Calcul du désenfumage : la méthode pas à pas de la surface utile (SUE)

La scène se passe dans une ancienne halle de marché qu’une municipalité veut reconvertir en halle gourmande. L’architecte du patrimoine qui porte le projet a tout anticipé : structure, accessibilité, lots techniques. Puis vient la notice de sécurité du permis de construire, et une question du bureau d’études qui reste sans réponse : « quelle surface d’exutoires met-on en toiture ? ». Personne autour de la table ne sait dérouler le calcul. Le dépôt attendra quinze jours.

Le calcul du désenfumage naturel d’un local n’a pourtant rien de mystérieux : c’est une méthode en trois étapes, entièrement décrite par l’instruction technique n° 246 (IT 246). Cet article la déroule pas à pas — découpage en cantons, calcul de la surface utile d’évacuation (SUE), correction d’implantation, amenées d’air — avec un exemple chiffré et les pièges que nous voyons revenir en mission.

Quand le calcul s’impose : les seuils de l’article DF 7

Avant de calculer, vérifiez que vous devez désenfumer. Pour les locaux accessibles au public des ERP du 1er groupe, l’article DF 7 du règlement du 25 juin 1980 fixe trois seuils : sont désenfumés les locaux de plus de 300 m² en rez-de-chaussée et en étage, les locaux de plus de 100 m² en sous-sol, et les locaux de plus de 100 m² sans ouverture sur l’extérieur (ni porte ni fenêtre). Les halls suivent le régime des locaux dès que leur superficie dépasse 300 m² ou que les circulations du niveau sont désenfumées (article DF 6). Nous avons détaillé ces cas d’assujettissement dans notre article « quand le désenfumage est-il obligatoire ? » ; ici, nous nous concentrons sur le dimensionnement.

Pourquoi ce calcul ? L’article DF 1 le dit clairement : extraire, en début d’incendie, une partie des fumées et des gaz de combustion afin de maintenir praticables les cheminements d’évacuation. Toute la méthode de l’IT 246 découle de cet objectif : conserver sous la couche de fumée une hauteur d’air « respirable » suffisante, le temps que le public sorte.

Précision utile : l’IT 246 est le texte d’exécution du règlement ERP. Dans un bâtiment relevant du seul code du travail, les seuils et les taux diffèrent — nous avons consacré un article à l’application de l’IT 246 aux locaux de travail.

Surface géométrique, libre, utile : le vocabulaire qui change tout

C’est le premier piège, et il coûte cher. L’IT 246 distingue trois surfaces pour un même dispositif d’évacuation, et le calcul réglementaire porte sur la dernière :

• la surface géométrique : l’ouverture brute mesurée dans le plan de l’ouvrage, sans déduction des commandes, lamelles ou traverses ;
• la surface libre : le passage d’air réel, obstacles déduits ;
• la surface utile : pour un exutoire, le produit de la surface géométrique par le coefficient aéraulique Cv, déterminé par essai, qui tient compte des entraves internes et de l’effet des vents latéraux.

Un exutoire est un dispositif d’évacuation intégré dans une paroi inclinée d’au moins 30° par rapport à la verticale — en pratique, la toiture. En façade, on parle d’ouvrant de désenfumage : sa surface utile s’obtient en appliquant un coefficient de 0,5 à sa surface libre (ou à sa surface libre calculée selon la fiche VIII de la norme NF S 61-937), dans l’attente d’une procédure d’essai. Retenez l’ordre de grandeur : selon les modèles, la surface utile d’un dispositif représente souvent la moitié de sa surface géométrique. Dimensionner en « géométrique » ce que le texte exige en « utile », c’est sous-dimensionner le désenfumage d’un facteur proche de deux.

Étape 1 — découper le local en cantons

La fumée s’accumule sous la toiture et s’étale latéralement. Pour la contenir, l’IT 246 (§ 7.1.2) impose de découper les grands volumes : tout local de plus de 2 000 m² de superficie ou de plus de 60 m de longueur est divisé en cantons de désenfumage aussi égaux que possible, d’une superficie maximale de 1 600 m² et d’une longueur ne dépassant pas 60 m. Autant que possible, un canton ne descend pas sous 1 000 m². Les cantons sont délimités par des écrans de cantonnement, ou simplement par la configuration du local et de la toiture. L’écran peut être un élément de structure (couverture, poutre, mur), un écran fixe ou un écran mobile asservi (DAS) ; les exigences de stabilité au feu de degré ¼ h ou DH 30 et de matériau M1 ou B s3 d0 visent les écrans fixes et mobiles, pas les éléments de structure.

Trois grandeurs gouvernent ensuite tout le calcul. La hauteur de référence H : moyenne arithmétique des hauteurs du point le plus haut et du point le plus bas de la couverture, du plancher haut ou du plafond suspendu, mesurée depuis la face supérieure du plancher. Le plafond suspendu s’efface du calcul s’il présente plus de 50 % de passage libre (orifices d’au moins 5 mm) et si le volume entre couverture et plafond n’est pas occupé à plus de 50 % : on repart alors de la couverture, et H change — avec lui, tout le reste du calcul. L’épaisseur de la couche de fumée Ef : au moins 25 % de H lorsque H ne dépasse pas 8 m, au moins 2 m au-delà. Cette épaisseur peut être réduite pour respecter les hauteurs libres minimales, mais la réduction se paie : elle augmente la surface d’évacuation à installer et impose de calculer le taux α. La hauteur libre de fumée Hl : ce qui reste en dessous — au moins la moitié de H, toujours plus haute que le linteau des portes et jamais inférieure à 1,80 m. Un cas particulier utile aux grandes halles : au-dessus de 8 m de hauteur de référence, si la plus grande dimension du local n’excède pas 60 m, l’absence d’écran de cantonnement est admise, et le calcul se fait alors avec une épaisseur de fumée d’un mètre.

Étape 2 — calculer la SUE : règle du 1/200 ou taux α

Locaux de 1 000 m² ou moins : le 1/200

Lorsque la superficie du local n’excède pas 1 000 m², la surface utile des évacuations de fumée correspond au 1/200 de la superficie, mesurée en projection horizontale (IT 246, § 7.1.4, 1°). Un commerce de 800 m² appelle donc 4 m² de surface utile. Le texte offre une soupape : cette surface peut être limitée à la valeur donnée par le tableau de l’annexe pour un local de 1 000 m² de même hauteur de référence et de même épaisseur de fumée — un plafond qui évite de sur-équiper les locaux hauts. Cas des petits locaux : si les dispositions particulières du type exigent le désenfumage d’un local de moins de 300 m², une fenêtre peut compter comme amenée d’air ou comme évacuation, à condition que la surface d’évacuation se situe dans la moitié supérieure du local, à plus de 1,80 m du plancher — et que la surface comptée en amenée d’air se trouve, elle, en dehors de cette zone.

Locaux de plus de 1 000 m² : le taux α de l’annexe

Au-delà de 1 000 m², le forfait disparaît : la SUE s’obtient en multipliant la superficie de chaque canton par un taux α exprimé en pourcentage, sans jamais descendre sous la valeur calculée pour un canton de 1 000 m². Ce taux dépend de trois paramètres : la surface de feu prévisible — 9 m² en classe 1, 18 m² en classe 2, 36 m² en classe 3 —, la hauteur de référence H et l’épaisseur de fumée Ef. Le classement est donné par l’annexe de l’IT 246 selon l’exploitation : les bureaux, hôtels, restaurants, établissements d’enseignement, sanitaires ou de culte relèvent de la classe 1 ; les salles polyvalentes, cabarets, bals de la classe 2 ; les magasins, centres commerciaux et leurs mails, bibliothèques et salles d’exposition de la classe 3.

Deux règles de lecture du tableau font la différence entre un calcul juste et un calcul contestable. D’une part, l’interpolation linéaire est permise entre les valeurs du tableau, en raisonnant à partir de l’épaisseur de la couche de fumée, mais l’extrapolation est interdite : hors des bornes, il faut revenir aux formules de calcul de l’annexe (formule dite du « grand feu », obligatoire en classe 3, ou du « petit feu », réservée aux classes 1 et 2 dont la hauteur libre de fumée dépasse deux fois le diamètre théorique du feu). D’autre part, si l’épaisseur de fumée retenue dépasse la moitié de la hauteur de référence, le calcul est mené avec Ef = H/2. Notre calculateur de désenfumage IT 246 applique ces règles et vous donne le taux et la SUE canton par canton.

La correction d’implantation au-delà de 1 000 m² : le coefficient d’efficacité

Première chose à vérifier : la portée de la règle. Le 3° du § 7.1.4 réserve cette correction aux locaux de plus de 1 000 m² — inutile de l’appliquer à un commerce de 800 m² calculé au 1/200. Pour les locaux concernés, la SUE calculée suppose des évacuations posées à la hauteur de référence ; sur un shed, un versant ou un édicule, ce n’est jamais exactement le cas, et la surface utile de chaque exutoire est corrigée par un coefficient d’efficacité e = √(1 + ΔH/Ef), où ΔH est l’écart d’implantation — positif au-dessus de la hauteur de référence, négatif en dessous. Un exutoire implanté 1 m au-dessus de la hauteur de référence, avec une couche de fumée de 2 m, voit ainsi sa surface utile majorée d’environ 22 % ; le même exutoire implanté 1 m trop bas perd 29 %. Le même coefficient s’applique à la surface utile des bouches d’évacuation, et lorsque l’exutoire est repris au-dessus de la hauteur de référence, la longueur du conduit vertical de raccordement est limitée à 10 diamètres hydrauliques, sauf justification par le calcul. C’est une correction que les notices oublient régulièrement, et que les bureaux de contrôle ne manquent pas.

Étape 3 — implanter les évacuations et dimensionner les amenées d’air

Une SUE juste, mal répartie, ne désenfume pas. L’IT 246 (§ 7.1.3) encadre l’implantation : sous une toiture de pente inférieure ou égale à 10 %, aucun point du canton ne doit être séparé d’une évacuation par plus de quatre fois la hauteur de référence, dans la limite de 30 m, et il faut au moins une évacuation pour 300 m² de superficie. Au-delà de 10 % de pente, les évacuations s’implantent le plus haut possible, leur milieu ne devant jamais se situer sous la hauteur de référence ; sur une toiture à deux versants opposés — les sheds exceptés —, elles se répartissent également entre versants. Aucune ouverture de désenfumage ne peut avoir une de ses dimensions inférieure à 0,20 m : c’est chaque côté qui est visé, pas la surface.

Restent les amenées d’air, moitié oubliée du désenfumage : sans air entrant en partie basse, rien ne sort en partie haute. Leur surface libre totale doit être au moins égale à la surface géométrique — et non utile — des évacuations du local. Dans un local divisé en plusieurs cantons, l’amenée d’air peut se faire par les cantons périphériques, avec une surface libre au moins égale à la somme des surfaces géométriques des évacuations des deux cantons les plus exigeants. Portes donnant sur l’extérieur, ouvrants de façade en zone libre de fumée, bouches : tout se cumule, à condition de rester sous la couche de fumée.

Et en désenfumage mécanique ?

Quand la toiture n’est pas disponible — niveaux superposés, sous-sol, local aveugle —, on passe du calcul de surface au calcul de débit. Le découpage en cantons reste identique, mais la règle devient volumétrique (IT 246, § 7.2.3) : le débit d’extraction est d’au moins 12 fois le volume du canton par heure, limité à 3 m³/s pour 100 m², sans jamais descendre sous 1,5 m³/s par local — les locaux d’attente de l’article AS 4, § 1, exceptés. Un même ventilateur ne peut desservir que les bouches de deux cantons au maximum ; dans ce cas, son débit peut être ramené à celui exigé pour le plus grand des deux. Côté air neuf, les amenées naturelles se dimensionnent pour la totalité du débit extrait, les amenées mécaniques pour environ 0,6 fois ce débit, avec une vitesse de passage toujours inférieure à 5 m/s. N’oubliez pas les servitudes associées : ventilateurs d’extraction tenant 400 °C pendant une heure (ou classés F400 90) et alimentation électrique de sécurité conforme à la norme NF S 61-940, sauf dérogations de l’article DF 3 pour les installations de faible puissance.

Qui contrôle votre calcul, et quand

Le calcul de désenfumage n’est pas un document interne au bureau d’études : il se dépose. L’article DF 2 impose, au dossier de sécurité de l’article GE 2, un plan portant les emplacements des évacuations, des amenées d’air, des réseaux, des ventilateurs et des commandes, accompagné d’une note explicative des caractéristiques techniques. C’est sur ces pièces que la commission de sécurité se prononce — et c’est là que les incohérences entre notice, plans et note de calcul se paient en avis défavorable ou en prescriptions. En exploitation, l’article DF 10 impose une vérification annuelle des installations, portée à une vérification triennale par organisme agréé lorsque coexistent un désenfumage mécanique et un SSI de catégorie A ou B. Sur les opérations avec système de sécurité incendie, la cohérence entre zones de désenfumage, commandes et scénarios relève de la mission de coordination SSI.

Ce que ça implique pour vous

• Maître d’ouvrage : exigez une note de calcul qui affiche la classe retenue, H, Ef, le taux appliqué et la conversion utile/géométrique par produit. C’est le seul moyen de comparer les offres des lots couverture et de sécuriser la réception.
• Architecte / maître d’œuvre : arbitrez les écrans de cantonnement dès l’esquisse — un local de 61 m de long bascule dans le découpage en cantons, et une retombée de 2 m sous une toiture à 8,50 m se voit dans le volume. Le désenfumage se dessine, il ne se rattrape pas.
• Préventionniste / exploitant : conservez les procès-verbaux des exutoires (le Cv vient de là) et faites vivre la vérification annuelle de l’article DF 10 : un exutoire bloqué par une reprise d’étanchéité, c’est une SUE théorique qui n’existe plus.

Questions fréquentes

Comment calcule-t-on la surface utile de désenfumage d’un local de 1 000 m² ou moins ?

En désenfumage naturel, la surface utile des évacuations correspond au 1/200 de la superficie du local mesurée en projection horizontale : 3 m² pour 600 m², 5 m² pour 1 000 m². Cette valeur peut être plafonnée à celle du tableau de l’annexe de l’IT 246 pour un local de 1 000 m² de mêmes hauteur de référence et épaisseur de fumée.

Quelle est la différence entre surface géométrique et surface utile d’un exutoire ?

La surface géométrique est l’ouverture brute de l’appareil ; la surface utile est cette surface multipliée par le coefficient aéraulique Cv issu des essais, qui intègre les entraves et l’effet du vent. Le calcul réglementaire s’exprime toujours en surface utile ; la confusion entre les deux conduit à un sous-dimensionnement d’un facteur proche de deux.

Qu’est-ce qu’un canton de désenfumage et à partir de quand faut-il en créer ?

Le canton est le volume compris entre le plancher et la toiture, délimité par des écrans de cantonnement qui s’opposent à l’étalement latéral des fumées. Le découpage devient obligatoire au-delà de 2 000 m² de superficie ou de 60 m de longueur, par cantons d’au plus 1 600 m² et 60 m, aussi égaux que possible et si possible d’au moins 1 000 m².

Peut-on utiliser une fenêtre comme désenfumage ?

Oui, dans un cas précis : lorsque le désenfumage d’un local de moins de 300 m² est exigé par les dispositions particulières du type d’établissement, une fenêtre peut compter comme amenée d’air et/ou comme évacuation de fumée. La surface prise en compte pour l’évacuation doit se situer dans la moitié supérieure du local, à plus de 1,80 m du plancher ; celle comptée en amenée d’air doit se trouver hors de cette zone.

Peut-on extrapoler le tableau des taux α de l’IT 246 ?

Non. L’annexe de l’IT 246 autorise l’interpolation linéaire entre les valeurs du tableau, mais interdit expressément toute extrapolation. Hors des bornes du tableau, il faut appliquer les formules de calcul du taux — formule du grand feu pour la classe 3, formule du petit feu pour les classes 1 et 2, à la condition que la hauteur libre de fumée dépasse deux fois le diamètre théorique du feu ; à défaut, on retombe sur le grand feu.

Références : articles DF 1 à DF 10 du règlement du 25 juin 1980 (modifiés par l’arrêté du 22 mars 2004), instruction technique n° 246 relative au désenfumage dans les ERP (arrêtés du 22 mars 2004 et du 22 novembre 2004) et son annexe, norme NF S 61-937 (fiche VIII), norme NF S 61-940.