Détails de conception, durabilité et protection : résistance au feu du bois

Tout le monde le sait, le bois est un matériau combustible : du bois, ça brûle! Cependant, ce qui est moins connu, c’est que le bois est un excellent isolant thermique, si bien qu’il résiste bien à la chaleur. Sous l’effet de la chaleur extrême générée par un incendie, le bois ne perd que 10 à 15 % de sa résistance totale.

Il faut savoir que tous les matériaux de construction finissent par brûler, ce n’est qu’une question de temps. Un bâtiment dit incombustible ne signifie pas qu’il ne brûlera pas, mais plutôt que celui-ci est plus difficile à enflammer. D’ailleurs, en réaction à la chaleur intense due à un incendie, l’acier finit par fondre et le béton par éclater.

Comportement du bois exposé à un feu
Le degré de résistance au feu (DRF)
Indice de propagation de la flamme (IPF)

Comportement du bois exposé à un feu

Le bois, surtout dans le cas des structures en gros bois d’œuvre ou en bois d’ingénierie, offre une bonne résistance au feu.

La réaction du bois lors d’un incendie est également prévisible et calculable. En brûlant, le bois se carbonise en surface à raison de 0,65 mm/min. Cette couche permet d’isoler le centre de l’élément en bois de la chaleur dégagée par les flammes de l’incendie. C’est donc dire qu’après 45 minutes de combustion, une pièce de bois n’aura brûlé que d’environ 29 mm, et le centre de la pièce gardera sa résistance, puisque la chaleur ne parvient pas à s’y rendre. Plus les éléments en bois sont gros, meilleure est leur résistance au feu et plus ils peuvent supporter les charges longtemps.

Couche de carbonisation (Source : adaptée de CSA 0177)

Cette caractéristique est d’autant plus frappante lorsque l’on compare le comportement du bois à l’acier dans un contexte d’incendie. L’acier perd 50 % de sa résistance mécanique après 18 minutes alors qu’il en faut 52 minutes au bois pour atteindre la même marque.

Comportement d’une poutre structurale en cas d’incendie.

Degré de résistance au feu (DRF)

Le degré de résistance au feu d’un assemblage pour plafonds ou planchers se définit comme étant le temps (en heures ou en minutes) pendant lequel un matériau ou un assemblage empêche le passage des flammes et la transmission de la chaleur dans des conditions déterminées d’essai et de comportement. Le Code de construction du Québec assigne un degré de résistance au feu en fonction de l’usage principal, de l’aire et de la hauteur du bâtiment (en nombre d’étages de bâtiment).

Construction en gros bois d’œuvre

La construction en gros bois d’œuvre est une catégorie spéciale de construction combustible à laquelle on assigne un temps de résistance au feu de 45 minutes. Le bois massif et le bois lamellé-collé sont considérés comme des gros bois d’œuvre. Les bois de charpente composite de longs copeaux (PSL) sont également acceptés dans ce type de construction conformément au Code de construction du Québec (CCQ).

Les exigences de sécurité incendie du CCQ reconnaissent les avantages que procure la construction en gros bois d’œuvre pour la résistance au feu. Si le bâtiment est protégé par des gicleurs et si les dimensions minimales des éléments porteurs sont respectées, le Code de construction du Québec considère qu’il est peu probable qu’un incendie gagne assez d’ampleur pour menacer l’intégrité structurale des éléments en gros bois, qu’ils soient en bois d’œuvre ou en bois d’ingénierie, et autorise donc ce type de construction dans plusieurs cas où une construction incombustible est exigée. L’article 3.2.2.16 permet des toits en gros bois d’œuvre, sur des bâtiments d’au plus 2 étages de hauteurs, quelque soit l’aire du bâtiment, s’il est protégé par des gicleurs.

Construction à ossature légère

La résistance au feu des constructions à ossature de bois dépend principalement des plaques de plâtre utilisées pour protéger la structure en bois contre les effets de la chaleur. Les panneaux Type X sont les plus couramment utilisés. Les essais au feu des murs à montants de bois, porteurs ou non, protégés par des panneaux de plâtre démontrent qu’un mur à ossature de bois empêche la propagation de la flamme par le mur plus longtemps qu’un mur à montants d’acier. Les éléments à ossature de bois peuvent être conçus de manière à assurer un degré de résistance au feu variant de 45 minutes à 2 heures, selon le choix des matériaux et la configuration des assemblages.

La construction légère à ossature de bois peut être utilisée dans la plupart des bâtiments, et ce, conformément au Code de construction du Québec. Elle peut également être utilisée dans les bâtiments de grande hauteur, selon certaines restrictions.

Pour en savoir plus :

Bien que le bois se comporte généralement bien en situation d’incendie, il existe des situations où la résistance naturelle du bois n’est pas suffisante pour atteindre le degré de résistance au feu (DRF) requis dans un bâtiment. Pour ce faire, le concepteur peut opter pour différentes solutions. Solutions pour augmenter le degré de résistance au feu (DRF) des structures en bois

Une des plus utilisées est d’encapsuler le bois dans un matériau incombustible, par exemple, du gypse. De cette manière, le bois n’est pas exposé aux flammes d’un incendie potentiel. C’est souvent la solution retenue dans les constructions à ossature légère.

Une autre stratégie est d’effectuer le dimensionnement des éléments porteurs afin de fournir la résistance incendie recherchée. En surdimensionnant les éléments porteurs en bois, le concepteur s’assure qu’après un certain temps de carbonisation, les charges du bâtiment puissent encore être supportées. Cette stratégie est utilisée surtout dans la construction poteaux-poutres pour conserver le bois apparent.

Bien sûr, il est possible de trouver un compromis entre les deux stratégies pour trouver un équilibre économique et esthétique.

Indice de propagation de la flamme (IPF)

L’indice de propagation de la flamme est une classification de la vitesse de propagation de la flamme à la surface d’un matériau d’après l’essai normalisé CAN4-S102. Cet indice est indépendant du degré de résistance au feu (DRF) : l’IPF prend seulement en considération la surface du matériau, si bien qu’il s’appliquera surtout aux revêtements placés sur les murs et les plafonds. Tout produit de revêtement appliqué sur le bois est susceptible d’affecter son IPF. Plus l’indice est élevé, plus une flamme se propagera rapidement à la surface du matériau. Le code peut restreindre l’IPF des matériaux dans certains types de bâtiments ou dans certaines parties, comme les issues de secours, par exemple.

Classe	Indice de propagation de la flamme (IPF)
A	0-25
B	30-75
C	80-200

L’IPF du bois varie en fonction de l’essence, mais il se trouve surtout dans la classe C et, en de rares occasions, dans la classe B. Même chose pour les produits d’ingénierie en bois, tels que les contreplaqués et les panneaux OSB.

Indices de propagation de la flamme et indices de dégagement des fumées
Matériaux	Norme pertinente	Épaisseur minimale (mm)	Non fini		Peinture ou vernis 1,3 mm ⁽⁵⁾ ⁽⁶⁾
Matériaux	Norme pertinente	Épaisseur minimale (mm)	IPF	IDF	IPF	IDF
Parquet de résineux ou de feuillus ⁽³⁾	——–	——–	300 ⁽⁷⁾	300
Plaque de plâtre	CSA A82.27-M ⁽⁴⁾	9,5 mm	25	50	25	50
Bois de construction	Aucun	16 mm	150	300	150	300
Contreplaqué en sapin de Douglas ⁽¹⁾	CSA O121	11 mm	150	100	150	300
Contreplaqué en peuplier ⁽¹⁾	CSA O153
Contreplaqué avec parement en épinette ⁽¹⁾	CSA O151	6 mm
Contreplaqué en sapin de Douglas ⁽¹⁾	CSA O121	6,4 mm	150	100	150	100
Contreplaqué de chêne	——–	6,4 mm	125 à 185	–	125 à 185	_
Contreplaqué de pin	——–	6,4 mm	120 à 140	_	120 à 140	_
Contreplaqué de noyer	——–	11 mm	138 à 160	—	138 à 160	_
Panneau de fibres basse densité	CSA A247	11 mm	>150	100	150	100
Panneau dur de type 1	CGSB-11.3	9 mm	150	>300	⁽²⁾	⁽²⁾
Panneau dur de type 1 standard	CGSB-11.3	6mm	150	300	⁽²⁾	300
Panneau de particules	CAN3-O188.1	12,7 mm	150	300	⁽²⁾	⁽²⁾
Panneau de copeaux	CAN3-O437	–	⁽²⁾	⁽²⁾	⁽²⁾	⁽²⁾
Cèdre rouge de l’ouest	–	19 mm	73	98	73	98
Érable (parquets)	–	19 mm	104	_	104	__
Chêne (rouge ou blanc)	–	19 mm	100	100	100	100
Pin blanc de l’Est	–	19 mm	85	122	85	122

⁽¹⁾Les indices de propagation de la flamme (IPF) et les indices de dégagement des fumées (IDF) sont habituellement ceux des contreplaqués non revêtus de résine cellulosique.

⁽²⁾ Données d’essai insuffisantes.

⁽³⁾ Parquet de bois non fini ou fini avec couche de vernis spar ou uréthane.

⁽⁴⁾ Les plaques de plâtres conformes aux normes ASTM ci-après sont aussi acceptables − ASTM-C-36, ASTM C442, ASTM C588, ASTM C630, ASTM C931.

⁽⁵⁾Les indices de propagation de la flamme et les indices de dégagement des fumées des peintures et vernis ne s’appliquent ni à la gomme-laque ni à la laque.

⁽⁶⁾Les indices de propagation de la flamme et les indices de dégagement des fumées des peintures ne s’appliquent qu’aux peintures alkydes et au latex.

⁽⁷⁾ Cette valeur est la plus élevée établie lors de tests parmi un groupe de planchers de différentes essences. L’inflammabilité des surfaces de plancher est réglementée uniquement pour les bâtiments de grande hauteur. Voir le tableau 3.1.13.7. du CCQ . Dans tous les bâtiments de faible hauteur, il n’y a pas de limites de protection incendie sur les types de revêtement de sol, y compris les planchers de bois.

Sources : CNBC 2005, annexe D, section D-3. et Technologie de la construction en bois du Conseil canadien du bois

Pour connaître d’autres indices de propagation de la flamme des produits du bois, consulter le document Flame Spread Performance of Wood Products de l’American Wood Council.

Il existe quelques produits qui peuvent diminuer l’IPF du bois, mais ils sont très rares à avoir une certification reconnue au Canada. Peu de manufacturiers offrent une solution clé en main avec une application de produit retardateur de flamme en usine. C’est pour cette raison que lorsqu’une classe A est exigée, l’équipe de conception n’a pas le choix d’opter pour un matériau incombustible comme les panneaux de gypse, qui a un IPF de 25.

Il est à noter que les restrictions d’IPF ne s’appliquent pas aux revêtements de plancher. De plus, le Code peut permettre un IPF plus élevé dans une certaine proportion de la surface des murs et des planchers.