Comportement du bois soumis à un feu

La résistance du bois au feu est un aspect crucial à considérer dans la construction. En effet, la manière dont le bois réagit face à un incendie influence non seulement la sécurité des occupants, mais aussi l’intégrité de la structure.

Le bois mis en œuvre en construction contient de l’eau. Lorsque ce bois sera touché par un incendie, sa température va augmenter, et rapidement atteindre 100°C, température de vaporisation de l’eau. Une fois cette eau complètement évaporée, le bois est sec, et la température continue d’augmenter. Autour de 180°C, un phénomène de ramollissement du bois commence à apparaître, détruisant petit à petit les liaisons de lignine, de cellulose et d’hémicellulose. Ce ramollissement thermique est généralement maximum autour de 350°C.

La température à laquelle le bois s’enflamme varie selon sa durée d’exposition à la chaleur, se situant entre 250 et 300°C. Une fois enflammé, le bois se carbonise lentement, à raison de 0,65 mm par minute pour le bois lamellé collé et 0,8 mm par minute pour le bois massif. Les bois denses et durs, comme les feuillus, brûlent plus lentement que les résineux. Cette carbonisation crée une couche de carbone, non inflammable, qui ralentit le processus et limite l’augmentation de température.

Le bois étant hétérogène, il arrive que les défauts du bois provoquent des réactions particulières en brûlant. Ainsi, les gaz accumulés dans le bois sont à l’origine des crépitements. De même, les bois résineux, qui contiennent beaucoup de sève, sont susceptibles de produire des étincelles et de la suie en quantité assez importante.

Tenue au feu du bois

Le bois est un matériau inflammable et combustible, ce qui signifie qu’il contribue à propager le feu, contrairement à l’acier, au béton et à d’autres matériaux biosourcés. Cependant, sa carbonisation est prévisible et peut être anticipée. La couche de carbonisation, également appelée couche sacrificielle, se forme à la surface du bois brûlé. Elle ralentit la propagation du feu et limite l’échauffement, mais ne stoppe pas la progression des flammes.

La conductivité thermique du bois est supérieure à celle du béton, mais inférieure à celle des métaux, notamment de l’acier. Par conséquent, même si la surface du bois atteint des températures très élevées, l’intérieur reste relativement frais. Cela permet à la partie non brûlée de conserver de bonnes capacités de résistance et de rigidité. En général, on estime que la résistance du bois non brûlé dans une pièce en feu est réduite de 10 à 15 % par rapport à celle d’un bois non exposé à un incendie.

Calcul de la tenue au feu du bois

Calcul réglementaire

Quel que soit le matériau de construction, la réglementation en France exige que la structure porteuse d’un bâtiment résiste suffisamment longtemps avant de s’effondrer. Cela permet aux occupants de s’évacuer en toute sécurité. Par exemple, une maison individuelle doit résister 15 minutes, tandis qu’un établissement recevant du public de grande hauteur doit tenir 90 minutes.

Les constructions en bois pâtissent souvent de la crainte de l’incendie. Pourtant, le bois certes brûle, mais ce phénomène est quantifiable et dans la mesure du raisonnable contrôlable. En connaissant la vitesse de carbonisation d’une pièce de bois, il est possible de déterminer la section restante qui continue de travailler après une certaine durée. Cela oblige donc à augmenter la taille des sections de bois mise en œuvre pour qu’elle soit stable au feu.

Exemple : On considère une vitesse de combustion de 0,7 mm/min. Un poteau de section carrée de 30×30 cm, qui brûle pendant 30 minutes sur ses quatre faces, perdra sur chaque face 0,7×30 = 21 mm d’épaisseur de bois. La section résultante est donc une section carrée de 25,8×25,8 cm.

Paramètres influençant l’inflammabilité

Les bois qui brûlent le plus facilement sont les bois légers, les résineux en particulier. En général, plus le bois est léger et sec, plus il est inflammable.

La géométrie des pièces de bois influe aussi sur la prise aux incendies : les angles vifs du bois, les fentes et fissures du matériau peuvent augmenter l’inflammabilité des éléments en bois.

Protéger le bois du feu

Pour protéger le bois du feu, plusieurs méthodes sont mises en œuvre depuis des siècles. Par exemple, la technique du Shou Sugi Ban consiste à brûler la surface extérieure d’une maison en bois. Utilisée au Japon sur de nombreuses constructions, cette méthode crée une couche carbonisée. Cette couche non inflammable, aide à limiter l’échauffement des pièces en bois.

Il est possible d’encapsuler les éléments structurels en bois avec des matériaux non inflammables ou ignifugés, ce qui ralentit l’atteinte du feu à la structure porteuse.

De plus, on peut traiter le bois pour améliorer sa résistance au feu. Une large gamme de produits ignifuges, tels que des vernis, des lasures et des mousses, est disponible. Des traitements plus profonds, comme l’imprégnation en autoclave, peuvent également être proposés.