être faite de matériau incombustible. L’alimentation électrique doit être sécurisée dans le cadre des normes prévues dans les textes dédiés.

 

Les installateurs proposent depuis plusieurs années des coffrets de relayage, livrés et posés avec le ventilateur s’y rattachant. Ils ont remplacé au fil du temps les premiers interrupteurs de proximité, puis les dépressostats et sont, comme tous les éléments de l’ensemble assurant le désenfumage, soumis à plusieurs obligations. Avec le ventilateur, ils sont testés sous 400 °C selon la norme NF EN 12101-3  par un laboratoire agréé pour le marquage CE, et doivent bénéficier d’un certificat de conformité.

Les parkings et leurs obligations

Les parcs de stationnement couverts des ERP doivent obligatoirement être équipés d’un système de désenfumage mécanique. Du moins pour tout autre niveau que le niveau de référence, et on peut utiliser le désenfumage naturel sous certaines conditions. On comprendra qu’il n’est pas souvent facile d’aérer des constructions souterraines, et que l’air doit y être introduit par des moyens adaptés. Mais les débits d’extraction dépendent de normes : 900 m³/h minima par véhicule (sauf présence de sprinklers), les débits d’amenée d’air correspondre au débit extrait X 0,75, les ventilateurs de type F400/120 et les ventilateurs placés à plus de trois mètres des véhicules.

Les parcs inclus dans les immeubles d’habitation (+ de 100 m² et moins de 250 véhicules) sont sous des contraintes presque identiques. (Arrêté du 31 janvier 1986).

Comment ça marche ?

Les installations diffèrent certes en regard des lieux protégés, de leur importance, de leur vocation, de leur architecture. Très sommairement, un centralisateur de mise en sécurité incendie (CMSI) agit sur un système composé de tourelles et de volets destinés à éjecter la fumée ou et les gaz et à faire entrer de l’air frais, animés par un ventilateur, réunis par des conduits, aidés éventuellement par des ouvrants. Il s’agit de mettre en action un courant d’air, qui par sa poussée va provoquer l’évacuation, tout en maîtrisant parfaitement ses flux. Le centralisateur agit sur l’ouverture des volets jusque-là fermés, et via le coffret de relayage, sur la mise en route du ventilateur. En résumé, l’extraction des fumées est réalisée par des bouches raccordées au moyen de conduits à un ventilateur d’extraction.

 

Si dans le cas du désenfumage naturel, les amenées d’air sont réalisées par des ouvrants en façade, des portes à désenfumer, des escaliers, le procédé mécanique fait entrer l’air par des conduits qui le dirigent vers le ventilateur de soufflage.

 

Le tout doit bien entendu répondre aux besoins de l’installation, qu’ils soient structurels ou réglementaires. On parlera donc dimensionnement, mais aussi résistance au feu des éléments composant le système, conduits et volets, planchers et niveaux bas et haut, catégories de l’ERP. On réfléchira aux cas particuliers, issus de la structure des bâtiments eux-mêmes ou de leur originalité, présentant autant de différences que de formes. Les immeubles de grande hauteur (IGH) sont sous la coupe de plusieurs règlements, et peuvent bénéficier de solutions multiples, soufflages divers, extraction par surpression, comme les atriums, (terme générique désignant un volume libre intérieur sur plusieurs nivaux). Ceux-ci utilisent souvent pour leur désenfumage un mariage des deux principes – naturel et mécanique – le premier dans l’atrium lui-même, le second dans les locaux y attenant.

Les particularités et évidences 

– Les parkings couverts doivent être systématiquement désenfumés

– Le code du travail exige le désenfumage de certains locaux professionnels, généralement de plus de 300 m²

– Le désenfumage mécanique ne doit jamais être utilisé pour désenfumer un escalier car il pourrait avoir pour effet pernicieux de favoriser la propagation des fumées dans ses parties hautes, rendant ainsi impossible son utilisation lors de l’évacuation.

– Les prises extérieures d’air neuf doivent être situées dans une zone non susceptible d’être enfumée.

– L’air frais doit toujours entrer dans les parties basses du local à désenfumer.

– On ne mélange jamais dans un même local les amenées d’air naturel et mécanique, car il pourrait se créer des flux préférentiels rendant inefficace le désenfumage.

– Le rapport de la plus grande à la plus petite dimension d’une bouche doit être inférieur ou égal à 2.