Brevet FR2606651A1 — publié le 19880520

PROCEDE D'INHIBITION DE L'EXTENSION D'UN INCENDIE ET DE PROTECTION CONTRE LES EFFETS D'UN INCENDIE DANS DES BATIMENTS EN FEU L'invention a pour objet un procédé d'inhibition de l'extension d'un incendie et de protection contre les effets du feu dans des bâtiments en feu permettant, pendant un incen- die, de ralentir l'extension du feu et d'éviter la détériora- tion rapide de la résistance des parties construites et donc l'effondrement du bâtiment. On sait que dans les bâtiments en feu, la rapide exten- sion de l'incendie, notamment à travers les portes, et la diminution rapide de la résistance mécanique des différents éléments porteurs de la construction, piliers en acier, pou- tres, constructions mécaniques, colonnes, etc. occasionnent les dommages les plus fréquents et les plus lourds depuis le moment o l'incendie éclate jusqu'à celui o on commence à lutter contre lui. Il est surtout nécessaire, pour diminuer les dommages, d'obtenir les meilleures caractéristiques possibles d'isola- tion thermique de façon à inhiber de façon aussi efficace que possible la transmission de la chaleur vers les parties du bâtiment à protéger. Sous l'angle de la protection contre l'incendie, les matériaux inhibiteurs jouent un double rôle: - Les matériaux inhibiteurs formant des couches de protec- tion contre l'incendie dans des éléments de construc- tion, par exemple des cloisons fixes et mobiles, des faux toits, etc., ralentissent la transmission de la chaleur à travers ces éléments et ainsi l'extension du feu dans le bâtiment grâce à leur capacité d'isolation thermique. - recouvrir la surface d'éléments de construction et d'é- quipements de bâtiments pour éviter que ces éléments et équipements ne perdent leur aptitude fonctionnelle du fait d'un chauffage intense; ils ralentissent, également à cause de leur capacité d'isolation thermique, le chauffage intense de ces constructions. Cette protection est d'une grande importance dans le cas d'éléments porteurs du bâtiment, par exemple piliers, poutres et pannes, qui pourraient perdre leur résistance statique et leur capacité de charge à certaines températures. Ces dernières années, ont été décrites plusieurs solu- tions tendant à diminuer les dommages occasionnés par les incendies. L'une de ces solutions est entre autres décrite dans le brevet hongrois n 165 720. Dans ce brevet, du sili- cate dicalcique, du silicate de sodium, un mélange contenant du silicate de sodium, un agent d'expansion, un ciment expansé réalisé à partir d'une suspension contenant de l'alun de chrome et de l'oxyde d'alumine, peuvent être utilisés contre l'extension d'un incendie. Le béton expansé ainsi décrit peut être utilisé de façon remarquablement avantageuse comme matériau de plaquage en métallurgie; à cause de sa résistance à la chaleur cependant son usage ne s'est pas répandu dans l'industrie de la construc- tion car ses qualités d'isolation thermique sont faibles et en cas d'incendie, il ne protège les constructions en acier contre la chaleur que pendant une période de temps relative- ment courte, c'est-à-dire que pendant quelques minutes. En- suite, sa résistance diminue rapidement sous l'effet de la chaleur. Le plâtrage protecteur décrit dans le brevet hongrois n0 163 497 présente des inconvénients semblables: ce plâtrage est constitué de matériaux minéraux: sable, roche broyée et/ou minerai ainsi que d'un liant organique, dispersion de latex, de matière plastique, d'asphalte ou de résine, dans un solvant aqueux ou organique. Des matériaux présentant de bonnes caractéristiques d'isolation thermique, par exemple chamotte, amiante, laine de roche, laine de verre, perlite, kieselguhr, etc. imprégnés dans certains cas de silicate de soude sont utilisés pour inhiber l'extension d'un incendie. De même, des revêtements connus à base de peinture expansible appliqués à la surface des éléments de construction à protéger et qui contiennent également divers agents d'extension minéraux, parmi lesquels de 10 à 15% d'argile, servent aux mêmes fins. L'effet protecteur de ces matériaux inhibiteurs d'incen- die ne subsiste que pendant une courte période de temps. Du point de vue de l'efficacité de la lutte contre le feu et de la réduction des dommages occasionnés aux personnes et aux biens, l'intervalle de temps pendant lequel est garanti un effet protecteur présente une importance essentielle. Etant donné que l'épaisseur des couches isolantes est limitée dans les constructions, il faut considérer comme un progrès technique l'utilisation de tous matériaux qui, pour une épaisseur égale de la couche, donnent un effet protecteur contre le feu pendant une période de temps plus longue que celle des matériaux utilisés jusqu'à maintenant. Considérant la nature de leur effet, les matériaux ignifuges classiques ne peuvent être appliqués que dans la mesure o ils entourent la totalité des éléments de construc- tion à protéger lorsque cette protection est destinée à éviter le chauffage extrême de ces éléments de construction et les empêcher de dépasser une température critique. On peut par conséquent considérer comme un progrès technique que ces matériaux soient introduits dans des canaux pratiqués dans les éléments de construction à protéger, ces canaux étant déjà existants ou étant pratiqués pour exercer également un effet protecteur contre l'incendie du fait d'un autre mode d'action. Ces matériaux ignifuges peuvent garantir une protection plus efficace des éléments de maintien et de suspension utili- sés dans les bâtiments et qui ne pourraient pas être obtenus de façon satisfaisante à l'aide de matériaux isolants classi- ques pour des raisons de respect des normes de construction. En général, l'effet protecteur des éléments de lutte contre le feu était limité du fait que cette capacité de résistance était rapidement détériorée par le chauffage relativement rapide et pratiquement incontrôlé des moyens assurant cet effet. Dans la recherche de matériaux présentant des caracté- ristiques d'absorption de la chaleur en vue de réduire le chauffage des éléments de support, des expériences ont été réalisées à l'aide de différents sels hydratés comportant de l'eau dans leur structure cristalline. Parmi ces sels hydra- tés, on peut entre autres citer le sel de Glauber (le sulfate de sodium) et le chlorure de calcium. Ces matériaux présentent diverses caractéristiques plutôt désavantageuses qui rendent impossible leur utilisation pratique. Ces caractéristiques sont les suivantes: lorsqu'ils sont exposés à un incendie à une température élevée, les sels anhydres peuvent chimiquement attaquer le matériau de construction à protéger, - des gaz toxiques peuvent se former lors de leur décompo- sition thermique, - en raison de leurs caractéristiques hygroscopiques, ils peuvent occasionner ou accélérer la corrosion des élé- ments de protection contre l'incendie, - leurs effets de protection contre le feu diminuent avec le temps lors de leur déshydratation, - leur volume et leur structure se modifient pendant la déshydratation, - leur capacité d'isolation thermique est plutôt faible. Des expériences ont été réalisées à partir d'adsorbants à base d'oxyde de silicium hydrophile et d'alumino-silicate, notamment à partir de zéolite de types A, P et X. Au cours de ces expériences on dispose un matériau isolant à base d'a- miante à l'extérieur d'une cornue de quartz et un creuset contenant les matériaux ignifuges à tester est placé à l'inté- rieur de cette cornue. On chauffe la cornue à 620 C, et simul- tanément, on mesure la température au milieu du creuset et au bord de celui-ci en fonction du temps. Les températures mesu- rées sur les bords présentent des élévations égales pour des intervalles de temps égaux dans chaque expérience tandis que la tendance de l'élévation de la température au milieu de l'espace intérieure dépend de la capacité d'isolation ther- mique et d'absorption thermique du matériau à examiner. On constate que les caractéristiques des courbes de température des zéolites déshydratées sont identiques. On ne constate pas non plus de différences mesurables entre la kaolinite et la métakaolinite. Au contraire, lorsque l'on effectue des tests sur des zéolites, la température n'atteint une certaine valeur qu'après une période de temps sensiblement plus longue. Le retard à l'élévation de température apparaît dans un inter- valle de températures de 100 à 350 C. On répète également les mesures en plaçant un creuset vide dans la cornue chauffée à 620 C. L'espace extérieur est rempli du matériau à examiner (ambiante, zéolite A déshydratée ou hydratée). L'échantillon de zéolite contrôlé est constitué de grains de 0,5 à 1,5 mm, et il ne contient aucun liant. Les courbes de température montrent que la capacité d'isolation thermique de la zéolite A déshydratée est légèrement supérieu- re à celle de l'amiante, tandis que la zéolite A hydratée présente un retard sensiblement plus élevé à l'élévation de température à cause de sa capacité d'isolation thermique et de sa capacité d'absorption thermique qui agissent simultanément. Sur la base de ces mesures et expériences, on admet que l'efficacité de protection contre un incendie d'un absorbant hydrophile donné est décidément définie par sa capacité d'ad- sorption d'eau et sa chaleur de désorption d'eau. En consé- quence, et bien que théoriquement, n'importe quel absorbant hydrophile incombustible convienne plus ou moins à cette fin, seules quelques zéolites présentant la capacité la plus élevée d'adsorption d'eau garantissent le meilleur effet protecteur et d'inhibition contre l'incendie, ceci est notamment le cas par exemple de la zéolite X à structure de faujasite, de la zéolite A et de la zéolite P. Les teneurs en eau de ces zéo- lites s'élèvent respectivement à environ 24%, 22% et 20% à sec. En considérant un poids par unité de volume d'environ 1 kg/dmn de zéolite convenable et que la chaleur moyenne de désorption de l'eau par la zéolite représente environ une fois et demie la chaleur de condensation, la déshydratation des trois zéolites synthétiques énumérées ci-dessus consomme Z606651 respectivement 812, 744 et 677 kJ.dm1, ce qui représente la quantité d'énergie nécessaire pour évaporer une quantité d'eau équivalent à 36, 33 et 30% du volume, respectivement. Au cours de la déshydratation, il se forme de la vapeur que l'on peut utiliser pour empêcher la propagation de la fumée et des gaz effluents et son volume à 100 C représente respectivement 420, 380 et 340 fois le volume de la zéolite X, A et P. Sur la base de cette constatation, on peut inhiber l'extension d'un incendie dans des bâtiments en feu et dimi- nuer l'effet du feu en appliquant un matériau isolant ther- mique à la surface d'éléments de construction mobiles et fixes d'un bâtiment, en appliquant des matériaux isolants thermiques à la surface des joints existants entre les parties fixes et mobiles d'un bâtiment et en utilisant comme absorbant calori- fique, un adsorbant hydrophile à base d'oxyde de silicium et/ou d'aluminosilicate, notamment une zéolite synthétique A, X ou P comme matériau isolant thermique. On peut améliorer l'efficacité de l'absorbant thermique en pratiquant au moins un canal dans ou à partir de l'élément mobile et/ou fixe de construction et en remplissant ce canal d'un adsorbant présentant d'importantes caractéristiques d'adsorption thermiques. On peut avantageusement minimiser la propagation de la fumée produite par un incendie en pratiquant des orifices sur les parois des canaux et en faisant passer la vapeur s'échap- pant de l'adsorbant dans les fentes existant entre les élé- ments de construction de ce bâtiment. Les éléments de construction, notamment les éléments de construction en bois, tels que par exemple les éléments de la ferme, les pannes et les chevrons du toit, peuvent être pro- tégés avec la plus grande efficacité en appliquant par pulvé- risation sur ces éléments de construction un liant à base d'époxy auquel est mélangé l'adsorbant. La protection de grandes surfaces dépassant la dimension d'une porte, par exemple des cloisons, peut se réaliser de la façon la plus avantageuse en moulant des barreaux de l'adsor- bant associé à des liants conventionnels et en fixant ces barreaux par collage sur les surfaces à protéger. Le procédé selon la présente invention sera expliqué plus en détail en se référant aux exemples suivants et au dessin joint, dessin dans lequel: la figure 1 représente un mode de construction d'un élément mobile d'un bâtiment, une porte, et - les figures 2 et 3 représentent des coupes A et B de la porte de la figure 1 indiquant comme les canaux sont disposés dans cette porte. Exemple 1 Sur les figures 1 et 2, un encadrement de porte 2 entou- rant le panneau 1 d'une porte est incorporé dans un mur 4. Cet encadrement de porte 2 est formé à partir d'une feuille d'a- cier 11 pliée en forme de "U". Ce profilé en forme de "U" est fermé par une feuille 8 sur son côté opposé à ce mur 4 et le canal ainsi formé est rempli d'un matériau 5 absorbant la chaleur, dans le présent cas, de la zéolite X granulée. Sur la surface extérieure du panneau 1 de la porte est appliqué un mélange de liant à base d'époxyde et de poudre de zéolite par pulvérisation pour former une couche 10 absorbant la chaleur. L'espace existant entre les revêtements 9 en feuille d'acier du panneau 1 de la porte est rempli d'une couche isolante 3 connue en soi, dans le cas présent de l'isolite. Le même type de couche est également appliqué par pulvérisation sur l'enca- drement 2 de la porte aussi bien que sur la face extérieure du mur 4. Des barreaux lOb isolants thermiques sont fixés par collage sur la face intérieure du mur 4. Les barreaux sont obtenus par moulage d'un mortier contenant un mélange broyé de zéolite A absorbant la chaleur et de ciment. Le long d'une fente 7 existant entre l'encadrement 2 de la porte et le panneau 1 de la porte, des trous sont pratiqués dans l'encadrement 2 rempli de zéolite et cela permet la formation de conduits 6. ExemDle 2 Une partie de la porte à tester décrite dans l'exemple 1, à savoir sa partie droite, est conçue selon la figure 3 et l'intérieur de l'encadrement 2 de la porte ainsi que la porte elle-même contiennent respectivement des canaux 11 formés par pliage de feuilles d'acier. Dans ces canaux, sont pratiqués des trous formant des conduits 6 vers l'espace intérieur entre l'encadrement de la porte et le panneau de la porte. Ces parties creuses sont remplis de morceaux de zéolite P hydro- phile. Les positions des feuilles d'acier 11 constituant les canaux sont fixées par des attaches réfractaires 12. Lors d'une exposition à un incendie, les portes construi- tes comme décrites dans les deux exemples ci-dessus ne présen- tent une caractéristique d'isolation thermique que jusqu'à une température de 100 C. Si la température s'élève à environ 300 C, l'eau adsorbée dans la structure cristalline de la zéolite introduite dans les canaux s'échappe sous la forme de vapeur et la majeure partie de la chaleur est alors adsorbée par la zéolite. Le même effet s'exerce avec les couches 10a de zéolite adsorbant la chaleur exercée sur le panneau 1 de la porte et sur l'encadrement 2 de la porte ainsi que par les barreaux de zéolite lO0b collés sur le mur 4. La capacité d'absorption thermique de la zéolite empêche l'extension du feu et il faut à peu près le double de temps pour occasionner au bâtiment les mêmes dommages que dans le cas o l'on n'emploie pas de zéo- lite. Une lutte contre le feu entreprise pendant cette période peut considérablement diminuer les pertes occasionnées par l'incendie. Exemple 3 On construit une poutre en béton armé de 2 m de long et cm de diamètre comportant un canal de 20 cm de diamètre que l'on remplit de zéolite P. On peut préparer la zéolite P de façon très simple et en partant de matériaux bon marché ou à partir de déchets présen- tant une composition convenable bien qu'une synthèse indus- trielle à grande échelle n'ait pas encore été tentée jusqu'à maintenant. Ceci peut s'expliquer par le fait que sa structure cristalline s'effondre lors de la déshydratation nécessaire pour son application comme absorbant. Au contraire, lorsque l'on utilise la zéolite P comme matériau ignifuge, l'instabi- lité thermique de sa structure apporte un avantage certain puisque l'effondrement du réseau cristallin représente un processus endothermique. Il est donc réellement avantageux que le matériau ainsi obtenu formé de zéolites A ou X puisse être utilisé directement comme matériau ignifuge puisque l'utilisa- tion des zéolites à cette fin ne nécessite ni un poids homo- gène ni une forme définie. Lorsque l'on chauffe cette poutre à 300 C, on observe que la température de 300 C est atteinte à l'intérieur de la poutre beaucoup plus tard que lorsque l'on applique le même chauffage à une poutre massive. Exemple 4 Des éléments de toit, des poutres en bois, des chevrons de toiture à tester sont partiellement revêtus d'une couche pulvérisée constituée d'un matériau à base de zéolite A et d'un matériau de liaison à base d'époxy. Après séchage de cette couche, on met le feu à cette structure de toit et on observe qu'après environ 5 minutes, les poutres et chevrons non traités prennent feu et que les chevrons s'effondrent sous l'effet de leur propre poids en 8 minutes environ, tandis que la structure constituée de poutres et de chevrons revêtus d'une couche de zéolite ne s'effondre qu'après un laps de temps de 17 minutes. Comme ces exemples le montrent clairement, l'utilisation d'oxyde de silicium hydrophile ou d'adsorbants à base d'alumino- silicate, notamment de n'importe quelles zéolites au sens de la présente invention, comme matériaux ignifuges, représente des solutions entièrement différentes de celles de l'art antérieur tant au plan de la structure que du mode d'action. Les matériaux ignifuges selon l'invention garantissent une protection convenable au cours d'un incendie pendant une période de temps sensiblement plus longue que les matériaux igr.nifuges classiques utilisés jusqu'à maintenant. Les matériaux ignifuges selon la présente invention exercent leur effet protecteur même s'ils sont situés à l'intérieur des éléments de construction. Par conséquent, au contraire des matériaux ignifuges utilisés jusqu'à maintenant, on peut les utiliser également dans des cas o, pour des raisons de construction, la surface extérieure des éléments de construction à protéger ne peut pas du tout ou ne peut être qu'insuffisamment revêtue par des matériaux isolants thermiques. Les bonnes caractéristiques d'isolation thermique des adsorbants à base d'oxyde de silicium ou d'alumino-silicate adoptés selon la présente invention conduisent également aux effets procurés par les inhibiteurs d'incendie classiques. En plus de cela, dans un intervalle de températures compris généralement entre 80 et 350 C, en fonction de la nature et de la pression de vapeur d'eau de l'atmosphère environnante, il se déroule également un processus d'absorption de la chaleur. En fait, l'eau adsorbée à l'intérieur de la structure poreuse des adsorbants ou des cristaux de zéolite est alors désorbée sous forme de vapeur. Etant donné le caractère endothermique de ce processus, la majeure partie de l'énergie calorifique pénétrant dans la couche d'adsorbant ignifuge n'augmentera pas la température de ce matériau, tout au moins pendant le pro- cessus de désorption, ce qui s'identifie donc à une forte élévation temporaire de la capacité d'isolation thermique du matériau. A cause de ce phénomène, au cours d'un incendie, la température des structures porteuses à protéger et des élé- ments de construction réduisant la propagation du feu, notam- ment du côté non exposé directement à l'effet de l'incendie, va augmenter de façon notablement plus lente au cours du temps dans un intervalle de températures atteignant jusqu'à 350 C. Au sens de l'invention, les adsorbants hydrophiles, notamment les zéolites, sont également utilisés à l'intérieur des élé- ments de construction du bâtiment et, pour des raisons théori- ques, ceci est inapplicable pour des matériaux ignifuges qui ne présentent que des caractéristiques d'isolant thermique. Le réseau cristallin de quelques zéolites à structure cristalline cubique est sujet à s'effondrer dans un intervalle de températures pouvant atteindre 350 C, cet intervalle étant important pour la protection contre l'incendie et ceci étnat lié à une absorption de chaleur. Ce processus irréversible d'absorption de chaleur amplifie les caractéristiques avanta- geuses de la zéolite comme agents de protection contre l'in- cendie. il Au cours de l'incendie, la déshydratation induite de l'adsorbant, disposé dans des éléments de construction de bâtiment, destinée à empêcher la propagation de l'incendie dégage une quantité considérable de vapeur qui passe dans les espaces vides des cloisons et agit contre les gaz et la fumée produites par l'incendie de sorte que ces gaz et ces fumées ne peuvent donc pas s'introduire dans des parties du bâtiment qui n'ont pas encore pris feu. Les matériaux ignifuges selon l'invention procurent une protection en cas d'incendie non seulement contre l'effet de la chaleur, mais également contre les produits gazeux de la combustion dont la propagation est retardée. L'incorporation d'adsorbant saturé d'eau absorbée se résout facilement du point de vue technique et on peut l'adap- ter de diverses façons convenant le mieux à une application donnée. L'eau liée aux adsorbants à base d'oxyde de silicium et d'alumino-silicate et la matrice porteuse elle-même peuvent être considérées comme entièrement neutres et donc n'occasion- ner aucune corrosion. Aux températures ambiantes habituelles inférieures à 60 C, le système comprenant de l'eau adsorbée peut être stocké pendant des périodes de temps illimitées sans perdre de son efficacité de protection contre l'incendie. En cas d'incendie, à des températures plus élevées, il n'y a dégagement ni de produits chimiquement agressifs susceptibles d'attaquer les matériaux de construction, ni de produits gazeux toxiques. REVENDICATIONS 1.- Procédé d'inhibition de l'extension d'un incendie dans des bâtiments en feu et de protection contre les effets d'un incendie dans lequel on applique une couche d'isolant thermique à la surface d'éléments de construction de bâtiments mobiles et fixes, caractérisé en ce que l'on incorpore des matériaux isolants thermiques dans les joints des éléments de construction mobiles de bâtiments et pour des éléments de construction fixes de bâtiments et dans lequel on utilise, comme matériau isolant thermique, un oxyde de silicium hydro- phile absorbant la chaleur et/ou un adsorbant à base d'alumino- silicate, de préférence une zéolite A, X ou P. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on pratique au moins un canal dans ou à partir de ces éléments de construction mobiles et/ou fixes de bâtiments, et en ce que l'on place dans les canaux (11) cet adsorbant pré- sentant des caractéristiques d'absorption de la chaleur. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on pratique dans la paroi de ces canaux des trous (6) et en ce que la vapeur quittant l'adsorbant présen- tant des caractéristiques d'absorption de la chaleur passe dans les espaces (7) existant entre les éléments de construc- tion du bâtiment. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on mélange cet adsorbant présen- tant un caractère d'absorption de la chaleur à un liant à base d'époxyde et en ce qu'on l'applique sur les surfaces à proté- ger par pulvérisation. 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on moule des barreaux à partir de ce matériau adsorbant présentant un caractère d'absorption de la chaleur et en ce que ces barreaux sont fixés par collage sur les surfaces à protéger.