En savoir plus sur les câbles à faible dégagement de fumée et sans halogène (LSZH) capables de sauver des vies

On a de plus en plus tendance à recourir aux câbles électriques LSZH qui utilisent des matériaux de gainage plus sûrs en cas d'incendie. Contrairement aux matériaux traditionnels, tels que le polychlorure de vinyle ou PVC et l'éthylène-propylène fluoré ou FEP, et comme le suggère leur nom, ils produisent des fumées moins denses et pratiquement aucuns gaz toxiques appelés halogènes.

Il peut sembler logique de privilégier l'utilisation de ces câbles, mais le choix des concepteurs est en réalité beaucoup plus compliqué. En effet, les ingénieurs électriciens doivent bien connaître les câbles LSZH, comment les choisir et leurs domaines d'applications.

Les câbles LSZH ne conviennent pas à toutes les applications

Il est important de se rappeler que même si les câbles fabriqués avec des composés halogénés comme le PVC et FEP ont été identifiés comme étant dangereux lors d'un incendie, les câbles LSZH ne sont pas la solution universelle pour les remplacer pour les raisons suivantes. Tout d'abord, les câbles en PVC et FEP offrent des avantages indéniables, et leur remplacement par des câbles LSZH présente peu d'intérêt dans les espaces ouverts où les gaz et la fumée peuvent se dissiper rapidement. De plus, les câbles électriques sont rarement les seules matières plastiques présentent lors d'un incendie, et puisque les câbles en PVC et FEP résistent au feu, ils ne jouent pas un rôle majeur dans la propagation de l'incendie.

Ces câbles sont également moins chers que les câbles LSZH, fournissent d'excellentes performances électriques, sont largement répandus et disposent de caractéristiques électriques en conditions humides et sèches supérieures. Ils sont également très flexibles, ont une longue durée de vie, résistent aux températures extrêmes et aux produits chimiques et sont très résistants. En bref, les câbles LSZH sont mieux adaptés dans des situations où les câbles traditionnels peuvent être dangereux. Ils ne sont pas destinés à remplacer les câbles traditionnels dans toutes les applications.

L'essor des câbles LSZH

Les caractéristiques de propagation des flammes du PVC et du FEP des gaines de câble, des diélectriques et d'autres composants sont connues depuis les années 1970, et des câbles dotés d'autres matériaux sont utilisés dans les systèmes nucléaires et militaires depuis 1980. Toutefois, l'incendie de la station de métro londonienne King's Cross en 1987, qui a fait plus de 30 morts et 100 blessés, a marqué le monde entier (Figure 1).

Figure 1 : Une enquête sur l'incendie de la station de métro londonienne King's Cross a montré que la combustion de grandes quantités de câbles électriques a produit une épaisse fumée noire et a dégagé des gaz toxiques, ce qui a rendu l'évacuation des personnes présentes extrêmement difficile. (Source d'image : Wikipédia)

L'enquête complémentaire a révélé la cause de cet incendie : une allumette tombée sur un escalier combinée à plusieurs autres facteurs a favorisé la propagation des flammes qui se sont avérées mortelles. L'un de ces facteurs était la présence de nombreux câbles électriques qui ont brûlé, produisant une épaisse fumée noire et dégageant des gaz toxiques, ce qui a rendu l'évacuation des personnes présentes extrêmement difficile. Cet incident est à l'origine de la conception de câbles plus résistants et plus sûrs en cas d'incendie.

Suite à cet incendie, le métro de Londres a interdit l'utilisation de câbles en PVC et d'autres membres de l'Union européenne ont commencé à utiliser des câbles LSZH peu de temps après. Il a fallu beaucoup plus de temps aux États-Unis pour adopter ces câbles pour plusieurs raisons, notamment le coût, les normes contradictoires et une polémique concernant les lieux d'utilisation. Ces problèmes ont progressivement été résolus, et les câbles en PVC et FEP sont en cours de remplacement dans les applications où les câbles LSZH offrent des avantages.

Différences entre les câbles LSZH

Contrairement aux gaines en PVC, les câbles LSZH utilisent des gaines en matières thermoplastiques qui ne produisent pas d'halogènes ou d'acides caustiques, peu ou pas de fumée et qui réduisent considérablement la propagation des flammes. Tous ces avantages permettent aux personnes d'échapper plus facilement aux incendies et de faciliter le travail déjà dangereux des pompiers. Les câbles LSZH sont généralement composés de polyoléfine et dopés avec des minéraux hydratés, ce qui donne une fumée blanche et moins épaisse.

Depuis la mise à disposition des câbles LSZH, d'autres composés ont été introduits. Ils offrent de meilleurs résultats tout en garantissant les performances électriques requises du câble. Les polymères qui ne sont pas naturellement ignifugeants contiennent des additifs, comme les hydrates inorganiques (trihydrate d'aluminium ou hydroxyde de magnésium). Ces additifs améliorent l'ignifugation. Ce lourd dopage altère certaines propriétés physiques. C'est pourquoi le secteur de la câblodistribution a mis au point des méthodes afin de réduire ou d'éliminer leurs effets grâce à différentes matières.

Des exigences ambiguës

Pour les concepteurs, la situation reste confuse, car les points de vue divergent concernant les emplacements d'utilisation de ces câbles. Il n'existe aucune norme ni aucun ensemble de normes permettant de prendre des décisions en toute connaissance. De plus, il est difficile de différencier les câbles LSZH des différents fabricants. Pour mieux comprendre ce problème, vous pouvez examiner les nombreux acronymes utilisés au fil des années pour décrire les « différentes » propriétés des câbles électriques contre les incendies (Tableau 1).

Tableau 1 : Incohérences créant beaucoup de confusion : certaines des nombreuses désignations de câbles ignifuges (source des données : Wikipédia, Anixter, Inc.)

Parmi les autres exemples, on peut citer le département de la Défense américain, l'une des premières agences a avoir abordé la question de la teneur en halogène avec la norme MIL-C-24643. Cette norme indique que la teneur en halogène ne doit pas excéder 0,2 % par poids pour être considérée comme « faible ». D'autres normes portent sur la quantité de gaz acides produite, mais ne traitent pas spécifiquement des niveaux de teneur en halogène.

En ce qui concerne les câbles électriques utilisés dans les plénums, le principal problème est que les produits toxiques et corrosifs qu'ils peuvent produire se répandront à l'ensemble d'un bâtiment. Le NEC (National Electrical Code) exige que les câbles utilisés dans les plénums soient homologués à « faible dégagement de fumée », bien qu'il y ait débat à ce sujet. En effet, les plénums ont généralement une charge de combustible plus faible et sont moins exposés aux sources d'inflammation. La NFPA (National Fire Protection Association) maintient la norme NFPA 262 concernant les câbles utilisés dans les espaces de ventilation des plénums.

Heureusement, l'Underwriters Laboratories (UL) s'est penché sur la question des spécifications de « faible dégagement de fumée et sans halogène » depuis 2015 et propose désormais des programmes de certification pour les câbles sans halogène (HF) et LSZH basés sur la série de normes CEI 62821 et CEI 60754. La norme CEI 62821 porte sur les exigences relatives aux câbles isolés gainés thermoplastiques à faible dégagement de fumée et sans halogène, avec une tension nominale jusqu'à 750 V. Les marquages HF et LSZH de l'UL peuvent être utilisés sur de nombreux types de câbles et fils, du câblage d'appareils aux câbles de télécommunication (y compris fibre optique), en passant par les conducteurs flexibles et les câbles d'alimentation et de commande.

Tous les câbles HF et LSZH certifiés UL répondent également aux autres exigences générales de certification UL. L'UL a également étendu son programme de classification des composants sous la norme UL 2885 afin d'inclure l'évaluation des halogènes. Cette extension devrait être utile pour les fabricants de composés d'isolants et de gaines et d'autres composants de câbles, notamment les matériaux de remplissage, les rubans et les enroulements.

Quand faut-il utiliser les câbles LSZH ?

Il est difficile de déterminer s'il faut utiliser un câble LSZH, surtout pour ceux qui s'intéressent en détail aux normes, aux codes de logement et aux nombreux documents qui traitent de cette question. Heureusement, la nécessité de la protection offerte par les câbles LSZH est souvent évidente. En général, les câbles LSZH doivent être utilisés dans des lieux où de nombreux câbles sont installés dans un espace confiné et à proximité les uns des autres, et où l'évacuation est limitée, la ventilation est médiocre et une haute tension est présente.

D'autres exemples représentatifs incluent les applications dans lesquelles ils ont d'abord été utilisés, comme dans les sous-marins et navires de surface où il est difficile, voire impossible, d'échapper à un incendie, et dans les installations nucléaires où une fumée épaisse et des gaz toxiques et corrosifs pourraient être catastrophiques.

Mais il existe d'autres applications : les avions commerciaux, les stations et gares, certaines zones dans les aéroports, les centraux de télécommunications, les tunnels, les salles de spectacle et les boîtes de nuit (Figure 2). Ce plan montre la boîte de nuit The Station à Warwick dans l'État de Rhode Island, qui a été ravagée par un incendie en 2003, causant la mort de 100 personnes et en blessant 230 autres.

Figure 2 : Ce plan de la boîte de nuit The Station montre que malgré les sorties de secours, il y avait aussi des endroits d'où il était extrêmement difficile de s'échapper, surtout pour des centaines de personnes paniquées. (Source de l'image : National Bureau of Standards and Technology)

Malgré les sorties de secours, il y avait aussi des endroits d'où il était extrêmement difficile de s'échapper, surtout pour des centaines de personnes paniquées. Le temps pour sortir des locaux était crucial, car les vapeurs toxiques s'étaient rapidement accumulées, comme le montrent les mesures du graphique (Figure 3).

Figure 3 : Concentrations de gaz en un point central de la boîte de nuit, entre la cuisine et la piste de danse, pendant les 200 premières secondes après le début de l'incendie (t= 0). La sonde était placée à 1,5 mètre au-dessus du sol. (Source de l'image : National Bureau of Standards and Technology)

Les applications les plus récentes incluent les data centers, dont le nombre a considérablement augmenté. Ils hébergent une multitude de câbles, ainsi qu'une quantité massive d'infrastructures de refroidissement dans lesquelles les flammes et la fumée peuvent se propager rapidement. Bizarrement, l'utilisation de câbles LSZH dans les data centers n'est pas universellement requise, même si leur utilisation est de plus en plus courante.

Outre ses avantages manifestes, il existe des facteurs qui peuvent justifier ou limiter l'utilisation des câbles LSZH. Dans les immeubles neufs, l'une des considérations les plus importantes est la charge combustible apportée par les matériaux de construction, ce qui exige des connaissances sur les matériaux utilisés et une évaluation de l'environnement global. Malheureusement, cela est souvent impossible à réaliser dans les immeubles existants, car il est difficile et parfois même impossible d'obtenir des informations sur les matériaux utilisés dans la construction.

Performances et coûts

Si jadis les performances mécaniques et électriques des câbles LSZH étaient inférieures à celles de leurs homologues traditionnels, ce n'est plus vraiment le cas aujourd'hui. Les fabricants de câbles améliorent continuellement les produits LSZH afin d'offrir les propriétés ignifuges des matériaux PVC et FEP sans réduire la flexibilité, le rayon de courbure, la résistance aux températures froides et les performances électriques.

Les câbles LSZH sont généralement plus chers, car leur fabrication nécessite des étapes supplémentaires et un temps de fabrication plus long. Toutefois, les coûts pourraient diminuer avec l'augmentation du marché américain des câbles LSZH. Les applications en environnements froids n'ont jamais été très adaptées aux câbles LSZH, car les additifs ont tendance à diminuer la flexibilité en général, et à très basse température en particulier. Cependant, certains des câbles LSZH les plus récents règlent ce problème grâce à des techniques propriétaires.

Choisir le câble LSZH approprié

L'augmentation des règles, des codes, des normes et des réglementations disparates ne permet pas aux fabricants de câbles de définir facilement si leurs câbles sont ou ne sont pas homologués LSZH. Certaines fiches techniques qui, autrement, pourraient sembler répondre à ces exigences, ne l'indiquent souvent pas. Elles se limitent à la construction des câbles (principalement du gainage) en omettant souvent les matériaux diélectriques.

La gamme de câbles à plusieurs conducteurs d'Alpha Wire, incluant les câbles à 2 conducteurs 1172L SL005 jusqu'à la version à 24 conducteurs 6017L SL005 (Figure 4), constitue un excellent exemple de fiches techniques qui décrivent clairement les attributs LSZH. Elles indiquent clairement qu'ils sont répertoriés LSZH et spécifient les tests réussis, y compris CEI 60332-1 pour l'inflammabilité, EC 60754-1 et 60754-2 pour la génération de gaz acide et CEI 61034-2 pour les émissions de fumées.

Figure 4 : Les fiches techniques des câbles à 2 conducteurs 1172L SL005 (à gauche) et à 24 conducteurs 6017L SL005 (à droite) d'Alpha Wire évitent toute confusion en indiquant clairement qu'ils sont répertoriés LSZH et les tests auxquels ils ont été soumis. (Source de l'image : Alpha Wire)

D'autres fabricants spécifient également les caractéristiques LSZH, tandis que d'autres les ensevelissent parmi d'autres informations dans leurs fiches techniques. Cette habitude va probablement changer lorsque davantage d'ingénieurs les indiqueront. Si un câble vous intéresse, mais que ses caractéristiques concernant les incendies ne sont pas clairement indiquées, la meilleure solution est de contacter le fabricant avant de prendre une décision. L'entreprise peut également fabriquer des versions personnalisées présentant certaines ou toutes les caractéristiques de performances supérieures en cas d'incendie. Il est également essentiel de comparer les câbles LSZH de plusieurs fabricants, de sélectionner ceux dont la résistance au feu semble satisfaisante et de comparer leur flexibilité, leur plage de températures, leur rayon de courbure, leur durée de vie et d'autres paramètres importants. Le câble choisi doit présenter à la fois une excellente résistance au feu et le moins de différence (ou dégradation) possible par rapport à un câble en PVC.

Conclusion

À ce stade, il n'est pas surprenant que, bien que les câbles LSZH soient disponibles depuis des décennies, leur utilisation commence seulement à se développer. Il n'y a pas eu d'alliance ou d'autre organisation pour les promouvoir, sans compter qu'il y a peu ou pas de cohérence quant aux lieux d'utilisation ni aucune indication sur la manière dont les fabricants de câbles doivent les documenter sur un site Web ou dans une fiche technique. Heureusement, la situation évolue grâce à la décision de l'UL d'ajouter les caractéristiques LSZH et LSF à son programme de tests de certification. Espérons simplement qu'il n'y aura pas besoin d'un autre incendie dévastateur pour continuer dans cette voie.

En attendant, les concepteurs et ingénieurs électriciens peuvent choisir des câbles LSZH prêts à l'emploi et peuvent spécifier la conformité LSZH selon diverses normes pour des applications personnalisées, au besoin.