5.7.1. LES SYSTÈMES D'EXTINCTION AUTOMATIQUE À EAU TYPE SPRINKLEUR

Caractéristiques principales d'un système

Le rôle d'une installation de sprinkleurs est de déceler un foyer d'incendie, de donner une alarme et de l'éteindre à ses débuts ou au moins de le contenir de façon que l'extinction puisse être menée à bien par les moyens de l'établissement protégé ou par les sapeurs-pompiers.

La détection est faite par les sprinkleurs qui sont des détecteurs thermiques à température fixe. Le choix des températures et des emplacements sont fonction des caractéristiques des locaux et de leur utilisation.

L'alarme est donnée par l'intermédiaire d'une turbine hydraulique actionnant le gong d'alarme et par un pressostat de report d'alarme électrique placés à chaque poste de contrôle. Un report fiable et une réaction efficace du personnel alerté sont indispensables.

L'extinction est faite par l'eau déversée par les sprinkleurs. Le débit d'eau, le type de pulvérisation, la surface d'arrosage de chaque sprinkleur sont fonction du feu à éteindre. L'efficacité maximum est obtenue quand tout incendie peut être arrosé à ses débuts quel que soit son emplacement et avec la quantité d'eau nécessaire.

L'automaticité, garante de l'arrosage dès le début de l'incendie, est assurée par la qualité des sources d'eau qui doivent être capables à tout moment de donner le débit et la pression aux sprinkleurs ouverts pendant le temps nécessaire à l'extinction, ce qui implique en particulier :

- des quantités d'eau suffisantes ; - des organes de commande de groupes motopompes fiables ; - une énergie électrique ou thermique permanente.

Les installations de type sprinkleur sont le système d'extinction automatique le plus utilisé car :

- son ancienneté, plus de cent ans, a permis de constater ses grandes possibilités dans tous les pays et sur tous les types de feux ; - il utilise l'eau comme produit extincteur ; c'est le moyen le plus disponible, le moins onéreux et le plus efficace sur la quasi totalité des feux.

Température de fonctionnement

L'écart entre la température la plus élevée du local et la température de fonctionnement du sprinkleur doit être au minimum de 30 °C. Pour cela, on dispose, que ce soit en fusible ou en ampoule, d'une gamme allant de 57 à 343 °C dont le repérage se fait par la couleur de l'étrier ou de l'ampoule.

Diamètre

Les diamètres d'orifice utilisés sont de 10, 15 ou 20 mm. Les débits sont donnés par la formule

 

où Q est le débit en l/minute et P la pression en bar.

La valeur de K est la suivante :

- pour DN 10 : K = 57 ± 5 % ; - pour DN 15 : K = 80 ± 5 % ; - pour DN 20 : K = 115 ± 5 %.

Il existe des sprinkleurs à usage spécifique ayant un coefficient K de valeur 160, 200, voire 360.

Type d'arrosage

La pulvérisation va de la goutte du sprinkleur grosses gouttes à la très fine gouttelette des sprinkleurs à grande vitesse. La surface d'arrosage peut être un cercle, un demi-cercle ou une lame.

Présentation

Normalement en bronze, ils existent en chromés, inox, traités anti-corrosion, etc. et, suivant les modèles, peuvent être posés : debout, pendant, horizontal, semi encastré et même caché.

Emplacement

Il doit être choisi de manière à obtenir le déclenchement le plus rapide et le meilleur arrosage.

Pour le déclenchement, la position idéale de l'élément thermosensible est entre 75 et 150 mm du plafond ou de la toiture.

Pour l'arrosage, il faut éviter les perturbations dans la répartition de l'eau en tenant compte des obstacles horizontaux et verticaux existant dans la structure du bâtiment et dans l'utilisation des locaux. Ces deux éléments sont parfois en contradiction et les règles et donnent un certain nombre de directives définissant le meilleur compromis, par exemple :

- distance entre l'élément thermosensible et le plafond pouvant atteindre 450 mm dans le cas de toitures en dalle béton ; - dispositions spéciales pour les faux plafonds à lames.

Pour l'arrosage toujours, il faut veiller au recoupage des courbes d'arrosage et, de plus, avec le diamètre et la pression, un autre moyen d'augmenter la quantité d'eau est de multiplier le nombre de sprinkleurs agissant sur la même surface. Cela a conduit à imposer, suivant les risques, une surface couverte au maximum par sprinkleur et une distance maximale entre sprinkleurs :

- RFPC : 16 m² par sprinkleur et 4,50 m entre sprinkleurs ; - RC : 12 m² par sprinkleur et 4,50 m entre sprinkleurs ; - RTD : 9 m² par sprinkleur et 3,60 m entre sprinkleurs.

Entre sprinkleurs et murs, on prend la moitié de la distance.

DÉTERMINATION DES RESSOURCES EN EAU

La mise en place de moyens hydrauliques implique l'étude des ressources en eau nécessaires à leur alimentation.

En fait, la détermination des besoins en eau d'un site ou d'un bâtiment relève d'une démarche globale et doit prendre en compte l'ensemble des systèmes de protection internes (sprinkleurs, robinets d'incendie armés, extinction automatique à mousse, etc.), éventuellement reliés aux mêmes sources d'eau, ainsi que les moyens nécessaires à la défense extérieure contre l'incendie et l'existence d'autres moyens de sécurité incendie tels qu'une installation de détection automatique d'incendie ou la présence d'une équipe d'intervention.

Le document technique D9

Une évaluation des besoins en eau est définie dans le document technique D9 « Défense extérieure contre l'incendie - Guide pratique pour le dimensionnement des besoins en eau » (ce document peut être téléchargé sur le site www.cnpp.com). Etabli en collaboration par la Fédération Française des Sociétés d'Assurances (FFSA), le CNPP et l'Ecole nationale supérieure des officiers sapeurs pompiers (ENSOSP, anciennement INESC), ce référentiel propose une méthodologie applicable :

- aux habitations, bureaux ou Immeubles de Grande Hauteur ; - aux Etablissements Recevant du Public ; - aux industries.

Pour les bâtiments industriels, une liste de plus de 200 activités permet de définir des risques de classe 1, 2 ou 3.

Sur la base de 30 m³/h pour 500 m² (la surface de référence est délimitée par des murs coupe-feu 2 h ou par un espace libre de tout encombrement de 10 m minimum), un coefficient attribué aux différents critères retenus va ensuite minorer ou majorer le débit minimal requis. Ainsi, la classe de risque mais aussi la hauteur de stockage, le type de construction, la présence d'un accueil 24 heures sur 24, d'une détection d'incendie ou d'une équipe de seconde intervention, l'existence d'une installation sprinkleurs, vont permettre de déterminer la quantité d'eau minimale à prévoir, le nombre et la position des hydrants.

LES SOURCES D'EAU

L'alimentation

Pour alimenter correctement chaque sprinkleur, le réseau de canalisations le reliant à la source d'eau doit répondre à des critères hydrauliques et qualitatifs.

Les réseaux peuvent être ramifiés, bouchés ou maillés. Ils sont calculés en utilisant :

- la formule qui relie le débit à la pression du sprinkleur :

- la formule de pertes de charges linéaires de Hazen - Williams :

où

P : pertes de charge en mb par mètre de tuyau

Q : débit de l'eau en l/mn

C : constante pour le type de tuyau (120 pour l'acier)

d : diamètre intérieur du tuyau en mm

- un tableau transformant les pertes de charge singulières (coudes, tés, etc.) en longueurs équivalentes de tuyauteries.

Le matériel utilisé doit assurer le fonctionnement pendant un incendie et dans le temps, ce qui impose des choix qualitatifs et des conditions d'emploi tels que :

- tubes en acier noir, galvanisé ou inox ; - jonctions (soudures, brides, raccords) résistant aux coups de bélier, dilatations, température, ... ; - supportages renforcés tant pour la constitution que pour la fixation ; - pression dynamique au sprinkleur supérieure à 0,5 bar ; - diamètres supérieurs ou égaux à DN 25 ; - vitesse dans les tuyauteries inférieure à 7 m/sec, etc.

Les sources d'eau

Elles doivent être toujours en mesure d'assurer automatiquement l'autonomie de fonctionnement de l'installation aux pressions et débits requis.

Les sources d'eau admises sont les suivantes (ou une combinaison de ces systèmes) :

- réseau d'eau public surpressé ou non ; - réserves d'eau à charge gravitaire ; - pompes automatiques aspirant dans les réserves ; - réservoirs sous pression.

Lorsque le réseau d'eau public est capable de pourvoir à la fois aux besoins liés à un système sprinkleurs et aux besoins des services de secours extérieurs, il est envisageable de se raccorder sur ce réseau. Il convient d'être toutefois prudent pour des questions de fiabilité et de permanence du service. D'autres types (rivières, canaux, nappes phréatiques) peuvent servir de source sous certaines conditions. Les sources d'eau les plus courantes sont les pompes puisant dans un réservoir.

La définition des sources d'eau en fonction du risque est l'élément pour lequel on observe le plus de différences entre les règles d'installation. Le Comité Européen des Assurances en définit les grands principes et laisse la possibilité à chaque pays d'adapter en fonction de ses particularités.

Type de sources d'eau

La source A doit être capable d'alimenter à la pression et au débit les cinq sprinkleurs les plus défavorisés pendant 30 minutes. Dans les cas les plus courants, il s'agit d'une pompe de 60 m³/h puisant dans une réserve de 30 m³.

A noter à ce niveau, la spécificité de la règle APSAD R1 en ce qui concerne la source A : l'objectif est d'assurer une protection minimum, même en cas de défaillance de la source principale (source B).

La source B doit être capable d'alimenter, au débit requis, la totalité de la surface impliquée la plus défavorable (soit environ une trentaine de sprinkleurs) pendant :

- 30 min en RFPC ; - 60 min en RC ; - 90 min en RTD ; - 60 min pour les installations de type ESFR ; - 20 min pour les installations de type grosses gouttes.

Estimation rapide de la source B

Une analyse préalable du risque ayant permis de définir une densité (en l/m²/min) et une surface impliquée (en m²) pour chaque zone du site, le débit Q (en m³/h) de la source B s'estime de la façon suivante pour la zone qui requiert la densité la plus élevée :

(1,2 représentant le coefficient d'équilibrage hydraulique)

Le volume de la réserve s'obtient en multipliant le débit par l'autonomie requise.

Exemple pour un risque RTDA2 :

- densité : 10 l/m²/min ; - surface impliquée : 260 m² ; - autonomie requise : 1,5 h

soit un volume de réserve (Q × 1,5) égal à 280 m³.

Combinaison de sources d'eau

En fonction de la classe de risque et du nombre de sprinkleurs mis en place dans la zone la plus dangereuse du risque, on peut alimenter une installation sprinkleur avec :

- 1 source A ; - 1 source B ; - 1 source A + 1 source B (cas le plus courant) ; - 2 sources B.

Dans le cas où l'on utilise deux sources, elles doivent être indépendantes en alimentation d'eau et d'énergie.

LE POSTE DE CONTRÔLE

Le poste de contrôle doit donner l'alarme en cas d'ouverture d'un sprinkleur dans la zone qu'il contrôle. Le clapet d'alarme est l'organe essentiel dont l'ouverture permet l'alimentation en eau de la turbine hydraulique entraînant le gong d'alarme et le fonctionnement du pressostat d'alarme électrique.

Différents types de clapets permettent de réaliser les installations suivantes.

Dans les installations sous eau, les canalisations du réseau de protection sont remplies en permanence d'eau sous pression. C'est le système de base. Lors du déclenchement d'un sprinkleur, l'arrosage est immédiat. En cas de risque de gel, un antigel peut être prévu.

Dans les installations sous air, les canalisations du réseau de protection sont maintenues sous air comprimé en permanence. L'eau n'envahit le réseau que lorsqu'un ou plusieurs sprinkleur(s) se déclenchent. Le délai d'arrivée d'eau n'étant pas immédiat, la surface impliquée sera augmentée de 25 %, ce qui entraînera des sources d'eau plus importantes. Ces installations sont utilisées en cas de risque de gel et au-dessus de 100 °C.

Dans les installations alternatives, les canalisations du réseau de protection sont remplies d'air comprimé pendant les périodes de gel et d'eau sous pression le reste du temps ; l'alternance air/eau induit souvent, à long terme, des problèmes de corrosion.

Dans les installations à préaction, le réseau de protection est maintenu sous une légère pression d'air et le fonctionnement est prévu en deux temps :

- 1^er temps : une détection incendie plus rapide que la détection thermique du sprinkleur ouvre le clapet d'alarme et permet l'envahissement par l'eau du réseau de protection ; - 2^e temps : fonctionnement identique à celui d'une installation sous eau.

Ces installations sont choisies lorsqu'un risque de dégâts des eaux est particulièrement à craindre.

Il existe deux types d'installation à préaction :

- les installations à préaction de type A, inopérantes si la détection est hors service ; - les installations à préaction de type B, à préférer, qui fonctionnent comme une installation sous air si la détection est hors service.

Les installations déluge sont équipées de têtes de sprinkleurs ouvertes ; l'ouverture du clapet d'alarme et l'envahissement d'eau du réseau sont commandés par un système de détection automatique d'incendie, par un réseau de têtes de sprinkleurs fermées pilotant le poste déluge ou encore par une commande manuelle ; toute la zone est arrosée simultanément ; les systèmes déluge sont en général mis en place pour constituer des rideaux d'eau ou pour protéger des locaux à risque particulier (local de liquides inflammables par exemple).

Pour son fonctionnement, les travaux de maintenance et les essais, le poste de contrôle comporte aussi :

- une vanne d'arrêt de la zone reportée en alarme ; - une vanne de vidange de la zone ; - une vanne d'essai du gong d'alarme ; - des manomètres permettant le contrôle de l'état de fonctionnement du poste ; - des appareils annexes tels que : • accélérateurs et exhausteurs des clapets à air, • chambre de temporisation des gongs d'alarme.

Zonage

Un zonage peut être utile pour des raisons de fiabilité et de technique telles que :

- dimension de la protection ; - rapidité de l'intervention des autres moyens ; - mise hors service d'une partie de l'installation seulement ; - postes de contrôles différents, etc.

Il est réalisé habituellement au poste de contrôle en tenant compte de différentes obligations telles que :

- 1 poste de contrôle pour chaque type d'installation sous eau, sous air, etc. ; - 1 000 sprinkleurs maximum par poste à eau et 8 000 m² maximum couverts par poste ; - 500 sprinkleurs maximum par poste air, alternatif, à préaction en RC et RTD et 250 sprinkleurs maximum en RFPC ; - un poste séparé pour les réseaux intermédiaires ; ce poste ne doit pas couvrir plus de 4 000 m² ; - 500 sprinkleurs maximum par poste pour les installations ESFR et grosses gouttes.

RÈGLES TECHNIQUES, NORMES, MARQUAGE CE

Les référentiels de conception, d'installation et d'exploitation des systèmes d'extinction automatique à eau de type sprinkleur sont :

- les normes NF EN 12845 (éditées en décembre 2004) ; - la règle établie par le Comité Européen des Assurances (CEA), qui a servi de tronc commun aux différentes règles européennes ; CEA 4001 (éditée en mai 2002) ; - la règle APSAD R1 (éditée en octobre 2003) ; - La NFPA 13 : installations de systèmes sprinkleurs, 2002.

Tous ces documents sont relativement proches les uns des autres.

Matériels

Les normes de la série NF EN 12259 « Composants des systèmes d'extinction du type sprinkleur et à pulvérisation d'eau » fixent les exigences relatives à la construction et aux performances des éléments destinés à être installés dans les systèmes d'extinction automatique à eau du type sprinkleur.

Dans le cadre de la règle APSAD R1, les matériels qui ne sont pas encore soumis à ces normes, tels que les armoires de commande, les pompes, les moteurs, etc. doivent faire l'objet d'un agrément « Assurance » ou être reconnus par le CNPP comme pouvant être mis en place dans une installation sprinkleur conforme à la règle.

Marquage CE

Dans le cadre de la directive Produits de Construction, les matériels doivent être munis du marquage CE. La conformité aux exigences essentielles est garantie par la conformité aux spécifications techniques des normes de la série NF EN 12259 (de 12259-1 à 12). La date d'application obligatoire est fixée par familles de produits et par arrêtés définissant les procédures de contrôle.