Résistance au feu des construction en bois massif : une responsabilité parta­gée

CASERNE 3 DE PONT-ROUGE © ALEXANDRE GUÉRIN

SIMON THIBAULT BELLAVANCE

ING., CONSEILLER TECHNIQUE, CECOBOIS

L’essor des constructions en bois massif au Québec amène à revisiter la répartition traditionnelle des responsabilités en matière de sécurité incendie. Alors que la résistance au feu a longtemps été considérée comme un domaine réservé à l’architecte, l’évolution des codes et des méthodes de calcul fait en sorte que l’ingénieur en structure est désormais appelé à jouer un rôle tout aussi déterminant. La conception d’un bâtiment en bois massif impose donc une collaboration étroite entre les disciplines, chacun devant assumer une part distincte de responsabilité.

Trois concepts fondamentaux

Ensemble, ces trois critères R (résistance mécanique), E (étanchéité), et I (isolation) définissent la performance au feu d’un élément de construction et servent de base à la classification des matériaux et des structures selon leur résistance au feu :

    • Résistance mécanique : aptitude d’un ensemble ou d’un élément structural à résister aux charges spécifiées pendant l’exposition à un feu donné.
    • Étanchéité : aptitude d’un élément séparatif d’un bâtiment à empêcher le passage des flammes et des gaz chauds et à éviter l’apparition de flammes du côté non exposé.
    • Isolation : aptitude d’un élément séparatif d’un bâtiment à limiter l’augmentation de température de la face non exposée en-dessous des niveaux spécifiés.

Dans la pratique, l’architecte assume généralement la responsabilité de l’intégrité et de l’isolation, en veillant à respecter les objectifs prescriptifs du Code relatifs aux séparations coupe-feu. C’est également à l’architecte que revient la tâche de déterminer, à partir des articles applicables du Code, le degré de résistance au feu (DRF) requis pour les différents éléments du bâtiment. Lorsque le DRF exigé est faible, l’architecte peut valider lui-même que les éléments structuraux respectent les exigences. En revanche, pour des DRF plus élevés, il revient à l’ingénieur en structure de démontrer la résistance mécanique, un exercice qui repose sur des calculs détaillés et spécialisés relevant de son expertise.

Degré de résistance au feu : LA responsabilité

Pour déterminer le DRF d’une composition en bois massif, il existe trois méthodes :

  1. L’article 3.1.4.6 dans le CNB-modifié Québec sur la construction en gros bois d’œuvre.
  2. L’annexe D dans le CNB-modifié Québec sur le comportement au feu des matériaux de construction.
  3. L’annexe B de la norme CSA O86 sur le calcul des charpentes en bois.

La première méthode, décrite à l’article 3.1.4.6 du CNB 2020 modifié Québec, repose sur la notion de « construction en gros bois d’œuvre ». Le Code reconnaît que des éléments de bois de grandes dimensions possèdent une résistance au feu intrinsèque. Ainsi, lorsqu’un DRF de 45 minutes est exigé, le respect des dimensions minimales prescrites au tableau suffit à assurer la conformité, sans qu’il soit nécessaire de réaliser des calculs supplémentaires. Cette méthode simple, mais limitée dans son champ d’application, requiert toutefois une bonne coordination entre architectes et ingénieurs pour garantir que la conception architecturale et le dimensionnement structural respectent ces exigences. Prendre note que le bois lamellé-croisé (CLT) n’est pas considéré dans l’article 3.1.4.6.

La seconde méthode, qui se trouve à l’annexe D du CNB-modifié Québec, est une approche semi-empirique/semi-calcul qui permet de déterminer le DRF d’un élément en fonction de paramètres simplifiés. L’article D-2.4 s’applique aux éléments en bois massif, tandis que l’article D-2.11 couvre le bois lamellé-collé. Bien que cette méthode ait été pensée pour être accessible aux architectes, elle repose souvent sur des données relatives aux charges et aux résistances que seul l’ingénieur détient, comme le ratio de sollicitation. En conséquence, sa mise en œuvre nécessite fréquemment la collaboration de l’ingénieur. Par ailleurs, même si l’Annexe D demeure valide, elle tend graduellement à être remplacée par l’annexe B de la norme CSA O86, qui propose une approche plus réaliste.

La troisième méthode, décrite à l’Annexe B de la norme CSA O86, relève exclusivement de l’ingénieur. Elle consiste à calculer la section efficace résiduelle d’un élément après une durée déterminée d’exposition au feu. Pour ce faire, on applique une vitesse de carbonisation de 0,65 millimètres par minute (soit environ 1,5 pouce par heure), à laquelle s’ajoute une épaisseur supplémentaire de 7 millimètres sous la couche carbonisée, car les fibres chauffées conservent peu de résistance mécanique. Lorsque l’élément est exposé sur plusieurs faces, une vitesse majorée de 0,70 ou 0,80 millimètres par minute est utilisée afin de tenir compte de l’effet de coin. La section résiduelle ne peut toutefois présenter de dimensions inférieures à 70 millimètres, condition minimale pour préserver l’intégrité structurale et l’isolation de l’élément. Dans la pratique, l’ingénieur procède d’abord au dimensionnement des éléments en conditions normales, puis refait l’analyse avec les dimensions réduites par la carbonisation avec divers coefficients de correction.

Caserne Pont-Rouge © ALEXANDRE GUÉRIN

Visite du chantier du KOS en compagnie de l'Institut de protection contre les incendies du Québec © Lauréan Tardif

Solutions pour augmenter le DRF

Il arrive que les calculs démontrent qu’un élément ou un assemblage ne peut atteindre le DRF exigé. Dans une telle situation, plusieurs stratégies sont possibles. La première consiste à augmenter les dimensions des éléments de bois de manière à prévoir une section sacrificielle destinée à carboniser. Une autre solution est d’appliquer une protection supplémentaire à l’aide de matériaux incombustibles comme le gypse. Une autre solution est de combiner ces deux stratégies, c’est-à-dire d’ajouter une section sacrificielle de bois en plus d’un panneau de gypse. La solution retenue dépendra des contraintes architecturales, budgétaires et réglementaires propres au projet.

Et le CBOME dans tout ça ?

Dans les constructions en bois massif encapsulé (CBOME), la coordination entre l’architecte et l’ingénieur doit être encore plus étroite. L’architecte demeure responsable de déterminer le DRF requis, mais il doit aussi établir le degré d’encapsulation (DE).

Pour un DE de 0 minute, où le bois est entièrement exposé, ou de 70 minutes, où il est complètement recouvert de gypse, la démarche est relativement directe et laisse peu de place à l’ambiguïté. En revanche, lorsqu’un DE de 50 minutes est requis, la coordination devient essentielle. L’architecte doit alors préciser quels éléments structuraux seront encapsulés dans le gypse et lesquels pourront rester exposés, en conformité avec les prescriptions du Code. Sur cette base, l’ingénieur pourra intégrer l’encapsulation dans ses calculs de DRF afin d’optimiser la dimension des sections en condition d’incendie.

La résistance au feu des constructions en bois massif repose donc sur un partage clair des responsabilités. L’architecte et l’ingénieur doivent déterminer les exigences réglementaires applicables. L’architecte s’assure ensuite de la conformité des séparations coupe-feu du point de vue de l’intégrité et de l’isolation. Avec un DRF de 45 minutes ou moins, l’architecte peut le valider en suivant l’approche empirique de l’article 3.1.4.6 du CNB. Avec un DRF au-delà de 45 minutes, l’ingénieur est chargé de vérifier que les éléments porteurs conservent la résistance mécanique requise pendant la durée prescrite, en recourant aux méthodes de calcul appropriées.

Pour en savoir plus sur le CBOME, consultez notre article sur la construction en bois massif encapsulé.

Figure 1. Couche de carbonisation Source : adaptée de CSA 0177