La résistance au feu des containers maritimes

Avec le développement des solutions d’hébergement en containers, il nous est souvent posé la question de la résistance au feu des containers maritimes.

Que savons-nous du comportement de l’acier en présence du feu ?

Le comportement de l’acier au feu

Les caractéristiques de l’acier face au feu

●   Incombustible : Il ne dégage aucun produit toxique, aucune fumée et n’alimente ni ne développe un feu.

●     Résistant :  Les qualités et nuances d’acier sont nombreuses y compris pour des utilisations à haute température dont les performances sont garanties.

●     Ductile : Pas de risque de rupture brutale avec l’acier, en effet il possède une grande capacité de déformation avant rupture (capacité d’allongement à haute température de près de 20%).

●     Homogène : Les caractéristiques et performances sont partout identiques, il y a donc une absence totale de risque d’éclatement lors de l’échauffement comme lors du refroidissement.

En revanche, l’acier perd une partie de sa rigidité lorsqu’il est porté à des températures que l’on peut rencontrer en cas d’incendie dans un bâtiment par exemple. Sa résistance commence à diminuer à partir de 400°C. L’acier retrouve sa résistance initiale après un sinistre, il est le seul matériau structurel à retrouver, lors du refroidissement qui suit un incendie, ses capacités et performances d’origine.

Le facteur de massiveté /  La température critique 

Le facteur de massiveté

Le facteur de massiveté S/V exprime le rapport entre la surface exposée au flux thermique S [m2] et le volume d’un élément par unité de longueur V [m3]

Sa valeur influence très sensiblement le comportement au feu de l’élément de structure considéré.

Un élément présentant un quotient S/V [m-1] de faible valeur subira un échauffement bien plus lent qu’un élément ayant un facteur de massiveté élevé. Il aura ainsi une résistance au feu plus grande.

Le tableau suivant donne les facteurs de massiveté des profilés métalliques courants pour des poutres exposées sur 3 faces et des poteaux exposés sur 4 faces.

Ces résultats sont versés dans une revue sous la forme d’une mesure du temps qui montre combien de minutes l’élément structurel est capable de résister au feu avant que le seuil pour chaque critère soit dépassé.

Les euroclasses de résistance au feu tentent d’harmoniser les systèmes nationaux au sein de l’Union européenne. Il existe là aussi trois classes :

●      R : Résistance mécanique ou stabilité

●      E : étanchéité aux gaz et flammes

●      I : isolation thermique (forcément utilisée en complément d’une classification R ou E)

Ces lettres sont suivies de 2 ou 3 chiffres donnant le temps de résistance en minutes. Exemple : REI 120 (Coupe-feu pendant 120 minutes).

De la même manière, un mur ayant REI 60 signifie que ce mur peut résister au feu pendant une heure, en ce qui concerne à la fois la capacité de support de charge, l’intégrité et l’isolation.

Nous pouvons déterminer plusieurs raisons pour lesquelles l’acier offre une forme de sécurité importante en cas d’incendie :

●      Toutes les déformations et les caractéristiques intrinsèques de l’acier à haute température sont parfaitement connues et il n’existe que de très faibles variations à ce comportement. L’acier dans une situation d’incendie est donc parfaitement prévisible.

●  Il s’agit d’un matériau quantifiable. Les Eurocodes concernant le calcul de la résistance au feu de l’acier sont basés sur de longues années de recherches. Ces recherches démontrent le comportement de l’acier en cas d’incendie et tous les phénomènes possibles sont connus. Une rupture de l’acier différente de celles que l’on connaît est donc très peu probable.

●      Avant de céder les structures métalliques présentent d’abord d’importantes déformations. Les pompiers connaissent le comportement de l’acier et savent déduire de ces déformations le moment auquel un bâtiment risque de s’effondrer suite à l’incendie. Une rupture soudaine et imprévue, comme cela peut arriver avec le béton et la maçonnerie est très rare avec les ossatures métalliques.

●      Soumis à de hautes températures les matériaux subissent des déformations qui engendrent des charges supplémentaires. Pour résister à ces charges supplémentaires, il est important que le matériau de construction soit déformable (et pas tant résistant). C’est le cas de l’acier, contrairement à des matériaux friables tels que le béton.

La température critique

L’élévation de température provoque une modification considérable des propriétés mécaniques de l’acier.

À 400 °C, la limite d’élasticité de l’acier est ramenée à 60 % de sa valeur initiale. Il est prouvé qu’une structure en acier soumise à la chaleur n’assurera plus sa fonction portante après un certain temps et s’écroulera. La température à laquelle cette situation se produit est appelée température critique.

Cette température critique sera différente en fonction de l’importance de la charge initiale et dépendra essentiellement du degré de contrainte admissible et de la nature de cette contrainte.

Dans un but de simplification, les valeurs minimales de températures critiques suivantes peuvent être utilisées sur la base de l’Eurocode 1993-1-2 :

500 °C pour des éléments comprimés ou des éléments soumis à la flexion et à la compression axiale.

540 °C pour des poutres isostatiques et des éléments tendus.

570 °C pour des poutres hyperstatiques.

Acier et protection au feu

Il n’est pas nécessaire de protéger le métal lorsque les charges calorifiques sont peu importantes ou lorsque les poteaux et poutres sont placés à l’extérieur d’un bâtiment.

On peut protéger le métal avec des plaques, des projections à base de plâtre, de vermiculite, ou des peintures intumescentes. Il est possible de marier le métal et le béton ou d’utiliser des écrans.

Composants de l’acier des containers maritimes / Def acier corten

Le conteneur maritime est très généralement construit en acier Corten, très résistant aux écarts de températures et à la corrosion. Ainsi au contact de l’air une couche auto-protectrice d’oxydes se forme sur le métal, de couleur rouille. Cette dernière qui lui donne une très bonne résistance dans le temps.

Chimiquement l’enrichissement en cuivre de l’acier Corten permet cette patine. Le phosphore, lui aussi présent, renforce cette action et donne une oxydation plus régulière et aide à la « cicatrisation » lors des coups et autres rayures. Le dioxyde de soufre, le chrome et le nickel améliorent l’étanchéité du matériau à l’eau.

Les containers maritimes d’occasion, même avec leurs traces de rouille, restent donc solides pour un bon nombre d’années.

A titre d’exemple un acier de construction perdra 2,6 fois plus de matériaux qu’un acier Corten en 10 ans.

L’acier corten est un acier auquel un certain nombre d’éléments, tels que le phosphore, le cuivre, le chrome, le nickel, le molybdène, ont été ajoutés afin d’en accroître la résistance à la corrosion atmosphérique par la formation d’une couche auto-protectrice d’oxydes sur le métal de base sous l’influence des conditions atmosphériques.

Le container maritime et sa résistance au feu

Container et étanchéité

Les containers maritimes sont conçus pour être étanches à l’air et à l’eau. Fermés, ils sont donc un lieu de confinement dans lequel, faute d’apport d’oxygène, un feu ne peut pas se développer.

L’acier est ininflammable et le confinement représenté par le container empêche tout développement d’incendie à l’intérieur de celui-ci.

A notre connaissance, une seule étude scientifique a été menée à ce jour :

Le 2 juin 1973, les navires SS CV Sea Witch et SS Esso Brussels sont entrés en collision, provoquant un incendie qui a causé la destruction complète des 285 containers répertoriés à bord. L’incendie n’a pas démarré au niveau du point de stockage des containers mais par propagation et inflammation de la cargaison de pétrole brut transportée.

Suite à cette catastrophe, une étude a été menée par les Gardes Côtes Américains dans leurs laboratoires de Mobile en Alabama. L’étude complète est visible dans le lien ci-dessous et les résultats des tests menés sont les suivants.

Expérience d’essai d’incendie sur un conteneur maritimes

Lors de cette expérience d’essai d’incendie sur différents conteneurs maritimes la défaillance des panneaux latéraux ou d’extrémité des containers en acier ne s’est produite dans aucun des tests. En effet, il est apparu que les conteneurs en acier n’atteignaient pas la température critique au cours de ces tests.

Il a ainsi pu être démontré qu’un incident résultant de la prise en feu d’une marchandise à l’intérieur d’un container normalement entretenu, dans la grande majorité des cas, ne mettra pas en danger les containers environnants. Toutefois, une pile de containers exposée à un feu extérieur durant environ un peu plus de 5 minutes se détériorera probablement avec des risques de déformation et d’effondrement, et avec des risques de propagation aux piles environnantes. Ce phénomène a été observé de manière identique quel que soit le type de matière dont étaient constitués les containers mis en test. De ce fait, il n’est pas apparu nécessaire de conseiller un changement dans le mode de construction des containers dans le cadre de la lutte contre le feu à bord des navires.

Ce qu’il faut retenir

Concernant le comportement de l’acier en présence du feu, ce qu’il faut retenir c’est :

L’acier ne brûle pas, ne dégage pas de gaz, ne se romp pas. Il devient élastique, se déforme et il retrouve ses qualités et performances d’origines après refroidissement.

Il existe toutefois différents moyens de protéger une structure métallique pour augmenter sa résistance au feu.

Pour ce qui est des containers : le feu ne peut se développer à l’intérieur de par le caractère confiné du conteneur.  

En cas de feu se produisant à l’extérieur, la structure acier du container pourra se déformer mais elle ne brûlera pas.