Réaction et résistance au feu des matériaux composant les trains EN 45545-2 et EN 45545-3

Vendredi 08 Juillet 2022

Réaction et résistance au feu des matériaux composant les trains

La sécurité incendie dans les transports ferroviaires est cruciale. Elle est pensée dès la conception des véhicules et infrastructures associés avec le choix de matériaux ignifuges.

À la différence d'autres secteurs comme le bâtiment, les scénarios d'incendie sont caractérisés par des temps de mise en sécurité généralement courts et des espaces confinés, entraînant fréquemment l'exposition des personnes.

Les matériaux de fabrication des sols, les revêtements, les câbles, les mousses isolantes peuvent prendre feu, et dans ce cas, la rapidité de l'évacuation des usagers du train est déterminante.

Pour protéger les passagers et le personnel à bord des trains en et prévenir les incendies, la norme EN 45545 est parue en 2013, et rendue définitive en 2016.

Après avoir rappelé ce que sont la réaction et la résistance au feu des matériaux et leurs classifications, nous nous intéresserons plus particulièrement à la norme EN 45545 et à ses sous-parties, une norme qui encadre les savoir-faire des fabricants de véhicules ferroviaires, notamment les trains à grande vitesse, les trains régionaux, les tramways, les métros et les trains à deux étages.

I Réaction et résistance au feu des matériaux : le rappel

Zoom sur la réaction au feu des matériaux : EN 45545-2

La réaction et la résistance au feu des matériaux de construction sont deux notions différentes.

La réaction au feu des matériaux

La réaction au feu, qui correspond à la vitesse de mobilisation de la masse combustible de materiaux et sa contribution au développement de l’incendie »  c'est-à-dire sa capacité à alimenter un incendie, ainsi qu’à favoriser son développement.

La résistance au feu des matériaux : EN 45545-3

La résistance au feu est le temps durant lequel un élément de construction (dans un navire, pont, pont principal, portes…) conserve ses propriétés physiques et mécaniques lorsqu’il est exposé à un incendie, ainsi que le temps durant lequel il joue son rôle de limitation de la propagation du feu.

La résistance au feu, c'est-à-dire le temps pendant lequel les éléments de construction (dans un navire, pont, pont principal, portes…) conserve ses propriétés physiques et mécaniques lorsqu’il est exposé à un incendie, ainsi que le temps durant lequel il joue son rôle de limitation de la propagation du feu. Les performances de résistance au feu évaluées au moyen d’actions thermiques prédéterminées sont exprimées en degrés ou classes. Ces degrés, ou classes, sont directement liés aux durées pendant lesquelles les produits, éléments de construction et d’ouvrages satisfont aux critères de performance retenus, en fonction du rôle qui leur est dévolu du point de vue de la sécurité.

La résistance des matériaux en cas d'incendie s'exprime en temps, qui sont en quarts d'heures : (1/4h,1/2h, 3/4h, 1h, 1h1/2, 2h, 3h, 4h, 6h). Si une porte est coupe-feu pendant 3 heures, on dit qu'elle est EI180. Si un mur non porteur est pare-flamme pendant 15 minutes, on dit qu'il est E15, etc.

En laboratoire, la résistance est analysée selon 4 critères :

• Résistance mécanique
• Étanchéité aux flammes et aux gaz chauds
• Non-émission de gaz,
• Isolation thermique

Cela donne ;

• la catégorie R : résistance mécanique ou stabilité du matériau
• la catégorie E : étanchéité du matériau aux flammes et au gaz
• la catégorie I : isolation thermique du matériau, obligatoirement utilisée en complément d'une classification R ou E

Avec un complément d'un ou deux chiffres exprimant les minutes. En cas d'incendie, si une cloison non structurelle  est coupe-feu pendant 2 heures, on dit qu'elle est EI 120.

II Tout savoir sur la norme EN 45545

On l'a dit, la sécurité incendie est prise en compte dès la conception des véhicules.

L'objectif principal reste bien sûr l'évacuation des passagers, grâce à la détermination de 5 paramètres caractéristiques du feu, qui sont :

• L’allumabilité
• La propagation de la flamme
• Le débit calorifique dégagé
• L’opacité des fumées
• La toxicité des fumées

La norme EN 45545 a été conçue pour harmoniser les différents systèmes de gestion des transports ferroviaires européens. Elle se divise en 7 parties ; les normes feu-fumées appartiennent à la partie "2" (soit la EN 45545 - 2).

Cette partie spécifie les méthodes d’essai, les conditions et les contraintes en matière de réaction eu feu des produits et matériaux. Elle s'applique à l'ensemble des produits et matériaux utilisés à bord de véhicules ferroviaires, y compris les revêtements de sol, les sièges ainsi que les câbles des véhicules ferroviaires.

II-1 Objectifs de l'EN 45545-2

• Réduire considérablement la probabilité de survenue d’incendie à bord des véhicules ferroviaires
• Limiter la propagation de l’incendie par des spécifications des matériaux selon leur catégorie d’exploitation et les mesures pour le contenir
• Minimiser les conséquences de l’incendie sur les passagers (minimiser les effets de l’incendie en termes de chaleur, fumée et gaz toxiques sur les voyageurs et le personnel de bord par des spécifications des matériaux installés dans les véhicules ferroviaires)
• Permettre aux personnels et aux passagers de quitter le véhicule en cas d'incendie sans assistance extérieure et d'atteindre une zone sûre.

Cette nouvelle norme est structurée de la manière suivante :

• Les catégories de véhicule (4 catégories) et le type de design de véhicule (4 types) conduisent à 3 niveaux de risque (Hazard Levels): HL1, HL2, HL3 (HL3 étant le moins bon).
• L'usage final de la pièce, son application et sa situation dans le véhicule déterminent les exigences requises notées "R" (il y en a 26, R pour “requirements”). On a ainsi défini 68 types de composants : intérieur, extérieur, pièce électromécanique, pièce mécanique.

Pour chaque exigence notée R, il existe une série de tests à réaliser pour chacune des pièces, afin de déterminer sa conduite face au feu, à la fumée et à la toxicité. Ces exigences sont déterminées par l’exploitant. Une exigence R définit, par exemple, la consommation d’oxygène, la puissance calorifique et la toxicité.

Certains composants sont donc répertoriés dans une liste. Pour d’autres, on tient compte de la surface exposée, de la masse combustible et de l'environnement

Exemples d'exigences R

• Surfaces intérieures horizontales/verticales : plafond, murs, cadres de fenêtres et écrans d’affichage (R1)
• Joints intérieurs, les bobines, bobines d’inductance et contacts (R22/R23)
• Produits placés à l'extérieur (R1, R7 à R9, R17, R23)
• Cartes et circuits imprimés (R24/25)
• Petits produits électroniques (R26)

II-2 Qu'apporte la nouvelle norme EN 45545-2 par rapport au classement F ?

Les laboratoires réalisent toujours des essais de réaction au feu pour le ferroviaire selon le classement F et également selon le classement M.

Ces essais prennent en compte l'opacité et la toxicité des fumées, et sont généralement effectués sur des produits qui servent à la rénovation des trains.

Le principal avantage de la norme EN 45545-2 est son harmonisation au niveau européen.

Pour les performances déterminées, l'opacité des fumées est semblable à celle mesurée au classement F, à l'exception des monoxydes d'azote qui ont été intégrés sur la norme européenne.

L'aspect propagation de flammes et le débit calorifique étaient des paramètres peu abordés dans le classement F, ce qui est un plus apporté par la norme EN 45545-2.

Les CREPIM réalise l'ensemble des essais relatifs aux normes EN 45545-2 et EN 45545-3

Pour l'EN 45545-3 : essais sur maquette suivant les basiques EN 1364-1, EN 1364-2 et EN 1634-1

Pour l'EN 45545-2 : 95% des exigences ( R1, 2 etc…)

• ISO 5658-2
• ISO 5659-2
• ISO 5660-1
• ISO 9239-2
• NF EN 45545 : Annexes A, B, relatives au matériel rembourré ou EN 16989
• NF EN 45545 : annexe C : relative à l’analyse des fumées : EN ISO 5659-2 + analyse en dynamique des produits de dégradation par IRTF ou EN 17084
• liste non exhaustive....

Mais également pour le secteur ferroviaire américain : NFPA130 / FRA  standards

•  ASTM C 1166       
• ASTM E 162
• ASTM E 662
• ASTM E 648
• BSS 7239
• ASTM E 1354

Enfin pour le référentiel français NF F 16-101

Classement M

• EN ISO 1716
• NF P 92-501
• NF P 92-503
• NF P 92-504
• NF P 92-505

Classement I 

• NF EN 60695-2-1-10/11
• ISO 4589-2

Classement F 

• NF X 10-702
• NF X 70-100

Conclusion

Quand on sait que la durée de vie d'un train est de 40 ans, on comprend qu'il est déterminant de bien choisir des matériaux ignifuges dans la fabrication de véhicules ferroviaires. Ceux-ci doivent résister au feu et aux fumées, tout en étant respectueux de l'environnement.