Eurocodes

Les Eurocodes sont une série de normes européennes régissant la conception des ouvrages de construction. L’UE travaille à ces Eurocodes depuis 1975. L’objectif des Eurocodes est la suppression des barrières commerciales et techniques par l’utilisation de spécifications techniques identiques dans chaque pays. Pour atteindre cet objectif, l’UE a décidé de développer une série de normes techniques harmonisées régissant les projets de construction. En 1989, la Commission européenne a adopté la directive 89/106/EEC sur les produits de construction : il s’agit de la fameuse Directive Produits de Construction Products Directive (CPD). Cette directive organise le statut et les conditions préalables des Eurocodes et leur mode d’application dans les Etats membres.

Exigences essentielles

Selon la CPD, les Etats membres peuvent uniquement imposer des exigences relatives aux propriétés techniques des produits de construction si elles font partie des six exigences essentielles suivantes.

1. Résistance mécanique et stabilité
2. Sécurité incendie
3. Hygiène, santé et environnement
4. Sécurité d’utilisation
5. Protection contre le bruit
6. Economie d’énergie et isolation thermique

Statuts des Eurocodes

Les Eurocodes donnent uniquement des méthodes d’évaluation harmonisées pour les constructions. La mise en place d’exigences envers une construction est une question de sécurité et relève dès lors des Etats membres. Il y a donc une différenciation claire entre d’une part les exigences en matière de construction, qui relèvent de la responsabilité nationale, et d’autre part des méthodes de détermination définies dans les Eurocodes. Par exemple, les Eurocodes ne précisent pas la résistance au feu devant être atteinte par une structure dans un certain type de bâtiment, mais ils indiquent par contre la façon de déterminer cette résistance au feu.

Les méthodes de détermination présentées dans les Eurocodes comportent quelques aspects qui influent sur le niveau de sécurité, via les facteurs de sécurité partiels par exemple. Sur ces aspects, les Eurocodes peuvent être adaptés au niveau national de sorte que les Etats membres de l’UE puissent fixer eux-mêmes leur propre niveau de sécurité. Cette adaptation nationale est stipulée dans une Annexe Nationale rédigée pour chaque partie de l’Eurocode.

Les Etats membre de l’UE et de l’Association européenne de libre échange (AELE) ont décidé que les Eurocodes font office de documents de référence :

• pour montrer qu’un bâtiment ou un ouvrage civil satisfait aux exigences essentielles de résistance mécanique et stabilité et de sécurité en cas d’incendie de la CPD ;
• pour rédiger des contrats de construction ;
• pour établir des spécifications techniques harmonisées pour les produits de construction.

Les exigences essentielles de résistance mécanique et stabilité et de sécurité en cas d’incendie sont développées plus profondément dans la CPD et fixent les objectifs ci-dessous :

Résistance mécanique et stabilité

• Les constructions doivent être conçues de manière à ce que les charges pouvant s’y appliquer, selon toute probabilité, lors de la construction et de l’utilisation ne provoquent pas :
• la rupture de l’ensemble ou d’une partie du bâtiment ;
• de trop grandes déformations ;
• des dommages à d’autres parties de la construction et aux installations en raison de déformations de la structure portante;
• des dommages trop importants par rapport à la cause de l’incident.

Sécurité incendie

La sécurité en cas d’incendie ne concerne pas seulement la construction, mais également l’aménagement du bâtiment, son implantation et les installations. Les Etats membres peuvent fixer des exigences en rapport avec la sécurité incendie uniquement sur la base des objectifs suivants :

• la capacité portante de la construction doit être garantie pendant un certain temps ;
• le développement et la propagation de la fumée et du feu doivent être limités ;
• la propagation de l’incendie à d’autres bâtiments doit être limitée ;
• les utilisateurs doivent pouvoir quitter le bâtiment en sécurité ;
• la sécurité des services de secours doit être prise en compte.

L’article 1 de la loi belge de 1979 relative à la prévention des incendies et des explosions revient également sur ces cinq objectifs. Mais un sixième objectif y est repris :

• la protection des biens en cas d’incendie doit être facilitée. Cependant, l’A.R. de 1998 concernant les produits de construction indique que ces produits ne doivent pas obligatoirement contribuer à ce sixième objectif.

Versions de l'Eurocode

Les premières versions des Eurocodes ont été publiées dans les années 90. Il s’agit des versions ENV. L’introduction des versions ENV dans les Etats membres de l’UE s’est accompagnée d’un National Application Document (NAD) se rapportant à chaque partie de l’Eurocode. L’application de l’Eurocode laissait beaucoup d’espace aux Etats membres pour modifier ou refuser des paramètres et des procédures présentés aux Eurocodes à travers le NAD. De nombreux pays ont profité de cette possibilité pour déformer l’entièreté de la norme à l’image des pratiques de la construction en vigueur chez eux.

Dans les années 2002-2006, la seconde version des Eurocodes était prête. Il s’agit des versions EN. Pour éviter que les versions EN ne présentent elles aussi de grandes différences entre les pays, les adaptations nationales ne sont plus autorisées que sur un nombre très réduit de points. Les articles pour lesquels des ajustements sont permis sont énumérés dans les premières pages de chaque partie de l’Eurocode. Il s’agit des National Determined Parameters (NDP). Parallèlement, certaines annexes aux normes sont uniquement informatives, et chaque état membre peut décider de les rendre normatives ou non.

Une National Annex reprenant les NDP et l’application des annexes informatives est jointe à chaque partie de la version EN de l’Eurocode. En Belgique, cette National Annex est dénommée ANB, pour Annexe Nationale - Nationale Bijlage.

Outre les NDP et le choix des annexes informatives de l’Eurocode, l’ANB peut également contenir des informations supplémentaires qui viennent en complément du texte de l’Eurocode sans le contredire ; il s’agit de la Non Conflicting Complementary Information, ou NCCI. Par exemple, dans l’ANB à l’Eurocode concernant les structures en acier, des formules permettant le calcul du moment critique élastique nécessaires pour le contrôle de la stabilité au basculement sont indiquées.

Les Eurocodes se composent de 58 parties

Les Eurocodes se composent de 58 parties. La dénomination pratique est Eurocode 0 à 9 selon la figure ci-dessous.

Les Eurocodes ont reçu le numéro de référence EN 199X, c’est-à-dire EN 1990 pour l’Eurocode 0 et EN 1993 pour l’Eurocode 3. Cette désignation n’a donc rien à voir avec l’année de publication. Sont importants pour les constructions en acier : Eurocode 0 – Base de calcul des structures ; Eurocode 1 – Actions sur les structures et Eurocode 3 – Calcul des structures en acier. Pour les constructions mixtes acier/béton, l’Eurocode 4 est également important. L’Eurocode 4 fait aussi souvent référence à l’Eurocode 2 pour le béton et à l’Eurocode 3 pour l’acier.

Les Eurocodes 1, 3 et 4 sont encore subdivisées en plusieurs parties (voir tableau).

Un aperçu actuel du statut de chaque partie de l’Eurocode est communiqué par le CEN.

L’application des Eurocodes demande l’emploi de nombreuses parties. Pour la conception d’un bâtiment, on en vient rapidement à devoir disposer de 7 parties. Pour simplifier l’application des Eurocodes, une série d’outils est disponible sur Internet :

• Access-steel: Ce site propose, en 4 langues (EN, FR, DE, ES) et via un moteur de recherche convivial, une série de directives pour les maîtres d’ouvrage, un grand nombre d’organigrammes pour la conception de bâtiments en acier ou mixtes acier/béton selon les Eurocodes et également des exemples de calculs interactifs avec leurs solutions. En plus, la NCCI est disponible avec l’Eurocode.
• DIFISEK: Ce site propose des programmes de cours en ligne et des exemples de conception contre l’incendie de constructions en acier et mixtes acier/béton.

Conception à température normale

Les parties générales 1-1 des Eurocodes 3 et 4 sont construites de manière similaire et suivent approximativement le processus de conception :

• principes de conception ;
• propriétés des matériaux ;
• conditions de durabilité ;
• indications pour la détermination de la répartition globale des charges dans l’ensemble de la construction ; par exemple, dans quels cas faut-il effectuer un calcul du 1er ou du 2e ordre, ou comment tenir compte du comportement non-linéaire d’un matériau et des imperfections. Ce calcul est normalement réalisé par un programme informatique ;
• classification des sections des éléments de construction ;
• méthodes de calcul des états limites ultimes ;
• méthodes de calcul des états limites d’utilisation ;
• annexes reprenant des méthodes de calcul complémentaires pour des types de construction spécifiques.

Conception contre l'incendie

Modèles d'incendie

La partie 1-2 de l’Eurocode 1, concernant les actions sur les structures exposées au feu, prévoit de schématiser l’incendie à différents niveaux de complexité.

• Courbes d’incendie nominales : il s’agit de l’incendie standard selon la norme ISO834, mais également du feu extérieur et de l’incendie hydrocarbure.
• Modèles d’incendie simples : il s’agit d’un ensemble de relations mathématiques qui permettent de réaliser, de manière simplifiée, une approximation de l’évolution de la température du feu en fonction du temps, sur la base des caractéristiques du compartiment, du risque d’incendie et de l’effet des mesures actives. Il peut s’agir de modèles calculant l’incendie à l’intérieur du compartiment ou de modèles concernant les flammes qui s’échappent par les fenêtres du compartiment.
• Modèles d’incendie avancés : il s’agit de modèles basés sur les lois physiques fondamentales (balance de masse, balance d’énergie, etc.) qui calculent l’évolution de la température du feu en fonction du temps sur la base des caractéristiques du compartiment, du risque d’incendie et de l’effet des mesures actives. Il peut s’agir de modèles considérant une température uniforme dans le compartiment d’incendie (modèle à 1 zone), de modèles considérant une couche de fumée chaude et une couche inférieure froide (modèles à 2 zones) ou de modèles qui calculent la température en chaque point de l’espace (modèles multizones et modèles CFD). OZone est un exemple facilement utilisable de ce genre de modèle ; il est développé par l’Université de Liège et suit l’annexe D.

L’incendie standard est le plus utilisé. L’incendie standard se caractérise par une température en constante augmentation, alors qu’en réalité un incendie s’affaiblit lorsque la plupart du combustible est épuisé. Dans de nombreux cas pratiques, l’incendie standard combiné à des exigences de résistance au feu élevées (90-120 minutes) est un scénario plus grave que ce qu’on peut attendre en réalité sur la base des caractéristiques du compartiment et du risque d’incendie. Dans ce cas, il est intéressant de nuancer la description de l’incendie, par exemple avec OZone. Pour les structures en acier situées à l’extérieur de la façade, il est également préférable de travailler avec le modèle d’incendie de l’annexe B qui est plus nuancé.

Modèles constructifs

Les parties 1-2 concernant les incendies des Eurocodes 3 et 4 reconnaissent trois niveaux de complexité pour les méthodes d’évaluation du comportement thermique et mécanique d’une construction.

Tables et graphiques

On n’utilise pas de tables pour les structures en acier. Il existe cependant des graphiques donnant la température de l’acier après 15, 30 ou 60 minutes en fonction du facteur de profilé. Il existe également des graphiques simples donnant la portée par rapport à la charge admissible maximum et ce, pour un grand nombre de profilés en acier standard.

Les tables sont par contre souvent utilisées pour les structures mixtes acier/béton et surtout pour les structures en béton. Ces tables sont basées sur l’évolution de la température en fonction du temps selon l’incendie standard. Ces tables sont très simples à utiliser, mais pour pouvoir les appliquer, un calcul du taux de charge est généralement nécessaire ; le taux de charge est le rapport entre l’effet des charges pendant l’incendie et la capacité portante à température ambiante. Ce calcul nécessite de considérer l’action des forces dans toute la construction. L’Eurocode donne des valeurs indicatives pour le taux de charge, mais ces valeurs ne tiennent pas compte de charges éventuelles résultant de déformations thermiques. On le tolère pour autant que ces charges proviennent de constructions voisines. Les charges supplémentaires provoquées par des effets du 2e ordre à la suite du flambement devraient être prises en compte dans les tables.

Méthodes de calcul simples

Il s’agit de formules permettant, par exemple, de calculer la capacité de moment plastique d’une poutre ou la stabilité au flambement d’une colonne. Les méthodes de calcul simples sont à appliquer à la main ou, plus facilement encore, au moyen d’un tableur. Les méthodes de calcul simples s’inspirent généralement des méthodes de calcul de l’état limite ultime et de l’état limite d’utilisation de l’Eurocode correspondant  (partie 1-1).

Les méthodes de calcul simples concernant les structures en acier s’appliquent pour chaque modèle d’incendie. Les méthodes simples pour les structures mixtes sont en principe destinées à l’incendie standard parce qu’elles contiennent souvent des paramètres calibrés basés sur l’incendie standard.

Méthodes de calculs avancées

Ces méthodes sont basées sur les trois équations fondamentales de la mécanique (équation cinématique, équation constitutive et équation d’équilibre) et nécessitent normalement l’aide d’un ordinateur pour résoudre le système d’équations.

Les méthodes avancées se combinent avec tous les modèles d’incendie.

Application en Belgique

Concernant la conception à température normale, il n’existe aucune prescription légale sur la façon de concevoir un bâtiment. Le concepteur est libre de choisir l’Eurocode ou de faire appel à d’autres normes. Toutefois, en cas de dommages pendant la construction ou l’utilisation du bâtiment, la conception sera souvent comparée à une conception conforme aux prescriptions des Eurocodes.

Pour la conception contre l’incendie, les choses sont différentes. La sécurité en cas d’incendie des bâtiments doit satisfaire à la loi de 1979 relative à la prévention des incendies et des explosions. Cette loi fixe l’obligation pour les bâtiments de répondre aux annexes 1 à 5 incluse de l’Arrêté Royal (A.R.) de 1994 fixant les normes de base en matière de prévention contre l’incendie et l’explosion. Lesdites normes de base ont été réadaptées en 1997 et 2003.

L’annexe 1 de l’A.R. stipule que la résistance au feu doit être déterminée :

• soit par un essai au feu conforme à la norme d’essai belge NBN 713-020 ;
• soit grâce à un calcul suivant une procédure et des conditions agréées par le Ministre des Affaires intérieures.

Avec l’introduction des Eurocodes, un grand nombre de méthodes de calcul sont dorénavant disponibles. Douze ans après l’entrée en vigueur de l’A.R., aucune méthode de calcul n’a encore été agréée par le Ministre.

Cependant, le Conseil supérieur de la sécurité contre l’incendie et l’explosion a pris en 2006 une décision concernant la procédure et les conditions selon lesquelles ces méthodes de calcul reprises dans les Eurocodes doivent être appliquées en Belgique. Il revient à présent au Ministre d’adopter la décision du CS. Selon toute probabilité, cela sera fait dans le courant de l’année 2007.

Il est probable que la plupart des méthodes de calcul de l’Eurocode seront permises, mais à condition que l’auteur ou le contrôleur des calculs soit agréé par BELAC. Dans un premier temps, certaines méthodes ne seront autorisées que via la commission de dérogation. À terme, lorsque l’expérience pratique de ces méthodes se sera accumulée, ces méthodes pourront probablement aussi être utilisées / contrôlées par des professionnels agréés.

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Une ANB sera rédigée pour chaque partie de l’Eurocode. Ces ANB seront rédigées par les commissions IBN et les projets d’ANB seront publiés pour une enquête publique de trois mois. La commission IBN traitera ensuite les commentaires et rédigera l’ANB définitive. En septembre 2006, seules les ANB pour EN 1990 et 1991-1-1 étaient formellement disponibles. Les ANB pour EN 1991-1-2 et 1991-1-3 sont en phase d’enquête publique.

Toutes les personnes impliquées et intéressées peuvent émettre un commentaire sur ces projets. Les autres ANB sont actuellement en développement ou en attente de la version définitive de l’EN. En principe, chaque état membre est tenu de publier les ANB dans les deux ans qui suivent la publication de l’EN par l’Institut européen de normalisation CEN.

Livres d'exercices

Le Centre Information Acier présentait fin 2007 quatre publications, deux en français et deux en néerlandais, traitant des exemples d’applications des Eurocodes 3 & 4 pour les constructions métalliques et mixtes.

Les Eurocodes sont une collection de normes européennes relatives au dimensionnement des structures. Tous les Eurocodes sont actuellement disponibles au NBN (bureau pour la normalisation) dans la version EN. En mars 2010, tous les Eurocodes et leurs annexes nationales remplaceront officiellement les normes nationales équivalentes. Une situation complète et actuelle de la mise en oeuvre de differentes parties des Eurocodes est consultable sur le site du CSTC

Plus d'info :

• Livre d'exercices Eurocode 3
• Livre d'exercices Eurocode 4