Comment se comportent les assemblages dans les bâtiments de grande hauteur en bois massif? C’est ce qu’a voulu comprendre Mathieu Létourneau-Gagnon. Dans le cadre de son mémoire de maîtrise codirigé par Christian Dagenais (scientifique chez FPInnovations et professeur invité de l’Université Laval) et Pierre Blanchet de la Faculté de foresterie, de géographie et de géomatique de l’Université Laval, il a cherché à évaluer la performance au feu des assemblages utilisant des vis autotaraudeuses pour les constructions massives en bois au Canada. Ses travaux, récemment publiés dans la prestigieuse revue Applied Sciences permettront de concevoir plus efficacement des assemblages vissés offrant le niveau de performance au feu requis pour les bâtiments de grande hauteur en bois massif.
Pourquoi se concentrer sur les bâtiments de grande hauteur? « Parce que les éléments structuraux de ceux-ci doivent avoir un degré de résistance feu d’au moins deux heures », explique Mathieu Létouneau-Gagnon, maintenant à l’emploi chez Technorm. Si l’annexe B de la norme CSA O86 fournit une méthode de calculs claire pour déterminer la résistance au feu des éléments structuraux en bois massif, il en va en effet tout autrement pour les assemblages, qui doivent pourtant offrir le même degré de résistance au feu. « La méthode de calcul ne considère pas l’interaction entre les différents matériaux en situation d’incendie. Mes recherches visaient donc à améliorer cette méthode », précise-t-il.
Ses travaux comportaient trois objectifs : évaluer le transfert de chaleur entre une vis et un boulon, évaluer le comportement thermomécanique des vis, et prédire la résistance des assemblages vissés. Premier constat : la vis et le boulon ne se comportent pas du tout de la même façon en situation d’incendie. « On se doutait déjà que les boulons étaient potentiellement une plus grande source d’entrée de chaleur que les vis autotaraudeuses, mais très peu d’études venaient appuyer ces propos jusqu’à deux heures d’expositions », indique Mathieu Létourneau-Gagnon.
Il a lui-même fait des essais en laboratoire, notamment avec un cône calorimétrique à 50 kW/m2, correspondant à environ 10-15 minutes de la courbe normalisée température-temps de la norme CAN/ULC S101, mais aussi des essais en arrachement perpendiculaire au grain avec des vis insérées dans du bois lamellé-collé. Il a également travaillé à développer un modèle numérique afin de prédire le transfert thermique des assemblages vissés en situation incendie.
En se basant sur la réduction des propriétés structurales du bois lorsque celui-ci est soumis à des températures élevées, l’étude a permis de développer de nouveaux principes de conception pour calculer la résistance au feu des vis autotaraudeuses non protégées exposées au feu jusqu’à deux heures. « Jusqu’à présent, les concepteurs utilisaient l’approche prescrite dans la CSA O86 qui détermine une couche carbonisée au pourtour des faces exposées qui sera réduite de la section initiale de l’élément. Pour les fins de l’étude, je me suis plutôt basé sur le profil de températures le long de l’attache avec l’influence de la zone affectée thermiquement du bois pour déterminer la longueur de pénétration résiduelle de l’attache qui fournira la résistance résultante adéquate », explique Mathieu Létourneau-Gagnon. Résultat : lorsque le bois maintient une capacité structurale adéquate, la capacité des vis est peu influencée. Même, la dégradation estimée serait plus grande avec le calcul fourni dans la norme CSA O86 qu’elle ne l’est dans la réalité avec l’utilisation de vis autotaraudeuses.
Ces travaux vont très certainement avoir un impact sur la conception des assemblages pour les bâtiments de grande hauteur en bois massif. Déjà en 2019, Mathieu Létourneau-Gagnon avait présenté son projet de maîtrise à WoodRise qui s’était tenu cette année-là à Québec. Une photo qu’il a prise dans le cadre de ses recherches avait même été finaliste au concours La Preuve par l’image de l’Acfas en 2020.
« Ce serait vraiment intéressant et pertinent de réaliser des essais de résistance au feu à plus grande échelle sous un feu normalisé jusqu’à deux heures en considérant les paramètres discutés dans la présente étude. Très peu de données sont accessibles publiquement pour une exposition de deux heures et les résultats démontrent qu’il est possible de concevoir des assemblages performants en situation d’incendie durant une longue période », estime Mathieu Létourneau-Gagnon.
Pour lire l’article complet (en anglais) : https://www.mdpi.com/2076-3417/11/8/3579/htm
