Effondrement de toitures à la suite de chutes de neige 2011/04.02

Décembre 2010 fut le théâtre de plus d'une quarantaine d'incidents sur des toitures à travers toute la Belgique. Outre les éventuelles pertes humaines, ces dégâts engendrent des coûts de réparation et des coûts indirects particulièrement élevés (dus au manque à gagner généré par des infrastructures inutilisables dans les surfaces commerciales, les industries, …).
Le nombre des incidents relevés nous laisse supposer que les structures n'étaient pas suffisamment résistantes que pour supporter la charge de neige accumulée sur les toitures. Mais est-ce là la véritable raison ? La charge de neige sur une toiture (sk) dépend de divers paramètres :

  • la charge de neige au sol (s), déterminée chaque année en Belgique à l'aide des données de l'IRM. Pour le dimensionnement d'un bâtiment, on se réfère à une hauteur de neige caractéristique (hsnow,k pour une période de retour de 50 ans)

  • la pente et le type de toit, qui déterminent des coefficients de forme et des cas de charge particuliers (prise en compte de l'accumulation de neige par le phénomène de drift, p. ex.)
    la topographie locale du bâtiment, qui peut amplifier d'éventuels effets d'accumulation dus au vent

  • la transmission de chaleur de la toiture, c.-à-d. son caractère plus ou moins bien isolé dans le cas de bâtiments chauffés.
Les hauteurs de neige observées en décembre 2010 en Belgique n'ont dépassé qu'en de rares endroits les hauteurs utilisées pour le calcul de la charpente (hauteur caractéristique).
En Belgique, le calcul de la charge de neige peut être effectué suivant la norme NBN EN 1991-1-3 complétée par son annexe nationale (ANB). Pour une altitude inférieure à 100 m, la charge de neige sur une toiture plate utilisée dans les calculs de stabilité vaut 0,6 kN/m², soit environ 60 kg/m² (coefficient de sécurité de 1,5 compris) (*). Cette charge croît linéairement avec l'altitude (jusqu'à 1,4 kN/m² à 700 m de hauteur).

D'après les mesures de l'IRM présentées dans le graphique ci-contre, l'enneigement de décembre 2010 n'a qu'en de rares endroits dépassé la hauteur caractéristique. Bien que cela doive être confirmé pour chacun des cas, il paraît donc peu probable que la valeur de la charge de calcul ait été dépassée de manière généralisée. Il nous semble par contre intéressant d'attirer l'attention du concepteur sur plusieurs problématiques qui, conjuguées, pourraient expliquer un certain nombre d'effondrements et qui devraient, à l'avenir, être prises en compte lors de la conception des toitures.

Tout d'abord, rappelons que, même si la durée de l'enneigement s'est avérée particulièrement exceptionnelle (23 jours enneigés contre 4,6 en moyenne à Uccle), aucun record de hauteur de neige n'a été battu en décembre 2010. Précisons également que le poids volumique de la neige peut augmenter de 1 à 4 kN/m³ avec le temps (notamment en raison de précipitations ultérieures, du compactage, …).

Ensuite, les phénomènes de dégel et de regel, lorsqu'ils sont associés à cette durée, ne sont pas sans conséquence. A l'instar des feuilles mortes qui bouchent les exutoires en automne, la neige gelée et la glace peuvent obturer les dispositifs d'évacuation d'eau en hiver. Si l'évacuation normale n'est plus fonctionnelle, l'eau de fonte ou des précipitations va s'accumuler vers le point le plus bas de la toiture. Il peut en résulter un effet de mare ('ponding effect') qui, par un mécanisme de déformation progressive, va amplifier la déformation et la localisation de la charge. Ce phénomène est fréquent dans le cas, très en vogue, des toitures plates réalisées au moyen de structures légères (tôles profilées en acier, p. ex.). Ces structures sont souvent dimensionnées en fonction de leur charge de rupture, mais peuvent fléchir considérablement à l'état limite de service en raison de leur grande flexibilité. Nous supposons que les concepteurs tiennent très peu compte de cet effet de mare, alors que cette information est cruciale pour le placement adéquat des dispositifs d'évacuation normaux et d'urgence. Il convient néanmoins de rester réaliste et d'admettre que, même avec un équilibre entre le système d'évacuation et la structure du toit, la majorité des dégâts observés n'auraient pas pu être évités, car l'eau à évacuer était gelée.


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B. Parmentier, ir., chef de la division 'Structures, CSTC
W. Van de Sande, ing., chef du département 'Avis techniques et consultance', CSTC
(*) La charge de neige à 100 m d'altitude se calcule comme suit : hsnow,k (z = 100 m) x poids volumique de la neige x coefficient de forme x facteur de sécurité = 0,32 x 1,5 x 0,8 x 1,5 = 0,6 kN/m².