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En 1999, un camion frigorifique prend feu dans le tunnel du Mont-Blanc. Dans cet espace confiné, l’incendie se propage rapidement, atteignant des températures de plus de 1 000 °C. Pendant deux jours, la chaleur extrême et les fumées toxiques empêchent toute tentative de sauvetage. 39 personnes trouveront la mort au cours de cet accident. Deux ans plus tard, pendant que les leçons en sont tirées, une collision entre deux camions dans le tunnel du Saint-Gothard en Suisse provoque un incendie qui tue onze personnes. Depuis son ouverture en 1994, le tunnel sous la Manche a connu trois incendies majeurs, qui ont provoqué d’importantes perturbations du service et fait quelques blessés légers, mais par chance pas de décès.

Ces exemples et d’autres accidents similaires ont mis en évidence les conséquences potentiellement catastrophiques des incendies dans les tunnels. Les morts sont bien évidemment les plus graves, mais les dégâts causés à la structure des tunnels sont aussi considérables. Ainsi, le tunnel du Mont-Blanc a dû être fermé pendant trois ans pour réparations à la suite de l’incendie, bloquant de fait un moyen de communication entre la France et l’Italie vital à l’économie européenne. Au total, 16 personnes physiques et morales ont été inculpées pour homicide involontaire, notamment des responsables de la sécurité et les directeurs italien et français du tunnel. Depuis sa réouverture en 2002, le tunnel est doté d’équipements de détection de pointe, d’une galerie d’évacuation indépendante et de niches supplémentaires. Les autorités ont donc tiré des enseignements de la catastrophe et se sont appuyées sur des technologies récentes.

Si l’on y ajoute les changements de législation et le renforcement des réglementations, cela signifie le début d’une nouvelle ère en matière de sécurité des tunnels, qui prévoit l’adoption de protections actives comme les extincteurs automatiques, ainsi que des solutions passives comme des panneaux rigides et des mortiers projetés qui protègent le principal matériau utilisé pour recouvrir les parois des tunnels : le béton armé. En raison de son utilisation courante, ce domaine a fait l’objet d’importantes recherches par le projet UPTUN d’amélioration des tunnels financé par l’Union européenne. Celui-ci a étudié les charges d’incendie potentielles générées et les performances des revêtements anti-incendie au cours d’une série de simulations réalisées dans des tunnels. Alors qu’en général, un véhicule en feu dans un tunnel atteint 400 °C, l’une de ces simulations, réalisée dans le tunnel d’essais de Runehamar, a atteint des pics de température supérieurs à 1 300 °C lorsqu’un camion de 9,9 tonnes chargé de palettes en bois fut incendié.

À de telles températures, on constate deux phénomènes : la fissuration par éclatement du revêtement en béton et la perte de solidité des barres d’armature en acier à l’intérieur de celui-ci. Un programme d’essais incendie commun réalisé par l’administration norvégienne en charge des routes publiques (NPRA) et SP Fire Research en Suède a démontré qu’en l’absence de protection du béton, des fissurations graves se produisaient en cas d’incendie dont la température augmente rapidement, provoquant l’effondrement du tunnel. Ce programme a également conclu que des essais grandeur nature de la résistance au feu des solutions d’isolation étaient nécessaires, car certains systèmes ayant réussi des tests de résistance au feu ne restaient pourtant pas en place lorsqu’ils étaient testés sur des dalles de béton précontraintes à 5,5 MPa.

Comme le souligne cette étude, la température à laquelle les fissures sont susceptibles d’apparaître varie selon le type de béton. Ainsi, dans le récent projet du tunnel El Azhar du Caire, il a été déterminé que cette température était de 200 °C seulement, ce qui a imposé une étude approfondie des revêtements les plus adaptés. En l’occurrence, un revêtement projeté a été retenu pour protéger le tunnel contre le risque d’effondrement lors d’un feu d’hydrocarbures atteignant 1 350 °C et durant deux heures. Ce type d’isolation contribue à maintenir la température du béton en dessous du niveau critique auquel la fissuration survient, tout en garantissant que les barres d’armature soient maintenues à une température sûre. De plus, pour être efficace, le système d’isolation incendie doit pouvoir supporter les conditions de fonctionnement normales du tunnel, par exemple les fuites d’eau, les fluctuations de température, les émissions des véhicules et le rythme des nettoyages, tous susceptibles de compromettre les performances du revêtement.

Compte tenu de la gravité du risque, l’homologation des systèmes d’isolation incendie utilisés dans les tunnels est extrêmement rigoureuse. Elle est réalisée à l’aide d’essais au feu effectués sur un spécimen représentatif du matériau installé sur une dalle de béton à l’aide d’un four chauffé à une température et selon une courbe de temps donnés. La méthode de test la plus établie est l’essai de l’agence néerlandaise RWS, d’une durée de deux heures. Celui-ci est bien plus strict que la courbe d’hydrocarbures du NPD (Norvège) utilisée dans l’industrie pétrolière et gazière offshore, ou que la courbe ISO 834 employée pour les essais incendie des bâtiments. Dans l’essai de la RWS, la température du four atteint 1 200 °C en 10 minutes, puis 1 350 °C au bout de 60 minutes. En général, l’isolation incendie doit empêcher que la surface du béton n’atteigne 380 °C, et que les barres d’armature en acier ne dépassent pas 250 °C pendant toute la durée de l’essai. Néanmoins, la température de fissuration critique variant d’une nuance à l’autre, la limite de température de surface du béton peut être établie à bien moins que 380 °C : dans certains cas, elle ne doit pas dépasser 200 °C.

La conception du revêtement d’un tunnel repose souvent sur des calculs thermiques permettant de déterminer la force portante attendue. Ces calculs ont toutefois leurs limites. Par exemple, dans l’eurocode prEN 1992-1-2 pour les structures en béton, les modèles de matériau ne sont valables que pour les vitesses d’élévation de température comprises entre 2 et 50 °C par minute, car les effets de fluage ne sont pas explicitement pris en compte. En conséquence, des résultats imprécis peuvent être consignés si les modèles sont utilisés pour des revêtements de tunnel conçus pour une élévation de température rapide - comme celle des courbes temps-température de la RWS - comprise entre 200 et 240 °C par minute. De la même façon, ces calculs ne sont valables que si aucune fissuration ne se produit. Certains types de béton plus dense commercialisés depuis une dizaine d’années sont bien plus susceptibles de se fissurer en raison de leur perméabilité inférieure. Ils comportent d’autres avantages tels qu’une durabilité et une solidité supérieure, mais malheureusement, ils résistent mal au feu.

Les problématiques de sécurité sont donc complexes, et de nombreux ingénieurs se tournent vers les revêtements projetés, dont les partisans estiment qu’ils comportent un certain nombre d’avantages : des propriétés thermiques tout aussi remarquables, une installation simple et rapide, et une adhérence extrêmement élevée, en général de huit fois leur poids.

L’ambitieux projet du tunnel de Bjorvika à Oslo est un exemple d’utilisation de ce type de produit. Confrontés au problème du forage dans des conditions géologiques difficiles, les concepteurs ont finalement opté pour un tunnel immergé, composé de six éléments mesurant chacun 112,5 mètres de long, de 28 à 43 mètres de large et 10 mètres de haut. En intégrant des normes de sécurité incendie strictes dès le départ, la NPRA a choisi d’installer une couche de protection sur la structure en béton du tunnel afin d’empêcher son effondrement en cas d’incendie. Dans le cadre du processus d’homologation, la NPRA a imposé des essais effectués sur de grandes dalles de béton de type B45 de 3,6 m de longueur, 1,2 m de largeur et 600 mm d’épaisseur. Pour atteindre une mise sous tension de 11 MPa à la surface des dalles, celles-ci ont été contraintes immédiatement avant l’installation de l’isolant de protection incendie. Cela a permis de simuler le mouvement élastique lié à la charge appliquée sans interruption sous une température en hausse, et ainsi de reproduire avec une fidélité maximale le mouvement de flexion de la structure hyperstatique du tunnel immergé lors d’un incendie à hausse rapide de température. La courbe de température choisie était la même que celle utilisée dans la méthode d’essai au feu de la RWS. La NPRA a imposé qu’aucune fissuration ne se produise pendant les deux premières heures de l’essai. Pour une sécurité maximale, la NPRA a également spécifié une série d’essais supplémentaires, notamment la résistance aux alcalis, la fatigue dynamique et la résistance au gel et au nettoyage haute pression. La solution choisie, le produit FireBarrier 135 issu de la gamme FireMaster de Morgan Advanced Materials, a répondu à tous les critères de performance.

L’application a commencé début 2009 et s’est achevée à l’automne de cette même année.

Des résultats similaires ont été obtenus avec un revêtement projeté dans le tunnel de Serralunga en Italie. Ouvert à la circulation en décembre 2013, celui-ci dispose de deux issues de secours, sous forme de voies suspendues. La difficulté consistait à revêtir ces issues de secours d’un matériau capable de supporter des températures extrêmement élevées, protégeant à la fois la structure du tunnel et les usagers contre le feu et la fumée. Le produit a été appliqué sur un grillage galvanisé, ce qui a permis d’enduire toutes les zones de la surface du tunnel en un temps très court et pour un coût moindre. Le traitement des issues de secours suspendues renforce de manière considérable la protection des usagers du tunnel. Il a fallu à peine 40 jours pour installer 600 mètres carrés de protection.

Quels sont donc les enseignements à retirer pour les ingénieurs, les constructeurs et les exploitants de tunnels ?

En premier lieu, bien que les tunnels fournissent une liaison vitale pour les communications, ils présentent aussi un risque de sécurité considérable, surtout en cas d’incendie. Et étant donné que les acteurs susmentionnés doivent assumer la responsabilité du système de protection contre les incendies, le problème doit être pris en compte avec le plus grand sérieux. De nombreuses solutions existent. Chacune comporte des avantages et des inconvénients, ses partisans et ses détracteurs. Mais quelle que soit la solution envisagée, le dénominateur commun doit toujours consister à réaliser des essais incendie grandeur nature et d’une rigueur maximale. C’est la condition sine qua non pour éviter que des tragédies comme celles des tunnels du Mont-Blanc et du Saint-Gothard ne se reproduisent à l’avenir.

http://www.morganadvancedmaterials.com/