Résistance à la rupture des vitrages de toiture accessibles

Développement d’une méthode de vérification pour les vitrages accessibles en Suisse

Texte : Thiemo Fildhuth, ingénieur (HSLU) / Photos : Florian Budde (HSLU)

Les vitrages horizontaux sont généralement accessibles pour le nettoyage et l’entretien et il faut vérifier leur résistance à la rupture chute des personnes. Le cahier technique SIA 2057 utilisait jusqu’à présent la notion de « résistance à la chute »). Le cahier technique SIA 2057 « Constructions en verre » [1] ne prescrit aucune méthode de vérification, mais il y est dit : « On tiendra compte de la résistance d’un vitrage à la chute de personnes le traversant en fonction du projet. Si nécessaire, on pourra vérifier si le vitrage est résistant à ce type d’action par des mesures adéquates (par ex. de nature constructive, par calcul ou par essai (par ex. la méthode du choc de corps mou et lourd [...]. »
En revanche, l’assurance-accidents SUVA exige des essais de charge pour vérifier les surfaces de toiture  ésistantes à la rupture.. L’ordonnance sur les travaux de construction OTConst (RS 832.311.141:2024) constitue une base contraignante [2]. Il y est précisé qu’une surface de toit résistante à la chute « […] résiste aux différentes charges pouvant intervenir au cours de l’exécution des travaux » (art. 2c). Pour les surfaces, éléments de construction et recouvrements qui ne sont pas résistants à la chute, il faut mettre en place des barrières ou d’autres mesures afin d’éviter tout accès par inadvertance. Si nécessaire, il faut doter ces éléments de recouvrements ou de passerelles solides. Sur cette base, la SUVA exige que tous les éléments de toiture et matériaux accessibles à des fins de nettoyage et d’entretien ou pendant des travaux de construction résistent sans rupture à une charge dynamique. L’énergie d’impact doit être de 1200 joules pour qu’un composant soit considéré comme résistant à la chute. Pour les coupoles et les bandes de fenêtres de toit en plastique ou en panneaux ondulés en fibrociment, le test de choc vertical est réalisé avec un sac sphéroconique de 50 kg et une hauteur de chute de 2,4 m (base : SN EN 1873, SN EN 596, voir tableau 1, ainsi que GS-Bau 18 [4]). Bien que le verre ne soit pas spécifiquement mentionné, il relève actuellement de la même catégorie pour l’assurance-accidents. Selon la SUVA, les méthodes de choc pendulaire avec pneumatiques jumelés selon les normes SN EN 12600 [5] ou DIN 18008-6 [6] ne prouvent aucune résistance à la rupture.

 

8La situation décrite entraîne des incertitudes juridiques et techniques considérables pour de nombreux acteurs de la chaîne de création de valeur de la construction en verre, de façades et métallique en Suisse en termes de dimensionnement et de vérification des vitrages de toiture accessibles à des fins de nettoyage et d’entretien. Selon la réglementation de la SUVA pour les surfaces de toiture générales, des essais de choc dynamiques de 1200 J devraient toujours être réalisés sur de telles surfaces vitrées accessibles, ce qui représente une charge de travail importante. Les éléments de construction devant résister au choc sans se briser, il n’est pas possible d’utiliser l’avantage de la capacité portante résiduelle du verre feuilleté de sécurité de manière ciblée après une rupture. Il n’existe pas aujourd’hui de méthode de simulation établie pour représenter mathématiquement l’impact mou de chocs avec des sacs à billes tels qu’ils sont utilisés en Suisse et de renoncer ainsi partiellement à des essais.
Les constructions métal-verre jouent aussi un rôle important dans la branche de la construction métallique et ce sujet est donc incontournable pour les entreprises de construction métallique.

Projets de recherche et développement

Afin de faire évoluer la situation décrite et de créer une base concrète pour une méthode de vérification globale applicable dans toute la Suisse de la résistance à la rupture des vitrages de toiture, la Haute école de Lucerne (HSLU) en tant qu’institut de recherche, les associations ASVP-SIGAB, AM Suisse / Metaltec Suisse et Enveloppe des bâtiments Suisse en tant que représentants des intérêts de la branche du verre, des façades et de la construction métallique, l’assurance-accidents SUVA, la SIA et le bureau d’ingénieurs Lüchinger Meyer Partner AG ont lancé un projet de recherche et de développement de deux ans soutenu par Innosuisse en novembre 2025. Les objectifs sont les suivants :
• Élaboration conjointe d’un concept pour une méthode de vérification appropriée, économique et efficace pour le verre accessible à des fins de nettoyage et d’entretien. Il est prévu une procédure en plusieurs étapes, en fonction des cas, avec des possibilités de vérification par le calcul, des tableaux et sur la base d’essais.
• Détermination d’un corps d’impact et d’une hauteur de chute appropriés pour des vérifications basées sur des essais ;
• Élaboration/choix d’une méthode de simulation numérique pour les chocs mous sur du verre en prenant en compte des corps d’impact appropriés, par exemple le sac sphéroconique avec remplissage de billes de verre répandu en Suisse et à l’international ;
• Proposition de méthodes de calcul analytique simplifiées, si celles-ci sont réalisables ;
• Établissement d’une liste de formats et de structures de verre standard pouvant être considérés comme résistants à la rupture sans autre vérification par le calcul.
• Formulation de recommandations correspondantes sur la méthode de vérification.

L’objectif de la protection est toujours d’empêcher une personne se trouvant sur le verre de passer à travers et de protéger les personnes sous le verre contre la chute de fragments ou d’éléments de construction entiers.
Pour atteindre ces objectifs, le projet prévoit entre autres de vastes programmes d’essais sur des éléments de construction en verre correspondants ainsi que des simulations numériques comparatives parallèles. Il y a, dans le monde, une multitude de méthodes de vérification de la résistance à la rupture (voir tableau 1 et illustration 4). Les essais recourent généralement à des sacs remplis de billes de verre, de sable ou de grenaille de différentes formes comme corps d’impact. Leur poids est généralement de 45 kg ou 50 kg, mais la hauteur de chute ou l’énergie d’un impact et la gestion d’une éventuelle capacité de charge résiduelle après une rupture sont traitées différemment d’un endroit à l’autre. En Allemagne, des pneumatiques jumelés de 50 kg sont utilisés pour l’impact et produisent un choc plus élastique que les sacs de billes. Il existe aussi un concept de calcul normalisé, adapté aux essais de choc de pneumatiques jumelés, pour les vérifications avec des charges de remplacement statiques ainsi que pour des simulations de choc dynamiques et transitoires via la MEF. Alors que les charges de remplacement statiques n’apportent que des résultats conservateurs et moins économiques pour le dimensionnement du verre, la simulation de choc dynamique transitoire permet une meilleure utilisation du verre, mais présuppose la présence d’un logiciel correspondant.

 

Études antérieures

Des études préliminaires réalisées à la HSLU, entre autres dans le cadre de deux travaux de bachelor et d’un travail de master, révèlent des différences considérables entre les effets des différents corps d’impact (illustration 3). Un sac de sable de 50 kg génère une contrainte de traction 1,5 fois plus élevée dans le verre qu’un sac sphéroconique de même poids avec une enveloppe en lin. La différence est par exemple de 50 MPa pour une hauteur de chute de 700 mm. Le choix d’une enveloppe plus rigide pour un sac sphéroconique par ailleurs identique fait apparaître des différences considérables au niveau des résultats de contrainte dans le verre : avec une enveloppe en bâche, les contraintes sont un tiers plus élevées qu’avec une enveloppe en lin molle. Cela montre que le choix d’un corps d’impact approprié et sa définition exacte sont très importants pour obtenir des résultats reproductibles et un dimensionnement sûr et économique. Le corps d’impact doit en outre reproduire de manière judicieuse des chocs typiques tels que ceux qui se produisent sur un verre accessible, par exemple en cas de chute de personnes. Il y a là des différences par rapport aux chocs sur les vitrages verticaux antichute.

 

 Le projet doit enfin évaluer les répercussions de la méthode de vérification souhaitée sur les coûts et les matériaux, par exemple par un dimensionnement plus économique des vitrages de toiture ou par une réduction de la consommation de matériaux et donc de l’empreinte carbone grâce à des verres moins épais et des structures adaptées pour accueillir du verre. Les sous-constructions métalliques doivent aussi résister à d’éventuelles charges et profitent ainsi d’un dimensionnement clairement réglementé pour les effets des chocs.   ■

 

 

Tableau 1 : Aperçu des normes internationales actuellement en vigueur pour les tests de chocs mous dans la construction.