Domaine technique

La présente invention concerne d'une manière générale les éléments de construction coupe-feu et plus particulièrement les portes coupe-feu. Etat de la technique

Les éléments de construction coupe-feu, en particulier les portes coupe-feu « CF » sont testées selon des normes dont les courbes de montée en température se rapprochent le plus possible d'un feu réel dans un bâtiment, sous la forme de courbe « enveloppe » de synthèse des phénomènes. Ces tests ont lieu dans une paroi maçonnée de fours d'essai, normalisés au niveau européen, et lors de ces essais on mesure la stabilité du bloc porte comprenant la feuille de porte et le chambranle, son étanchéité aux flammes et son isolation thermique.

En cas de succès à de tels tests, et en fonction des critères d'acceptation nationaux, la porte peut être qualifiée de CF 30 minutes, CF 60 minutes, CF 90 minutes, CF 2 heures, CF 4 heures. Il est à noter que ces mesures de classement, si elles sont dépassées, peuvent en pratique permettre des extensions de classement des portes testées.

Les pays ont des niveaux d'exigences différents : certains prennent en compte uniquement la stabilité sans exiger l'isolation, ou encore ce dernier critère est d'importance réduite. Certains pays prennent en compte l'isolation et l'étanchéité selon des normes européennes appelées et l ₂ .

Pour une isolation thermique h, en résumé des normes iso européennes auxquelles il faut se référer, l'élévation moyenne de température sur la face non exposée du vantail ne doit pas dépasser de plus de 140 °C la température moyenne initiale, avec une élévation de température maximale, en tout point du vantail, limitée à 180 °C. Pour l'isolation h, aucune mesure de température ne peut être effectuée à moins de 25 mm du bord visible du vantail. Pour une isolation thermique , l'élévation de température en tout point du dormant ne doit pas dépasser 180 °C, mesurée à 100 mm de la bordure visible (sur la face non exposée) du vantail.

Par conséquent, prend en compte l'isolation totale du bloc-porte (y compris des bords du vantail et de l'huisserie), alors que I ₂ se limite à une isolation partielle du bloc-porte (partie centrale du vantail uniquement jusqu'à 100 mm des bords).

En pratique, la règle est donc que l'on ne peut avoir un point chaud dont la température aurait une augmentation de plus de 180 °C et que la moyenne des points mesurés ne puisse dépasser une augmentation de 140 °C. Dans le cas h, on mesure notamment la température par thermocouple fixé sur une surface éloignée de 2,5 cm des bords de porte, alors que dans le cas de I ₂ , cette surface de mesure est éloignée de 10 cm des bords, conformément aux règles européennes applicables en 201 1 auxquelles il faut se référer.

Par ailleurs on comprend que les bords de portes sont critiques car la température du four d'essai est portée graduellement selon une courbe définie à plus de 900°C, et la porte subit une surpression permettant aux flammes de passer prioritairement par les interstices entre le chambranle et la feuille de porte ; la température est plus intense aux coins qui est le rassemblement des parties horizontales et verticales de la feuille de porte. Donc les zones les plus critiques sont situées en périphérie de la feuille de porte et surtout dans les coins supérieurs.

Ces normes pour les essais de portes isolées correspondent à la température admise pour aux personnes d'un compartiment d'évacuer ce compartiment sans que la radiation ne chauffe excessivement l'air (ce qui peut être létal), ni que des flammes ne passent, et pour permettre aux personnes d'un compartiment d'avoir la possibilité de se mettre en sécurité dans un autre compartiment.

Une porte coupe-feu réussissant les tests d'isolation donne donc le maximum de garantie d'intégrité physique lors d'un incendie.

Objet de l'invention

Un objet de la présente invention est de proposer un élément de construction dit coupe-feu, en particulier un vantail de feuille de porte, présentant une résistance prolongée au feu et en particulier une augmentation de température moins rapide et/ou plus homogène sur la face non exposée au feu et de préférence sur les points faibles de la porte lors des essais au feu.

Description générale de l'invention

Afin de résoudre le problème mentionné ci-dessus, la présente invention propose un élément de construction coupe-feu, en particulier vantail de porte coupe-feu, comprenant comprenant deux panneaux, des espaceurs placés entre lesdits panneaux et auxquels sont fixés lesdits panneaux dans lequel une (première) couche isolante, foisonnante vaporisante et/ou intumescente est placée entre les panneaux et les espaceurs. Selon l'invention, l'élément de construction coupe-feu comprend en outre, à certains endroits entre lesdits panneaux, un ou plusieurs répartiteurs de chaleur comprenant chacun un élément thermoconducteur creux ou en forme de U comprenant une (deuxième) couche vaporisante et/ou intumescente sur au moins une des faces intérieures de l'élément thermoconducteur creux ou en forme de U. Une (troisième) couche isolante, foisonnante vaporisante et/ou intumescente supplémentaire est placée entre les panneaux et le ou les répartiteurs de chaleur.

Un autre aspect de l'invention concerne un répartiteur de chaleur pour éloigner la chaleur des points chauds d'un élément de construction lors de feu réel ou de tests officiels, qui comprend un élément thermoconducteur creux ou en forme de U muni d'une (deuxième) couche vaporisante et/ou intumescente sur au moins une de ses faces intérieures.

Selon l'invention, l'élément thermoconducteur et la couche vaporisante et/ou intumescente sont associé(e)s à un élément ou moyen de guidage interne pour les gaz vaporisables de la couche vaporisante et/ou intumescente intérieure. Ce moyen de guidage interne joue donc le double rôle de renforcement de la structure à froid et d'amélioration du caractère de répartition de chaleur, car évitant l'affaissement du produit au cours du temps et permettant de guider le gaz vaporisé vers un autre endroit à l'intérieur de l'élément de construction.

Un tel moyen de guidage interne peut représenter une conduite ou un tube, éventuellement ouvert (en forme de U), dont une extrémité se trouve à proximité de la couche interne vaporisante et/ou intumescente et l'autre dans une région plus éloignée, de préférence à un endroit a priori moins sollicité thermiquement. Comme indiqué ci-dessus certains points ou régions sont plus sollicités lors d'un incendie et auront tendance à s'échauffer plus rapidement que d'autres, surtout en périphérie et à l'endroit de fixation des paumelles.

L'avantage majeur de l'élément de construction et du répartiteur de chaleur proposés, est que l'élément thermoconducteur associé à la (deuxième) couche vaporisante et/ou intumescente et l'élément de guidage interne permet de répartir, éloigner ou dissiper l'énergie sur une région plus grande de l'élément de construction et ceci même longtemps après l'installation. Il s'ensuit que l'augmentation locale de la température aux points dits chauds sera plus faible et l'augmentation générale sera plus homogène.

Si les répartiteurs de chaleur sont placés de manière judicieuse (c'est-à-dire en fonction de la nature de l'élément de construction, de sa géométrie, etc.), c'est-à- dire de préférence aux endroits les plus sollicités en cas de feu, ils permettent d'allonger le temps de résistance au feu de l'élément de construction entier, c'est- à-dire le temps pendant lequel cet élément de construction peut empêcher le réchauffement excessif de l'air dans le compartiment non atteint par le feu, respectivement la propagation du feu entre deux compartiments séparés par cet élément de construction.

Le terme « isolant » désigne un matériau isolant thermique, c'est-à-dire un matériau ayant une faible conductivité thermique. Le terme « foisonnant » désigne un matériau qui sous l'effet prolongé de la chaleur excédant une certaine température, par exemple 70°C se dilate. Le terme « vaporisant » indique d'une manière générale un matériau libérant un gaz par vaporisation en absorbant de la chaleur de vaporisation. Finalement, le terme « intumescent » définit un matériau à la fois « foisonnant » et « vaporisant », c'est-à-dire qui se dilate sous l'effet de la chaleur et libère un gaz par vaporisation. Une couche intumescente dans le contexte de la présente invention est donc constituée d'un matériau qui sous l'effet prolongé de la chaleur excédant une certaine température se dilate et, de préférence, libère un gaz par vaporisation, par exemple de la vapeur d'eau. Il est à noter qu'un matériau « foisonnant » ou « intumescent » après dilatation devient plus isolant, et ce par réduction de sa densité due à la dilatation. Des exemples de matériaux isolants appropriés sont la laine de roche ou de verre ; des exemples de matériaux foisonnants appropriés sont le silicate de soude, le plâtre ; des exemples de matériaux vaporisants appropriés sont les matériaux et composés hydratés, en particulier les silicates hydratés, les sulfates hydratés, etc. ; et des exemples de matériaux intumescents appropriés sont le Palusol, etc.

La couche entre la surface intérieure des panneaux et la surface extérieure des espaceurs et la couche entre la surface intérieure des panneaux et la surface extérieure des répartiteurs de chaleur peuvent être identiques ou différentes et être constituées chacune d'une seule couche isolante, foisonnante, vaporisante ou intumescente, ou encore elles peuvent comprendre une combinaison de plusieurs sous-couches choisies indépendamment parmi des matériaux isolants, foisonnants, vaporisants et intumescents. De plus, lorsque ces couches sont des couches vaporisantes et/ou intumescentes, elles peuvent être similaires ou différentes de celle fixée à l'intérieur du répartiteur de chaleur.

Grâce à l'invention, il est possible d'améliorer le temps de résistance au feu sans fondamentalement changer la structure d'éléments de construction connus. L'effet observé est significatif et permet des améliorations d'au moins 10%, sinon nettement plus selon des essais officiels effectués sur porte de dimensions normales de 2 m x 1 m (Université de Liège, Belgique) ou de grandes dimensions (supérieures à 3 m x 3 m, selon les tests du CTICM France). Dans ce dernier essai, l'élément thermoconducteur a été posé horizontalement entre les coins supérieurs de la feuille de porte.

En fait, l'effet est quadruple : 1 ) les couches externes aux espaceurs ou au répartiteurs de chaleur retardent le passage de la chaleur du panneau exposé au feu vers la structure interne, soit simplement par isolation intrinsèque, soit par vaporisation, soit par réaction endothermique de vaporisation, soit par isolation en cas de besoin due à la dilatation (ou par une combinaison de ces effets), 2) l'élément thermoconducteur du répartiteur de chaleur répartit la chaleur par conduction, 3) la couche vaporisante et/ou intumescente du répartiteur de chaleur (sur la face intérieure de l'élément thermoconducteur) refroidit localement l'élément thermoconducteur lors de la vaporisation et 4) le gaz chaud entraîne la chaleur par convection vers des régions plus froides de l'élément de construction. Le transfert calorifique par convection, respectivement le déplacement du gaz chaud à l'intérieur de l'élément de construction est rendu possible ou du moins significativement amélioré par l'utilisation d'un moyen de guidage interne tel que mentionné ci-dessus. II est à noter dans ce contexte que le document FR 2 606 651 décrit l'utilisation de certains composés silicatés même à l'intérieur de structures creuses de portes ou d'encadrement de portes afin de bénéficier de l'effet de vaporisation endothermique. Cependant, dans ce document, ces espaces creux ou canaux sont remplis de ces matériaux, ce qui empêche en soi toute convection significative à l'intérieur de l'élément.

Pour pallier à ce problème, ce document connu propose de prévoir des trous dans la paroi de ces canaux vers l'extérieur de l'élément de construction afin d'évacuer les gaz de vaporisation dans des espaces existant entre éléments de construction adjacents. Or cette solution présuppose la présence d'espaces entre éléments adjacents (ce qui n'est pas toujours le cas) et limite d'autre part en pratique la taille de chacun des éléments. De plus, cette solution « extérieure » (qui n'est pas à confondre avec le moyen de guidage interne décrits ici) présente souvent le problème supplémentaire que réchauffement par les gaz de vaporisation est transmis à des endroits immédiatement adjacents à ceux qui sont déjà thermiquement les plus sollicités. En pratique, l'effet de refroidissement de ces endroits fortement sollicités est donc relativement réduit.

Un espaceur dans le sens de l'invention sert à maintenir en toute circonstance les panneaux de l'élément de construction à une certaine distance l'un de l'autre. En fait, pour remplir la fonction d'élément coupe-feu, il est nécessaire qu'au moins sur la majorité de la surface des panneaux, il n'y ait pas de contact entre les panneaux pour éviter la conduction directe de chaleur d'un côté de l'élément vers l'autre (c'est-à-dire d'un compartiment en feu d'un bâtiment à un autre). Bien que les bords repliés des panneaux puissent être fixés (par exemple soudés) ensemble et faire office d'espaceurs, les bords des panneaux opposés sont de préférence séparés en tout point par un élément non thermiquement conducteur, comme décrit ci-dessous. L'espace entre les panneaux opposés (encore appelée âme) de l'élément de construction, non occupé par d'autres éléments (espaceurs, répartiteurs de chaleur, etc.) est généralement rempli d'un matériau isolant, tel que ceux définis ci-dessus.

Dans une variante préférée, au moins certains des espaceurs de l'élément de construction sont reliés entre eux et forment un cadre de support métallique creux, respectivement une ossature tubulaire interne revêtue à l'extérieur d'une première couche isolante, foisonnante vaporisante et/ou intumescente placée entre les panneaux et l'ossature. Cette ossature interne peut être utilisée pour fixer dans sa partie intérieure, verticalement ou horizontalement l'élément thermoconducteur (par exemple en aluminium, en cuivre ou en tôle acier mince (moins de 1 mm)). Le cadre servant d'ossature est avantageusement en acier. De préférence, ce cadre de support métallique creux comprend des profilés tubulaires sur au moins un, de préférence au moins trois côtés, en particulier sur tous les côtés de la périphérie de l'élément de construction, mais peut également comporter des traverses. Dans une variante supplémentaire, le cadre de support métallique creux comprend des profilés tubulaires de section polygonale, de préférence rectangulaire, carrée ou en U.

La fixation des différentes parties du cadre entre elles peut se faire de manière connue par tout moyen approprié, de préférence par soudage, notamment aux coins à 45°. Dans une variante préférée de l'élément de construction, le cadre métallique creux (l'ossature tubulaire interne) représente lui-même l'élément thermoconducteur d'un répartiteur de chaleur, c'est-à-dire il comprend, au moins à certains endroits, dans sa partie interne, une couche vaporisante et/ou intumescente. Néanmoins, pour certaines applications plus exigeantes, le cadre métallique creux peut comprendre en outre sur une ou plusieurs de ses faces internes un ou plusieurs éléments thermoconducteurs supplémentaires, de préférence en matériaux davantage thermoconducteurs ou plus légers que le matériau constituant le cadre, par exemple en aluminium ou en cuivre. Dans ce dernier cas la couche vaporisante et/ou intumescente est appliquée sur l'élément thermoconducteur du côté distal par rapport au cadre ou à l'ossature.

Les panneaux peuvent avoir un bord franc/droit sur la périphérie de l'élément de construction. Pour certaines applications cependant, lesdits panneaux sont de préférence repliés sur au moins une partie de la périphérie de l'élément. De préférence, les panneaux sont repliés sur au moins une partie de la périphérie de l'élément de construction, mais sans que leurs bords soient fixés ensemble ou même se touchent pour éviter un pont thermique entre les deux panneaux. Avantageusement, les bords sont séparées (au moins aux endroits repliés) par un élément peu conducteur de chaleur ou isolant, avantageusement non thermiquement conducteur, de préférence en matière plastique.

Les panneaux peuvent être indépendamment l'un de l'autre en métal, de préférence en tôle, ou en matière synthétique résistant au feu, de préférence à base de résines phénoliques ou de copolymères phénoliques ; ou encore en un matériau composite ou stratifié composé de plusieurs matériaux différents.

Un aspect supplémentaire de l'invention concerne un élément de construction qui est un vantail ou battant de porte, de préférence selon le système dit affleurant. Un autre aspect de l'invention concerne un ensemble feuille de porte et chambranle ou bloc-porte comprenant un élément de construction tel que décrit précédemment fixé à un chambranle au moyen d'au moins deux paumelles.

Dans le cas de paumelles fixées par une douille traversant l'ossature métallique, il est proposé de prolonger cette douille au-delà de cette ossature, en la chargeant de matériau vaporisant/intumescent pour que la vapeur d'eau ou le gaz vaporisé se disperse au sein du matelas isolant constituant la partie interne centrale (âme) de la feuille de porte. Bien entendu cette douille peut également, au niveau interne de l'ossature, être en contact avec un répartiteur de chaleur tel que décrit ici, placé par exemple verticalement.

L'invention s'étend à un répartiteur de chaleur (ou système d'éloignement des points chauds) tel que décrit ci-avant, incorporant un élément thermoconducteur et une matière vaporisante et/ou intumescente dont les gaz sont dispersés à distance de ces points chauds.

Brève description des dessins

D'autres particularités et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description détaillée de quelques modes de réalisation avantageux présentés ci- dessous, à titre d'illustration, en se référant aux dessins annexés. Ceux-ci montrent: Fig. 1 : est une vue de face d'un élément de construction 1 selon l'invention ;

Fig. 2: est une coupe partielle d'une variante de l'élément de construction au niveau d'un de ses bords ;

Fig. 3: est une vue de face d'un autre élément de construction ; Fig. 4: est une coupe transversale partiellement éclatée à travers une autre variante de l'élément de construction ;

Fig. 5: est un graphique typique de l'évolution de la température sur le panneau non-exposé au feu d'un élément de construction selon l'invention par comparaison à un élément conventionnel similaire ; et Fig. 6: est une vue isométrique schématique d'un coin d'une variante de l'élément de construction.

Fig. 7 : est une coupe du tube servant d'ossature, montrant sur une de ses faces internes un élément thermoconducteur en U, auquel est fixé l'élément intumescent/vaporisant aussi en U ayant en son centre une tôle mince de fixation également en U.

Fig. 8 : est une coupe de paumelle vissée dans une douille se prolongeant vers le matelas de laine de roche et revêtue de l'élément intumescent/vaporisant.

Description d'exécutions préférées

Le Figure 1 montre la position des thermocouples 2 et 3 fixés sur une porte coupe- feu CF 1 lors d'essais normalisé au feu, positionnés notamment sur les diagonales du rectangle de feuille de porte.

Le thermocouple volant 2 est illustré à titre d'exemple dans la zone périphérique supérieure à 2,5 cm des bords de porte CF et le thermocouple volant 3 dans la zone supérieure à 10 cm de ces bords. Pour réussir les essais, ces thermocouples ne doivent pas détecter un point chaud supérieur à 180°C par rapport à la température de la pièce où l'essai a lieu.

La Figure 2 montre une coupe de l'ensemble élément thermoconducteur 6 revêtu sur au moins ses trois côtés externes de l'isolant intumescent 5, et sur sa ou ses parties internes, d'un isolant intumescent interne 7, ce matériau étant muni de moyens de guidage interne 8 actifs lors du fluage ou gonflement au feu de l'isolant foisonnant et/ou intumescent 7. Les moyens de guidage interne 8 peuvent présenter des perforations dans leurs parois.

Il est à remarquer que le tube fermé 6 agit comme un tunnel, disposant d'une gaine de transport calorique, des points chauds vers des zones plus froides. Des essais ont montré que la dispersion calorifique se produit par avancement successifs, de telle sorte que le phénomène n'est pas instantané mais progressif, ce qui allonge sa durée et permet de gagner de précieuses minutes.

La Figure 3 montre une porte CF 1 largement vitrée (vitre 9) munie de répartiteurs de chaleur 10, par exemple du type détaillé dans la figure 2 La Figure 4 montre une coupe dans une porte CF métallique avec ses panneaux 15 de recouvrement repliés sur ses chants et comprenant une ossature tubulaire interne 4 de la porte, un élément thermoconducteur 6 en aluminium ou autre matériau thermoconducteur, l'élément intumescent intérieur 7, le guide interne 8 central maintenant d'une part l'élément intumescent en contact intime avec l'élément thermoconducteur et obligeant d'autre part le produit pris en sandwich d'évacuer sa vapeur vers l'élément conducteur de calories et donc de le refroidir. L'âme de la porte est remplie d'un matériau isolant 14.

La figure 5 montre la courbe 1 1 d'augmentation de la température (Δί en K) mesurée en fonction du temps (minutes) lors d'essais sur le coin supérieur d'une porte munie de répartiteurs de chaleur 10 (fig. 3), par comparaison à la courbe 12 qui montre un tel essai dans une porte non munie de ce système. Cette comparaison montre l'effet technique du gain de plusieurs minutes sans atteindre la limite des 180°C, même en zone réduite lors d'une prise de température à plus de 2,5 cm des bords (critère h). La figure 6 décrit une vue d'un coin de porte métallique (sans les panneaux) dont l'ossature interne 17 est soudé au coin 16 contient le répartiteur de chaleur 10 (montré schématiquement), situé verticalement et horizontalement, un espace d'air étant gardé éventuellement entre le coin de l'ossature métallique et le répartiteur 10. La figure 7 montre schématiquement une variante de la figure 2 et représente une coupe d'un profilé en U 4 agissant comme ossature interne de la feuille de porte et comme élément thermoconducteur, incorporant une couche interne intumescente/vaporisante 7 formant un canal de guidage interne 8. Le profilé en U 4 est couvert d'une couche externe intumescente/vaporisante 5.

La figure 8 montre une coupe partielle à travers un ensemble feuille de porte et chambranle, dans lequel une paumelle 18 est reliée d'un côté au chambranle 20 et de l'autre par vissage dans une douille 19 traversant l'ossature interne 17 de la porte. La porte comprend un premier panneau 21 et un deuxième panneau 22. Les bords des panneaux (p. ex. le bord 23 du premier panneau 21 ) sont repliés sur le chant de la porte. L'ossature interne 4 est couverte sur trois côtés par une couche intumescente 5. La douille 19 traverse l'ossature interne 4 et est enrobé d'un matériau intumescent. Ce matériau lorsqu'il est soumis à une température suffisante (dans le cas d'un feu) se vaporise du moins en partie et les gaz peuvent s'échapper par des orifices 26 et l'extrémité ouverte de la douille vers le matériau isolant 14 de l'âme de la porte.

Légende :

1 Élément de construction vu de face

2 et 3 Thermocouples

4 Cadre de support ou tube

5 Couche externe à l'ossature

6 Élément thermoconducteur en contact interne avec l'ossature

7 Couche interne de l'élément intumescent/vaporisant l'ossature

8 Moyen de guidage interne

9 Panneau vitré

10 Répartiteur de chaleur

1 1 Courbe d'évolution de la température (selon l'invention)

12 Courbe d'évolution de la température (état de la technique)

14 Isolant

15 Panneau ou tôle

16 Soudure du coin du cadre

17 Ossature interne

18 Paumelle à visser dans la douille 19

19 Douille prolongée pour vissage de paumelle 18 au châssis interne 17

20 Chambranle

21 1 ^er panneau

22 2 ^e panneau

23 Bord replié du 1 ^er panneau

24 Couche intumescente

25 Intérieur de l'ossature

26 Perforation dans la douille