Contrôle technique de bâtiments

1. Essais des têtes de sprinklers

   1.1.   L’importance des essais des têtes de sprinklers

Les installations de sprinklers, pour autant qu’elles soient correctement adaptées aux circonstances, sont des installations très fiables pouvant durer longtemps. Une fiabilité élevée est importante, car le bon fonctionnement de ce type d’installations ne devient réellement « visible » qu’en situation d’incendie. Afin de garantir que l’installation remplisse sa mission à un moment aussi crucial, il est très important d’assurer un entretien correct de tous les composants de l’installation et d’évaluer leur bon fonctionnement.

La maintenance certifiée et l’inspection indépendante du système de sprinklers constituent des outils importants pour maintenir la confiance dans la protection par sprinklers. Les têtes de sprinklers sont des composants essentiels d’un système de sprinklers. La vérification indépendante de ces têtes, sous la forme d’une certification produit et d’essais approfondis au cours du processus de fabrication, permet d’avoir la certitude que les sprinklers s’activeront en temps voulu et, s’ils sont correctement dimensionnés hydrauliquement, distribueront l’eau dans la quantité et selon le schéma de pulvérisation appropriés. Mais qu’en est-il si ces sprinklers ont été installés il y a déjà un certain temps ? La confiance que nous avons dans le bon fonctionnement d’un tel système est-elle toujours justifiée ?

L’essai d’échantillons représentatifs de sprinklers permet d’obtenir un aperçu du fonctionnement de ces sprinklers. En soumettant les sprinklers à certains des mêmes essais que lors de l’homologation de type, l’effet du vieillissement et de la contamination sur le fonctionnement du sprinkler peut être mesuré. Les recherches prouvent qu’il n’est pas possible de faire une estimation correcte du bon fonctionnement d’un sprinkler sur la base d’une simple évaluation visuelle. Les essais démontrent que des sprinklers à peine contaminés peuvent présenter des réductions importantes du facteur K en raison d’un bord dur qui ne peut pas être éliminé par lavage. Une légère contamination peut également entraîner le fait que la plaque d’obturation ne soit pas libérée du tout (même pas à des pressions plus élevées).

À cet égard, les réglementations relatives aux sprinklers incluent des délais à partir desquels l’essai des sprinklers est nécessaire et indiquent également le nombre d’échantillons à tester. Ces périodes dépendent du type de sprinkler et de la « grandeur » à mesurer, mais sont toujours liées à la durée d’utilisation. La taille de l’échantillon est liée à la dispersion attendue des résultats d’essai.

Dans ce livre blanc, nous présentons notre point de vue sur les sprinklers qui doivent être testés, le moment auquel ils doivent être testés et les critères selon lesquels ils doivent l’être afin de maintenir la confiance dans leur sécurité. Nous avons utilisé des réglementations (internationales) pertinentes, notamment NFPA 25, CEA4001, EN12845 et VdS2091. Ces documents décrivent l’essai des sprinklers en phase d’exploitation. Dans la NFPA 25, ces essais sont désignés sous le terme de field service tests.

2. Quel test pour quel type de sprinkler

Les sprinklers utilisés dans les installations de sprinklers sont testés de manière approfondie avant d’être mis sur le marché. Par exemple, tous les sprinklers sont testés pour des aspects tels que la résistance aux pressions statiques, aux pressions dynamiques (coup de bélier), le vieillissement (essais de corrosion), les essais fonctionnels, la capacité (facteur K), la température d’ouverture, la sensibilité thermique (RTI), le schéma de pulvérisation, la sensibilité aux vibrations, etc.

Afin de déterminer si des sprinklers anciens fonctionnent toujours de manière fiable, une répétition des essais de type donnerait une image claire de l’effet du vieillissement et de la contamination sur le fonctionnement des sprinklers. Cependant, un essai aussi étendu est long et coûteux. Il doit exister des moyens de rendre cela plus efficace.

Il est donc important de déterminer quelle performance spécifique d’un sprinkler est cruciale pour le concept de protection choisi, puis d’estimer si cette performance peut être influencée négativement au fil du temps. Les aspects pertinents sont l’essai fonctionnel (le sprinkler s’ouvre-t-il et cela conduit-il à un bon schéma de pulvérisation ?), le facteur K (quelle quantité d’eau le sprinkler délivre-t-il encore à une pression donnée ?), la température de déclenchement (à quelle température l’élément thermosensible s’est-il activé ?) et le RTI (la sensibilité thermique, c’est-à-dire la rapidité avec laquelle le sprinkler réagit aux gaz chauds ?). Des essais ciblés peuvent ensuite être effectués sur cette performance du sprinkler. La fréquence des essais doit être adaptée à la vitesse à laquelle le vieillissement influence les performances du sprinkler.

   2.1.   Facteur K et essai fonctionnel

Pour tous les systèmes de sprinklers, il est important de maintenir l’effet de refroidissement de l’eau supérieur au dégagement de chaleur d’un incendie. Cela signifie que les conditions hydrauliques du système doivent être surveillées. Pour les sprinklers, cela signifie que toute réduction du facteur K due à la contamination et aux dépôts doit être surveillée. Cela est possible au moyen de l’essai de débit, qui détermine le facteur K. Ensuite, le facteur K mesuré peut être comparé au facteur K nominal (le facteur K du sprinkler, tel qu’indiqué dans la fiche technique et utilisé dans les calculs de conception) et la réduction du facteur K peut être déterminée. Les résultats des field service tests réalisés par Kiwa FSS montrent que dans 17 % des lots reçus, des sprinklers présentant une réduction du facteur K de 10 à 30 % étaient présents. Dans 9 % des lots testés, une réduction du facteur K de plus de 30 % a été constatée (en pourcentage du nombre de sprinklers testés : 8 %).

Il est également frappant de constater que la diminution du facteur K des sprinklers d’un même lot varie fortement. Dans le groupe de sprinklers mentionné ci-dessus, un ou plusieurs sprinklers ne s’ouvrent pas après activation dans 3 % des lots testés. Il est donc important d’obtenir en temps utile une image claire de ces situations indésirables pour tous les types de systèmes de sprinklers. Nous devons également être conscients du fait que, pour les conceptions dans lesquelles une réduction de la surface maximale de pulvérisation a été autorisée sur la base d’un certain facteur K, ce contrôle est encore plus important.

   2.2.   Température d’ouverture

L’ouverture d’un sprinkler est déclenchée par un élément thermosensible. Il peut s’agir d’une ampoule en verre ou d’un lien fusible. Les éléments thermosensibles des sprinklers installés doivent réagir dans une plage de température prédéfinie. Si le vieillissement du sprinkler entraîne une « variation » de la température d’ouverture, cela peut conduire à un ordre d’activation indésirable (ce que l’on appelle le skipping) en cas d’incendie, ce qui se traduit par une surface de pulvérisation différente de celle pour laquelle l’installation a été conçue. Nos essais montrent qu’environ 1 % des sprinklers examinés présentent une légère déviation de la température d’ouverture (moins de 10 °C de déviation). Un autre 1 % présente une déviation plus importante (plus de 20 °C de déviation).

Pour les systèmes de protection par sprinklers dans lesquels une réduction de la surface maximale de pulvérisation peut être autorisée par le choix d’une certaine température d’ouverture, le contrôle de la température d’ouverture est particulièrement important. La NFPA utilise les classifications de température « ordinary temperature » (57–77 °C), « intermediate temperature » (79–107 °C) et « high temperature » (121–149 °C) pour les sprinklers. Sur la base de ces classifications de température, des surfaces maximales de pulvérisation sont déterminées, des réductions de surfaces de pulvérisation sont possibles ou des exigences de densité de pulvérisation y sont liées. Afin de garantir que l’exigence de performance d’un système de sprinklers repose sur une température d’ouverture spécifique des sprinklers installés, il est important de surveiller cette température d’ouverture.

   2.3.   Sensibilité thermique (RTI)

Outre la température d’ouverture, la sensibilité thermique de l’élément thermosensible est essentielle, en particulier pour les systèmes basés sur la NFPA et FM. Dans les systèmes de protection incendie qui utilisent des sprinklers à réponse rapide (RTI ≤ 50), garantir la grande rapidité de réponse est crucial. Cela est obtenu en minimisant la masse des éléments thermosensibles et en accélérant ainsi la réponse aux augmentations de température. Outre un effet possible du vieillissement sur la sensibilité, l’encrassement des sprinklers peut avoir un effet négatif important sur la sensibilité thermique. L’importance du RTI est démontrée par le fait que la NFPA 25 fixe des exigences pour la détermination du RTI des sprinklers installés après 20 ans[1], par exemple pour les risques de stockage, avec des critères de rejet pour les sprinklers à réponse rapide fixés à 50 (ms)1/2. Une diminution limitée du RTI est donc acceptée au fil du temps (l’exigence d’homologation de type pour les sprinklers ESFR est de 36 (ms)1/2). Tout comme pour la température d’ouverture et le facteur K, le contrôle du RTI doit faire l’objet d’une attention particulière si un sprinkler est choisi avec une certaine valeur de RTI entraînant par exemple une réduction de la surface de pulvérisation. Nos essais montrent qu’environ 11 % des sprinklers testés pour le RTI ne répondent pas aux critères de la NFPA 25.

3.  Taille de l’échantillon

L’objectif des essais est d’obtenir une vue représentative de l’effet du vieillissement et de la contamination sur le fonctionnement des sprinklers installés. Afin de déterminer la taille d’échantillon correcte, il est important de comprendre la dispersion des résultats d’essai et les éventuelles différences entre les différents types de sprinklers. Si certains essais montrent une dispersion relativement importante des résultats, une taille d’échantillon plus grande sera nécessaire pour obtenir une image claire que pour des essais dont les résultats présentent moins de dispersion.

   3.1.   Facteur K et essai fonctionnel

Comme indiqué au paragraphe 2.1, il existe une dispersion considérable dans la diminution du facteur K des sprinklers d’un même lot. En particulier, la diminution du facteur K due à l’encrassement semble fortement dépendre des conditions locales. Il en va de même pour le fait qu’un sprinkler ne s’ouvre pas parce que le joint reste collé. Une taille d’échantillon importante est nécessaire pour obtenir une vue représentative. La taille minimale de lot fixée par la VdS2091 pour l’essai fonctionnel et l’essai du facteur K (au moins 16 pièces) correspond à nos constatations et semble constituer une bonne base. Nous notons toutefois que nous observons des différences majeures par type de sprinkler au sein d’une même installation, et estimons donc que la taille de lot mentionnée devrait s’appliquer par marque/type de sprinkler. La taille d’échantillon prescrite par la VdS2091 correspond à 0,32 % des sprinklers installés par bâtiment, ce qui est très faible compte tenu de la dispersion des résultats d’essai et de la taille d’échantillon nécessaire. La NFPA 25:2023 utilise une taille d’échantillon de 1 % pour les field service tests afin d’évaluer le RTI. Étant donné que, ici aussi, les variations des résultats d’essai dépendent fortement des circonstances, cette taille d’échantillon est également justifiable pour le facteur K et l’essai fonctionnel. La taille minimale de lot de 4, telle qu’indiquée dans la NFPA 25 pour les field service tests, est insuffisante pour cet essai spécifique.

   3.2.   Température d’ouverture

L’analyse de nos résultats d’essai montre que le « glissement » de la température d’ouverture ne peut être exclu. Il apparaît cependant que les variations de la température d’ouverture observées au sein d’un même lot de sprinklers identiques sont plus faibles que les variations des facteurs K au sein d’un lot de sprinklers du même type. En conséquence, une taille d’échantillon plus petite semble justifiable pour fournir une image représentative des sprinklers installés. La taille de lot mentionnée dans la VdS2091 de 4 par 5000 sprinklers par bâtiment et conditions équivalentes correspond à 0,08 %. Cette taille d’échantillon est trop limitée si le choix de la température d’ouverture a conduit à une réduction des exigences de performance (réduction de la densité de pulvérisation ou de la surface de pulvérisation). En comparant les résultats des essais fonctionnels et du facteur K avec ceux de la température d’ouverture, une réduction similaire de la taille de lot semble justifiable (0,25 % avec un minimum de 4 sprinklers). La taille d’échantillon devrait s’appliquer au minimum par marque et type de sprinkler, en utilisant la même définition du type que celle employée par la NFPA pour la taille d’échantillon des field service tests sur le RTI.

   3.3.   Sensibilité thermique (RTI)

Dans les field service tests, la NFPA décrit uniquement l’évaluation du RTI. L’essai du facteur K et l’essai fonctionnel ne font pas partie des field service tests. La taille d’échantillon selon la NFPA est de 1 % du nombre de sprinklers, avec un minimum de 4 par zone d’échantillonnage. Il est important que l’échantillon soit représentatif de la zone d’échantillonnage et que tous les types et fabricants de sprinklers présents dans cette zone fassent partie de l’échantillon. Étant donné que les conditions locales peuvent entraîner de grandes différences dans le type et le degré de pollution, une dispersion importante des résultats d’essai peut être attendue. Cela justifie une taille minimale d’échantillon de 1 % par marque et type de sprinkler. Il est important de réaliser que, pour déterminer le RTI, deux essais différents doivent être effectués dans la soufflerie. Lors de ces essais, les résultats de la température d’ouverture [°C] et de la vitesse [s] sont utilisés pour calculer le RTI. Si plusieurs types et fabricants de sprinklers sont présents dans un même objet, la taille minimale d’échantillon doit être fixée à quatre par type et fabricant.

4. Fréquence des essais

Comme indiqué précédemment, l’objectif des essais est de déterminer l’effet du vieillissement et de la contamination sur les exigences de performance des sprinklers installés. L’impact sur l’efficacité du système de sprinklers, dû à la réduction de certaines exigences de performance, varie selon le concept de protection retenu. Il est donc important de déterminer rapidement quelle est la diminution attendue des exigences de performance au fil du temps et quel effet cette diminution aura sur le fonctionnement du concept de sprinkler choisi.

Une diminution rapide d’une exigence de performance donnée ayant un impact majeur sur le fonctionnement fiable du système de sprinklers entraîne la nécessité de déterminer cette diminution potentielle le plus rapidement possible. Sur la base des connaissances actuelles, nous disposons d’une expérience avec des sprinklers testés pour la première fois. L’effet du vieillissement et de la contamination dans le temps devrait augmenter de manière exponentielle. La NFPA a déjà acquis de l’expérience à ce sujet et a, pour cette raison, augmenté la fréquence de suivi des field service tests.

   4.1   Facteur K et essai fonctionnel

Les résultats des essais réalisés par Kiwa FSS Testing (voir 2.1) montrent que la réduction du facteur K des sprinklers installés depuis moins de 20 ans peut être substantielle. Il en va de même pour l’obstruction de l’écoulement après activation, causée par le non-dégagement de la plaque d’obturation. Sur la base des constatations de Kiwa FSS, le point de départ de la VdS2091 (réaliser un essai fonctionnel et un essai du facteur K pour des sprinklers en service depuis 25 ans) ne semble pas prématuré. Nos données montrent qu’un essai après 20 ans de service est tout à fait justifiable.

   4.2.  Température d’ouverture

La dispersion des résultats d’essai concernant la température d’ouverture est inférieure à celle observée pour le facteur K et l’essai fonctionnel, mais ici aussi, des sprinklers âgés de moins de 20 ans présentent encore des écarts significatifs. Compte tenu du pourcentage limité d’écarts supérieurs à 10 °C, un essai après 25 ans d’installation, conformément à la VdS2091, semble pertinent. Pour des raisons pratiques, cette fréquence pourrait être alignée sur celle des essais du facteur K et des essais fonctionnels.

   4.3.   Sensibilité thermique (RTI)

Aux Pays-Bas, l’expérience concernant l’effet du vieillissement et de la contamination sur le RTI est limitée. Sur la base de données issues d’UL, la NFPA dispose de davantage d’informations à ce sujet et a, dans la dernière mise à jour de la NFPA 25, ajusté les fréquences en fonction des nouvelles statistiques.

La NFPA 25:2023 a maintenu la fréquence de détermination du RTI des sprinklers à réponse rapide dans des conditions polluantes telles que les risques de stockage à 20 ans. La fréquence pour ces sprinklers dans des conditions plus favorables, telles que les environnements de bureaux, a été portée à 25 ans. Dans les deux cas, les sprinklers doivent être retestés tous les 10 ans afin de surveiller le RTI.

5. Quand les sprinklers sont-ils conformes ?

L’objectif des essais est de déterminer si les sprinklers s’activent en temps voulu et distribuent l’eau dans la quantité et selon le schéma de pulvérisation appropriés. La notion de « en temps voulu » et de « quantité appropriée » dépend du concept de sécurité retenu et des circonstances.

   5.1.   Facteur K et fonctionnement

En ce qui concerne le fonctionnement des sprinklers, l’exigence de la NFPA 25 est la suivante : 0,5 bar ou pression d’ouverture minimale « listée ». La NFPA 25 ne fournit pas de critères concernant la réduction admissible du facteur K. Aux États-Unis, de nombreuses installations sont raccordées à des réseaux publics d’alimentation en eau. Ces réseaux présentent des capacités et des pressions plus élevées qu’en Europe. Pour les installations de sprinklers européennes, il convient donc de se concentrer sur les réglementations européennes et sur les résultats d’essais disponibles concernant le facteur K.

Pour le facteur K, des critères d’évaluation pour les installations de sprinklers basées sur la CEA 4001 ont été formulés dans la VdS2091. Une réduction du facteur K d’un sprinkler individuel jusqu’à 10 % de la valeur nominale est considérée comme normale après 25 ans de service. Les critères de rejet de la VdS2091 reposent sur une combinaison des résultats des essais de température de réponse et de ceux des essais fonctionnels et du facteur K. En principe, cela signifie qu’une réduction moyenne du facteur K allant jusqu’à 15 % est acceptable, à condition que la réduction du facteur K de chaque sprinkler individuel ne dépasse pas 30 %.

Comme indiqué au paragraphe 2.1, la réduction du facteur K ne peut être considérée indépendamment des conditions hydrauliques du réseau de tuyauterie ainsi que des conditions d’utilisation (c’est-à-dire la marge hydraulique disponible). Toutefois, la VdS2091 considère l’évaluation des sprinklers indépendamment des conditions hydrauliques du réseau de canalisations. Le dépassement des critères de rejet de la VdS2091 ne doit donc pas être considéré comme une limite imposant le remplacement des sprinklers, mais comme une limite déclenchant une investigation complémentaire.

En outre, dans les systèmes où les surfaces de pulvérisation sont plus petites que dans les systèmes CEA 4001, tels que les systèmes ESFR, il convient de se demander si une réduction moyenne du facteur K de 15 % est acceptable. Le dysfonctionnement de sprinklers dans de tels systèmes a un impact plus important sur le bon fonctionnement de l’ensemble que dans le cas des systèmes CEA 4001. Une réduction moyenne du facteur K de 10 % par rapport à la valeur nominale semble plus justifiable pour ce type de systèmes.

   5.2.   Température d’ouverture

Pour la température d’ouverture, la VdS2091 a défini des critères d’évaluation présentant une plage de 20 °C par rapport aux critères d’homologation de type de l’EN12259-1:1999. La déviation autorisée pour la température de réponse dans cette norme était large pour les sprinklers à ampoule en verre. Selon cette version de la norme, les sprinklers à ampoule en verre avec une température de réponse nominale de 68 °C avaient une limite supérieure de 86 °C. Lors de l’application de la VdS2091, un problème ne serait identifié que si une température de réponse de 106 °C était dépassée.

Pour les sprinklers fabriqués après 1999, pour lesquels les critères d’homologation de type fixent une limite supérieure de 71 °C (pour les systèmes CEA 4001 et équivalents après 1999), une limite supérieure de 91 °C serait plus appropriée.

Compte tenu des résultats d’essai mentionnés au paragraphe 2.2, une plage de ±10 °C par rapport aux critères d’homologation de type du sprinkler concerné est ici plus appropriée.

   5.3.   Sensibilité thermique (RTI)

Comme indiqué au paragraphe 2.3, l’activation en temps voulu du sprinkler est très importante. Les résultats d’essais européens concernant l’effet du vieillissement et de la contamination sur le RTI sont limités. En ce qui concerne les conditions dans lesquelles les sprinklers sont installés (et qui influencent le vieillissement et la contamination), il n’existe pas de différences significatives par rapport aux installations américaines, lesquelles sont entretenues et testées sur la base de la NFPA 25.

Dans la NFPA 25:2020, les critères de rejet suivants sont indiqués pour l’essai de sprinklers anciens en ce qui concerne le RTI. Le dépassement de ces critères de rejet entraîne le remplacement des sprinklers pour lesquels le lot constituait un échantillon représentatif.

6. Conclusion

L’impact du vieillissement et de l’encrassement des sprinklers sur l’efficacité d’un système de protection par sprinklers dépend du concept de protection retenu. En outre, la dispersion des résultats d’essai détermine la taille de l’échantillon et une fréquence d’essai efficace peut être définie sur la base de l’expérience existante et des résultats d’essai. Afin de rendre les essais en laboratoire reproductibles et comparables entre eux, les essais doivent être réalisés conformément aux méthodes d’essai décrites dans les normes EN 12259-1, ISO 6182-1, UL199 et FM2000 ou FM2008.

Sur la base des expériences et analyses mentionnées dans ce livre blanc, les tableaux inclus dans ce paragraphe indiquent, pour chaque type de système de protection, quels essais, quelles tailles d’échantillon, quels critères d’inspection et quelles fréquences d’essai permettent d’adopter une approche efficace et efficiente afin de renforcer la confiance dans l’efficacité de la protection par sprinklers.

[1] NFPA25:2023 ; 20 ans pour les « ESFR et CMSA avec éléments à réponse rapide » et 25 ans pour les autres sprinklers « à réponse rapide » dans des conditions favorables, telles que les bureaux et les habitations.

[1] S’ils sont certifiés comme « résistants à la corrosion »