Brevet FR2726838A1 — publié le 19960515

La présente invention concerne un dispositif de charpente en métal, en bois massif ou en matériau composite (lamellé collé ou fibres enduites par exemple) à usage principalement de bâtiments industriels. Un dispositif de ce genre comprend habituellement un ensemble de portiques parallèles entre eux et disposés à intervalles réguliers, montés sur massifs le plus souvent en béton, chaque portique comprenant généralement deux poteaux faisant corps ou assemblés avec au moins une poutre constituant la ferme et destinée à supporter la couverture du bâtiment par rintermédiaire d'autres poutres généralement plus petites, qui lui sont perpendiculkes et que ron appelle palmes. Les différents portiques sont liés entre eux par des poutres principales transversales (fâîtières, sablières) ainsi que par les pannes citées plus haut. En outre des goussets ou des poutres dites de contreventement viennent verrouiller l'ensemble grâce à leur position diagonale par rapport aux axes principaux de la structure. Ces dispositifs de charpentes sont maintenant bien connus dans le milieu industriel, leur définition (choix des matériaux, des sections, des intervalles) bien maîtrisée, et leur coût relatif, par rapport au coût total du bâtiment, est de plus en plus faible compte tenu de la standardisation grandissante des modes de calculs, d'élaboration et d'édification desdites charpentes. Le point fiable de ces dispositifs de charpente en métal, en bois mas ou en composite réside dans leur faible résistance au feu. En effet, en cas d'incendie dans un local industriel construit autour de ce type de charpente, la température sous toiture est telle qu'une charpente métallique par exemple commence à fluer, puis ploie sous la charge de la toiture et se tord dans toutes les directions ; la peinture ou le vernis, qui souvent la revêt pour des raisons esthétiques ou de protection (corrosion, par exemple), brûle, accroissant encore la température des fers et la toiture s'effondre généralement sur les occupants ou sur le matériel existant dans le locaL Dans le cas d'une charpente en bois massif, il n'y a généralement pas flexion des poutres de la charpente en cas d'incendie, mais rupture et effondrement après que lesdites poutres aient été consumées, et dans le cas des poutres en composite (lamellé-coné, ou en fibres enduites) qui sont généralement celles qui résistent le moins mal à un incendie, l'on assiste un peu plus tard, mais inexorablement, à un effondrement de la toiture (dû à la combustion ou à la destruction des résines constitutives de la charpente) si les services d'extinction d'incendie n'ont pu intervenir à temps. n est à noter que ces charpentes en composite sont, pour des raisons économiques et esthétiques, généralement réservées à des fermes de grande portée et que même si leurs constituants et leur moment d'inertie ont été définis en conséquence, la charge totale de la toiture est telle que reffondrement de Fensemble reste un risque très important en cas d'incendie. Des efforts ont été faits afin de retarder cette phase d'effondrement les charpentes en bois massif ou en composite sont, le plus souvent, traitées avec des produits dits ignifugeants, et les charpentes métalliques peuvent être recouvertes de peintures supposées à la fois isolantes, réverbératrices et résistantes au feu, ou bien recouvertes dune projection de laine de roche par exemple, mais tout ceci ne fait que retarder de quelques dizaines de minutes l'échéance d'effondrement en cas d'incendie important. ll existe une autre solution qui consiste à choisir une charpente en béton armé (précontraint ou non) qui ,elle , résiste particulièrement bien au feu. L'inconvénient majeur de la charpente en béton en est son prix, généralement plus élevé que celui d'une charpente métallique, mais d'autres inconvénients existent comme le délai d'étude et de réalisation par exemple, la masse importante de la charpente elle-même, donc l'importance des poteaux et massifs ou des moyens de levage nécessaires, la difficulté à modifier ultérieurement la charpente ou à lui adjoindre des éléments, toutes choses beaucoup plus aisées dans le cas d'une charpente métallique ou bois par exemple, tout ceci explique la très faible part du marché de la construction des bâtiments industriels occupée par les charpentes béton. Des dispositifs d'aspersion automatique du local en cas d'incendie ("sprinklage") ont été imaginés et mis en place (particulièrement dans le cas de charpente non en béton) mais ils sont extrèmement coûteux, ils nécessitent de très grands débits d'eau et le fait de projeter de l'eau sur des matériels, par exemple électriques, peut accroître encore le coût du sinistre. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients. A cette fin, le dispositif de charpente qu'elle concerne comprend la charpente en métal, bois ou en matériau composite telle qu'elle a été définie par le concepteur de la structure du bâtiment, mais ici cette charpente est complétée par un ensemble de gainage total ou partiel, au moins des poutres constituants les fermes, mais de préférence gainage étendu aux poutres transversales aux portiques (fåitières, sablières, pannes, contreventements) et également aux poteaux ou au moins au tiers supérieur des poteaux Ce gamage des poutres est constitué d'une enveloppe externe légère non en contact complet avec rélément de charpente concerné, et résistant, de préfërence, à une température de 300"C minimum ; cette enveloppe est avantageusement réfléchissante ; elle peut être en métal de fine épaisseur (tôle fine d'acier inoxydable, nickelé, chromé ou galvanisé, tôle fine d'aluminium ou profil aluminium extrudé à parois très fines par exemple, grillage, etc.), ene peut être en matériau textile ou polymère (polytétrafluoroéthylène, silicone, etc.) qui peut être naturel, mais qui est de préférence coloré dans la masse avec des pigments réfléchissants ou qui est métallisé en surface (dépôts d'ions métal électrolytiquement ou sous vide) ;; ce gainage est en outre complété par un remplissage total ou partiel de l'espace libre situé entre l'enveloppe externe et l'élément de charpente concerné (espace libre pouvant varier en section de quelques millimètres carrés à quelques décimètres carrés), par un matériau isolant et résistant lui-même de préférence à des températures supérieures à 80"C (mousse de polyuréthane, etc.) et si possible à des températures supérieures à 1000"C, par exemple matériau du type laine de roche, laine de verre, amiante ou produites à base d'amiante mais respectant la législation en vigueur. L'on comprend que, en cas d'incendie, ce dispositif de gainage protège les poutres qu'il enveloppe (totalement ou partiellement), grâce, d'une part, à son enveloppe réfléchissante qui s'oppose à la transmission des calories (issues du ou des foyers d'incendie) par rayonnement, et d'autre part à la couche de matériau isolant qui s'oppose à la transmssion des calories par conduction. Selon une forme préférée de l'invention, le matériau isolant est poreux et à structure owerte (laine de verre, de roche, mousses à cellules ouvertes) et au sein même de la couche isolante, l'on a prévu un réseau de tuyaux (métalliques, textiles ou polyméíiques) propres, en cas d'incendie, à amener un petit débit d'eau et à imprégner risolant d'eau par diffusion naturelle et par utilisation du phénomène de pression osmotique bien connu pour l'eau et les matériaux poreux. La chaleur latente de vaporisation de reau étant supérieure à cinq cent calories par gramme, ron conçoit que, sous reffet des foyers d'incendie, la vaporisation de cette eau (qui a imprégné l'isolant) est de nature à abaisser de manière extémeniènt sensible la température moyenne de ensemble gaine - isolant - éléments de charpente. La gaine extérieure sera elle-même avantageusement non étanche ou microperforée afln de laisser la vapeur d'eau se dégager de l'isolant. Point n'est besom d'une quantité d'eau importante (comme dans le cas de sprinklers) puisque la fonction n'est pas ici d'éteindre l'incendie (et à ce titre l'invention reste tout à fait compatible avec la mise en place d'un réseau de sprinklers) mais est ici de retarder au maxirrum rélévation de la température ou Fmflammation des éléments de charpente afin, notamment, que la toiture ne s'effondre pas sur les occupants, les sauveteurs ou sur le matérieL L'on pourra donc disposer dans l'espace situé entre la gaine et l'élément de charpente concerné, des tuyaux de très petite section dits "capillaires" (bien connus en horticulture pour arroser à la fois un grand nombre de plantes), ou des tuyaux perforés ou bien encore des tuyaux non percés mais équipés de têtes analogues aux têtes de sprinklers bien connues (elles sont obturées par un dispositif d'ampoule qui se brise sous raction de la chaleur). Les tuyaux peuvent être reliés au réseau d'eau de ville et/ou à un système de pompes et/ou plus avantageusement à au moins une réserve d'eau soit en charge au dessus du niveau du bâtiment soit sous pression, réserve obturée par une électrovanne principale commandée par exemple par au moins un thermostat placé en un endroit judicieux du bâtiment ; il pourra être par exemple placé sous la charpente et commander l'ouverture de l'électrovanne dès que la température sous charpente atteindra 80"C par exemple. Le type d'alimentation en eau à partir d'une réserve sous pression permet de garantir un minimum de quantité d'eau alimentée. Dans le cas où Pon veut éviter une installation du type sprinkler, l'on pourra prévoir une réserve d'eau et/ou un débit suffisants pour que l'eau non seulet soit vaporisée du fait de la température, mais soit en outre déversée sous forme liquide (compte tenu de l'importance de son débit) à travers les perforations des gaines de charpente, arrosant ainsi le sol du bâtiment. Si ron veut que la répartition de rarrosage soit limitée à la localisation des foyers d'incendie, l'on pourra prévoir au moins une réserve et un thermostat par ferme du bâtiment par exemple, tous les réseaux de fermes étant mdépendants. De toute façon l'invention sera bien comprise à raide de la description qui suit, en référence au dessm schématique annexé représentant, à titre d'exemple non ilinîtatil; une forme de réalisation préférée du dispositif de charpente qu'elle concerne. Figure 1 est une vue en élévation dim portique classique; Figure 2 est une vue en coupe, plus perspective, d'une forme préférée deTmvention; Figure 3 est une vue en coupe et de face d'un système d'aiùflentation d'eau selon rinvention; La figure 1 représente un portique d'une charpente métallique classique comportant, montés sur deux massifs béton (1) deux poteaux (2) sur lesquels une ferme (3) est montée et est raidie au moyen des goussets (4). Des pannes (5) sont montées transyersalement à (3) ainsi quine poutre faîtière (6). La figure 2 représente une poutre métallique (3) entourée presque totalement prune gaine, ici métallique, (7) qui lui est assemblée au moyen des vis autotaraudeuses (9). Un isolant réfractaire du type laine de roche (8) est disposé de telle sorte qu'il remplit ici tout respace existant entre la game (7) et le fer (3), à l'exception de l'espace occupé par les tuyaux d'imprégnation (10) ici microperforés de trous (11). La gaine (7) enemême est microperforée de trous (12) afin de laisser passer la vapeur d'eau ou l'excès d'eau après imprégnation de la lame de roche par l'eau issue des tuyaux (10), eau qui se trouve être vaporisée par la chaleur dégagée par le (ou les) foyer(s) d'incendie. La figure 3 représente un dispositif d'alimentation en eau (16) du réseau de tuyaux parcourant les gaines, cette eau (16) étant stockée dans un réservoir (17) sous pression d'un gaz (13) (la pression à utiliser est fonction de la différence entre la hauteur de la réserve et la hauteur du bâtiment, mais 6 ou 7 bars de pression initiale par exemple permettent à l'eau, pour une réserve située au niveau du sol, de monter à plus de trente-cinq ou quarante mètres de hauteur) ; le gaz peut être de rait, mais est plus avantageusement (pour des raisons de corrosion) un gaz neutre comme l'azote par exemple. Ce réservoir (17) est muni dune vanne (18) de vidange, d'un manomètre (15) et d'un tuyau de sortie (19) sur lequel sont montés une vanne manuelle (20) pouvant jouer un rôle d'obturateur mais plus avantageusement de régulateur de débit, et une électrovanne (21) dont l'ouverture est commandée par le thermostat (23) suspendu en charpente et lié électriquement à l'électrovanne (21) au moyen du réseau électrique (24), lui-même alimenté sur le réseau basse-tension de secours du bâtiment industriel par exemple. Lorsque la température sous charpente atteint le seuil fixé, le thermostat (23) commande l'ouverture de rélectrovanne (21) qui libère ainsi le débit d'eau (contrôlé par le degré d'ouverture de la vanne (19)) dans le réseau de tuyaux (22) alimentant les tubes capillaires ou les tubes, perforés ou non, répartis dans les gaines entourant les éléments de charpente. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de charpente en métal, en bois ou en matériau composite caractérisé en ce qu'il comporte un gainage au moins partiel des poutres et poteaux consthuti de ladite charpente, gainage lui-même constitué d'une enveloppe externe qui peut être en métal, en textile, mais également en polymère, enveloppe non en contact complet avec l'élément de charpente concerné mais réservant un espace entre l'élément de charpente et elle-même, une partie au moins de cet espace étant garnie par un matériau isolant. 2 - Dispositif de charpente en métal, en bois ou en matériau composite selon revendication 1 caractérisé en ce qu'il compote au moins un tuyau en contact avec le matériau isolant, tuyau situé dans espace existant entre la laine et l'élément de charpente, tuyau propre à véhiculer de l'eau et tuyau comportant au moins un orifice de sortie permettant à l'eau de s'écouler dans le matériau isolant. 3 - Dispositif de charpente en métal, en bois ou en matériau composite selon revendication 2 caractérisé en ce que au moins un des tuyaux en contact avec le matériau isolant est relié à une source d'eau de type eau de ville. 4 - Dispositif de charpente en métal, en bois ou en matériau composite selon revendication 2 ou 3 caractérisé en ce que au moin un des tuyaux en contact avec le matériau isolant est relié à une réserve d'eau indépendante sous pression.