Critères de feu, fumée et toxicité pour les matériaux composites dans les trains et les tramways
Prendre en compte les propriétés FST (feu, fumée et toxicité) des matériaux utilisés dans les systèmes de transport, tels que les trains et les tramways, peut faire la différence entre la vie et la mort. Les matériaux composites à base de fibres sont conçus pour freiner la propagation des flammes et réduire la fumée et les gaz toxiques, ce qui permet de gagner des minutes précieuses pour évacuer les passagers en cas d’urgence. Dans cet article, Éric Moussiaux, Vice-président technologies chez Exel Composites, précise comment les ingénieurs intègrent les propriétés FST pour les transports publics.
La sécurité est une priorité absolue pour les véhicules de transports publics, c’est pourquoi leur conception et fabrication dépendent essentiellement des règlements de sécurité. Si l’automobile ne fait pas encore l’objet de normes anti-incendie uniformes, en Europe les trains et les tramways sont soumis à EN 45545 et les bus à UN ECE Reg.118. Plus précisément, ces normes couvrent le transport de passagers et du personnel, et n’incluent pas le fret.
La norme la plus stricte est EN 45545, son objectif étant de « minimiser le risque d’un départ de feu, de contrôler sa vitesse de propagation et, ce faisant, de minimiser l’impact des substances dégagées au cours de l’incendie sur les passagers et le personnel ».
Niveaux de danger
Naturellement, cet objectif doit s’intégrer dans le contexte plus large de l’exploitation et de la conception des trains. Cette norme pose quatre catégories d’exploitation et diffère selon que les trains circulent en surface ou non, qu’ils traversent régulièrement des tunnels ou passent sur des structures en hauteur, selon leur distance par rapport aux postes de secours, les possibilités d’évacuation latérale et le temps nécessaire pour un arrêt complet.
Ces catégories sont liées à quatre catégories de conception représentées par le sigle ADSN. « A » couvre les véhicules appartenant à un train automatisé qui ne dispose pas de personnel formé à la sécurité à bord, « D » est pour les bus à impériale, « S » désigne les wagons lits et « N » se rapporte à tous les autres véhicules standards.
Le niveau de danger dépend à la fois du mode d’exploitation et de la conception et va de HL1 à HL3. Ce sont ces niveaux de danger qui déterminent les matériaux utilisables.
Rôle des matériaux composites
La majeure partie des trains, tramways et bus modernes utilisent des matériaux composites en fibres pultrudées et renforcées, généralement en verre ou carbone. Le choix des matériaux a pour principal objectif la recherche d’un équilibre entre ses propriétés mécaniques, son coût, sa conformité FST et la complexité de la forme.
Les matériaux composites sont prisés non seulement pour leur polyvalence, leur légèreté, source d’économies d’énergie, et leur résistance structurelle, mais aussi pour leur capacité à augmenter la fonctionnalité des pièces, résister à la corrosion, assurer l’isolation thermique offrir une surface adaptée aux peintures durables.
Sur la partie extérieure, les composites interviennent dans tous les éléments, des panneaux latéraux et de leur garniture aux rails de protection qui soutiennent le plafond. À l’intérieur, les composites permettent de créer différents profilés pour les plinthes, les conduites de chauffage, les profilés de plafond, les mains courantes, les profilés de fenêtre, etc.
Critères FST
De manière générale, la norme EN 45545-2 couvre 26 « groupes de produits » se rapportant aux matériaux et aux composants qui doivent remplir les critères FST en fonction de leur emplacement, forme et disposition, de la surface exposée, ainsi que de la masse et de l’épaisseur relative du matériau.
Chaque composant appartenant à l’un de ces 26 groupes doit se conformer à différents critères FST en fonction des 3 niveaux de danger propres aux trains et choisis à partir d’un total de dix-sept méthodes de test. Savoir assembler des matériaux composites rapidement est une procédure complexe faisant intervenir des compétences spécifiques.
Matériaux composites pour plafond
Dans la mesure où les critères FST couvrent un large nombre de groupes de produits, chacun étant soumis à ses propres tests, il est intéressant de prendre un exemple pour donner du contexte. Prenons par exemple les matériaux composites pour plafond, qui appartiennent au groupe de produits IN1B. Cela couvre toutes les surfaces intérieures horizontales et tournées vers le bas, telles que les panneaux de plafond, les trappes, les boîtes, les capuchons et les grilles de ventilation. Les produits IN1B doivent se conformer aux critères R1 et subir cinq tests, notamment pour la propagation latérale des flammes, le taux de dégagement de chaleur, la génération de fumée, la densité optique et la toxicité.
Trois de ces tests, génération de fumée, densité optique et analyse des gaz, sont définis par EN ISO 5659-2, une norme de test qui détermine la densité optique de la fumée produite par un spécimen horizontal soumis à des radiations thermiques spécifiques dans une chambre scellée. La fumée émise est collectée dans la chambre, puis une source lumineuse et une cellule photo-électrique mesurent la densité optique, ou transparence, de la fumée.
Un échantillon de fumée est également soumis à une analyse FTIR pour rechercher la présence de substances toxiques, telles que le monoxide de carbone, l’acide hydrochlorique, le bromure d’hydrogène, le fluorure d’hydrogène, l’acide cyanhydrique, le protoxyde d’azote et le dioxyde de soufre.
Choix des matériaux composites adaptés
Lors de la phase de sélection des matériaux composites, il est important de prioriser ceux qui contiennent des additifs retardateurs de flammes, permettant de réduire ou retarder le processus de combustion en utilisant des substances sans halogènes, telles que le trihydrate d’alumine (ATH) qui produit bien moins de fumées toxiques que les additifs halogénés généralement utilisés pour les transports.
Un autre facteur clé consiste à agir sur la forme des profilés. Les matériaux composites ont pour avantage de pouvoir combiner des géométries complexes dans un seul profilé conforme aux critères FST, structurels et esthétiques.
C’est à ce stade qu’il est intéressant de travailler avec un partenaire spécialisé dans ce type de matériaux, tel qu’Exel Composites, qui comprenne les techniques de fabrication spécialisées par pultrusion. Ces techniques permettent de produire des profilés complexes quel que soit le type de renforcement, en verre ou carbone, en les combinant avec des résines, telles que le polyester, le polyuréthane et l’époxy, selon les besoins.
En faisant les bons choix aux niveaux opérationnels, conceptuels et FST, les fabricants de bus, de trains et de tramways peuvent donner aux passagers davantage de temps pour se mettre en sécurité.
