Que se passe-t-il après l’allumage lors d’un incendie de panneaux photovoltaïques en toiture ?

Les panneaux photovoltaïques font plus qu’introduire un risque d’allumage. Ils modifient le comportement des flammes, l’exposition à la chaleur et la propagation du feu sur le toit. Les tests FM et ZAG montrent pourquoi l’ensemble du toit et du système PV détermine ce qui se passe après l’allumage.

Une défaillance de connecteur, un câble endommagé ou un arc électrique peuvent déclencher un incendie sur une toiture photovoltaïque, mais l’allumage n’est que le début du scénario d’incendie. Une fois qu’un feu se développe sous une installation PV, les panneaux modifient l’environnement du feu au-dessus du toit. Les flammes peuvent être redirigées le long de la surface du toit, l’exposition à la chaleur peut augmenter considérablement et des matériaux combustibles, tant dans le système PV que dans la structure du toit, peuvent être impliqués.

C’est pourquoi la sécurité incendie des toitures PV ne peut pas être évaluée uniquement en se concentrant sur la prévention de l’allumage. La question cruciale est de savoir ce qui se passe après l’allumage. Le feu reste-t-il localisé ou la structure du toit fournit-elle un combustible supplémentaire qui lui permet de se développer et de se propager ?

Les panneaux PV modifient le comportement du feu sur un toit

Un incendie sur un toit ouvert et un incendie sous une installation PV ne sont pas identiques. Les recherches de FM montrent que les panneaux PV peuvent modifier la dynamique des incendies de toiture de plusieurs façons. La cavité entre le module et le toit peut rediriger les flammes qui, autrement, s’élèveraient loin de la surface. Sous l’effet du vent, la flamme peut être poussée plus loin le long du toit. Le module PV chauffé peut également rayonner de la chaleur vers la surface du toit, tandis que les composants combustibles du module lui-même peuvent fournir un combustible supplémentaire.

Les feuilles arrière en plastique peuvent fournir du combustible relativement rapidement. Les modules à dos en verre contiennent moins de matériaux combustibles exposés, mais incluent tout de même des composants tels que des adhésifs qui peuvent être impliqués lorsqu’ils sont suffisamment chauffés. Le résultat est un environnement de feu confiné dans lequel le toit peut être exposé à plus de chaleur sur une plus grande distance que sans le panneau PV.

La cavité PV peut multiplier par cinq l’exposition à la chaleur

FM a quantifié cet effet de cavité lors de recherches expérimentales. À environ 0,6 mètre de la source d’allumage et avec une pente de toit de 2,4°, le flux de chaleur mesuré sur le toit simulé était d’environ 4 kW/m² sans panneau PV au-dessus. Avec un panneau PV simulé installé au-dessus du toit, le flux de chaleur au même endroit atteignait environ 20 kW/m². Dans cette configuration de test particulière, la cavité PV a donc multiplié par environ cinq l’exposition à la chaleur mesurée.

Les valeurs exactes dépendent de la géométrie, de la hauteur du module, de la pente du toit, des conditions de vent et d’autres facteurs. La découverte importante n’est pas le facteur cinq en lui-même, mais le fait que la présence du module PV modifie fondamentalement l’exposition thermique subie par le toit en dessous.

FM a également constaté que l’espacement des modules et l’angle du toit influencent cet effet. Dans les configurations testées, des pentes relativement faibles combinées à des espacements de cavité efficaces d’environ 0,13 à 0,25 mètre ont créé une exposition à la chaleur particulièrement sévère. Cela aide à expliquer pourquoi la performance au feu d’un toit testé sans PV ne peut pas être automatiquement supposée rester la même après l’installation de modules PV au-dessus.

Plus de chaleur signifie plus de préchauffage

Le feu ne se propage pas uniquement parce que les flammes atteignent physiquement la section suivante du matériau. Le matériau en amont de la flamme est chauffé avant que l’allumage ne se produise. Lorsque le flux de chaleur augmente, une plus grande zone peut être préchauffée et les matériaux de toiture peuvent ramollir, fondre ou se décomposer thermiquement avant que les flammes visibles ne les atteignent.

La cavité PV peut donc créer un mécanisme de rétroaction. Le module modifie la géométrie de la flamme, la flamme modifiée augmente l’exposition à la chaleur du toit et les matériaux de toiture chauffés commencent à se décomposer. Si les produits de décomposition qui en résultent s’enflamment, une énergie supplémentaire devient disponible pour soutenir et étendre l’incendie.

La défaillance électrique initiale a peut-être été relativement mineure. La question importante est de savoir si la construction du toit environnant permet à ce petit incident de mobiliser plus de matériau combustible.

Le toit peut devenir un combustible supplémentaire

La plupart des toits plats commerciaux sont constitués de plusieurs couches. Un toit industriel léger typique peut inclure une membrane d'étanchéité, une isolation PIR ou EPS, une couche de contrôle de la vapeur et un platelage en acier.

En cas d'exposition sévère au feu, certains de ces matériaux peuvent fondre, se déformer ou se décomposer thermiquement. Cela ne signifie pas automatiquement que chaque matériau affecté contribue activement au feu de la même manière. Un matériau peut subir d'importants dommages thermiques sans devenir une source majeure de combustible. Pour la propagation du feu, la question la plus importante est de savoir si les flammes et la chaleur peuvent continuer à accéder à de nouveaux matériaux combustibles et si les produits de décomposition peuvent alimenter le feu. C'est pourquoi la distinction entre dommage thermique et contribution active au feu est importante.

La Directive ZAG 2026 sur la sécurité incendie pour les systèmes photovoltaïques appliqués aux bâtiments sur toits plats met donc fortement l'accent sur la construction du toit lui-même. Pour les toits neufs, sa principale recommandation est l'utilisation d'une isolation incombustible. Pour les toits existants où l'isolation combustible ne peut pas simplement être retirée, la directive indique qu'une couche d'atténuation alternative peut être envisagée, à condition que la solution complète soit testée telle qu'elle sera réellement installée. Cela déplace la discussion des produits individuels vers des assemblages de toiture complets.

Le toit et le système PV doivent être considérés ensemble

Un système PV et un toit ne doivent pas être traités comme deux systèmes séparés qui occupent simplement le même espace. Une fois qu'un incendie démarre sous l'installation, les différents composants commencent à interagir.

La hauteur et l'inclinaison du module influencent le comportement des flammes. Le système de montage influence la géométrie de la cavité. La membrane d'étanchéité est exposée à la chaleur et aux flammes, tandis que l'isolation détermine comment la chaleur pénètre plus profondément dans la construction et si des matériaux combustibles supplémentaires peuvent être impliqués. C'est pourquoi la norme FM 4478 évalue l'interaction entre les modules PV et l'ensemble de la toiture plutôt que de ne considérer que le module ou uniquement le revêtement du toit.

Les propres recherches de FM concluent également que l'utilisation de composants de qualité, une bonne conception, une installation correcte et un entretien peuvent réduire la probabilité d'inflammation mais ne peuvent pas l'éliminer complètement. La prévention reste donc essentielle, mais elle nécessite une seconde ligne de défense. Cette seconde ligne de défense est l'assemblage du toit lui-même.

Que se passe-t-il lorsqu'une barrière incombustible est ajoutée ?

ZAG a étudié ce principe dans une série de tests d'incendie sur toiture utilisant AllShield BarrierSheet. Les assemblages testés comprenaient des combinaisons réalistes de membranes PVC, PIR, EPS, bitume et modules PV. Des sources d'allumage plus importantes ont été délibérément utilisées lorsque nécessaire pour créer un développement d'incendie soutenu sous le système PV.

Les tests n'étaient pas conçus pour démontrer que rien sous le BarrierSheet ne serait affecté par la chaleur. En fait, l'exposition thermique était sévère. Les températures mesurées directement sous le BarrierSheet allaient d'environ 430°C à plus de 800°C, selon la configuration du test. Le PIR a montré des déformations, des délaminations et une décomposition. L'EPS a fondu sous la zone d'allumage dans certaines configurations. La chaleur a donc clairement pénétré l'assemblage du toit et causé des dommages thermiques.

Cependant, ZAG a constaté une différence importante. Dans les quatre configurations de test, le AllShield BarrierSheet a empêché la pénétration directe des flammes dans les couches structurelles plus profondes. La chaleur traversait toujours le système et les matériaux sous-jacents étaient toujours affectés, mais le feu n'a pas eu un accès direct et illimité aux couches combustibles sous la barrière. C'est la fonction d'une barrière coupe-feu limitant les conséquences.

Les dommages thermiques et la propagation du feu ne sont pas la même chose

Cette distinction est importante lors de l'interprétation des tests d'incendie PV. Une barrière coupe-feu n'a pas besoin de maintenir chaque matériau en dessous à température ambiante. Sa fonction principale est de contrôler comment le feu peut se développer et quels matériaux peuvent être directement impliqués.

Dans le test AS-4 de ZAG, les quatre modules PV ont été impliqués et le test a duré 40 minutes. Le PIR sous le BarrierSheet a montré d'importants dommages thermiques et une décoloration. Cependant, les dommages n'ont pas traversé toute l'épaisseur du PIR et le BarrierSheet a continué à empêcher la pénétration directe des flammes dans la construction plus profonde. Le PIR a été affecté par la chaleur, mais le feu ouvert au-dessus a été empêché d'accéder librement aux couches plus profondes.

L'objectif n'est donc pas de prétendre que le PIR devient incombustible. Ce n'est pas le cas. L'objectif est d'empêcher l'isolation et les couches profondes du toit de devenir un combustible librement disponible pour le feu au-dessus.

Limiter l'accès au combustible change la conséquence

Cela nous donne un moyen pratique de diviser la sécurité incendie PV sur toiture en deux parties. La première est la prévention de l'allumage. De bons composants, des connecteurs compatibles, une installation correcte, la surveillance, l'inspection, la maintenance et la protection électrique réduisent tous la probabilité qu'un incendie démarre. La seconde est la limitation des conséquences. Si l'allumage se produit quand même, la question importante devient la quantité de matériau combustible supplémentaire que le feu peut atteindre.

Sans barrière efficace, le feu peut impliquer la membrane d'étanchéité et continuer dans l'isolation combustible ou d'autres couches du toit. Avec une couche incombustible appropriée à la bonne position, l'accès direct à ces matériaux plus profonds peut être restreint. La quantité de combustible directement disponible pour la flamme est alors réduite et le toit est moins susceptible de devenir une extension de l'incendie initial. C'est le principe qui sous-tend la restriction de l'accès direct des flammes aux couches de toiture combustibles plus profondes sous le PV.

Pourquoi ne pas simplement remplacer toute l'isolation combustible ?

Pour les nouvelles constructions, un assemblage de toiture entièrement incombustible peut être une excellente solution. Pour les bâtiments industriels légers existants, c'est souvent plus compliqué. Les structures de toit ont une capacité de charge limitée. L'ajout de PV introduit déjà une charge permanente supplémentaire. Remplacer une isolation légère par une construction incombustible plus lourde peut consommer une capacité structurelle qui pourrait autrement être disponible pour le système PV.

La différence exacte dépend du type d'isolation, de la résistance thermique, de l'épaisseur et de la conception complète du toit. Il n'existe donc pas de comparaison unique en kilogrammes par mètre carré qui s'applique à chaque toit.

AllShield BarrierSheet a une épaisseur d'environ 2,5 mm et un poids de 3,0 kg/m². Il est installé comme panneau de recouvrement minéral sous une nouvelle membrane d'étanchéité. Cela crée une autre voie de conception : au lieu de remplacer automatiquement chaque couche combustible dans un toit existant, une barrière légère incombustible peut être intégrée dans un assemblage de toiture testé pour séparer le feu au-dessus des couches combustibles en dessous. Pour les toits industriels légers, cela peut préserver plus de capacité structurelle pour l'installation PV que certaines alternatives de rénovation de toiture plus lourdes.

Les tests d'assemblage complet restent essentiels

Ajouter n'importe quel panneau à n'importe quel toit ne crée pas automatiquement un assemblage PV résistant au feu. La membrane compte, l'isolation compte, les joints et fixations comptent et la géométrie PV compte aussi. La position de la barrière coupe-feu dans l'ensemble de l'assemblage est tout aussi importante.

La directive ZAG le précise explicitement. Lorsque des solutions d'atténuation alternatives sont envisagées à la place d'une isolation incombustible, elles doivent démontrer une robustesse comparable lors d'expériences utilisant l'ensemble du toit et du système PV tel qu'il sera réellement construit et à une échelle impliquant plusieurs modules PV.

FM suit la même philosophie basée sur le système. AllShield BarrierSheet est approuvé FM selon FM 4470 et FM 4478 pour les assemblages de toiture définis applicables. Le rapport d'approbation FM identifie BarrierSheet comme un panneau de recouvrement de 2,5 mm et répertorie l'assemblage complet pertinent dans RoofNav. L'approbation s'applique donc aux assemblages et conditions d'installation définis. Il ne s'agit pas d'une affirmation générale selon laquelle un composant rend automatiquement chaque configuration de toit possible sûre.

Après l'allumage, le toit devient la seconde ligne de défense

La prévention des incendies PV continuera de s'améliorer. De meilleurs connecteurs, une meilleure installation, la détection d'arc, la surveillance et la maintenance réduisent tous la probabilité d'un incendie. Mais éliminer chaque source d'allumage possible sur toute la durée de vie d'un système PV commercial n'est pas réaliste. FM l'affirme directement : de bons produits, une bonne conception, une bonne installation et une bonne maintenance peuvent réduire la probabilité d'allumage mais ne peuvent pas l'éliminer.

Une stratégie de résistance au feu PV doit donc supposer que l'allumage peut encore se produire. Une fois que cela se produit, la question passe de la cause de l'incendie à ce qui se passe après le début du feu. La question clé devient alors de savoir quelle part du toit peut devenir partie intégrante de l'incendie.

C'est pourquoi la sécurité incendie PV sur toiture nécessite à la fois la prévention et la limitation des conséquences. Le système électrique peut déterminer si la première ignition se produit, mais l'ensemble du toit et du système PV détermine ce qui se passe ensuite.

Base technique

Cet article est basé sur des recherches expérimentales de FM sur la dynamique des incendies PV sur toiture et le flux de chaleur, la norme d'approbation FM 4478, la directive ZAG 2026 sur la sécurité incendie pour les systèmes photovoltaïques appliqués aux bâtiments sur toits plats, le rapport ZAG 448/25-560-1-EN sur les tests d'incendie PV sur toiture avec AllShield BarrierSheet et le rapport d'approbation FM PR472014 pour AllShield BarrierSheet.