ETUDE DES SYSTÈMES DE SECURITE INCENDIE (partie 5/5)

## Objectifs et prérequis **Objectifs** : À la fin de cette leçon, l’élève sera capable de : - Définir une alimentation électrique de sécurité (AEC) et expliquer son rôle dans un système de sécurité incendie (SSI). - Identifier les différents types d’AEC (onduleurs, groupes électrogènes, batteries de secours) et leurs caractéristiques techniques. - Réaliser le dimensionnement de base d’une AEC en fonction de la charge critique du SSI (puissance, autonomie, temps de bascule). - Appliquer les exigences des normes camerounaises (NC 020‑001, NC 020‑002) et des règles de sécurité lors de l’installation, de la mise en service et de la maintenance. - Rédiger un schéma unifilaire simplifié d’une AEC associée à une centrale de détection incendie. **Prérequis** : - Notions de base en électrotechnique (tension, courant, puissance, loi d’Ohm, loi des nœuds). - Connaissance des composants d’un SSI (détecteurs, centrale d’alarme, dispositifs de commande). - Lecture de schémas électriques simples et utilisation du multimètre. --- ## Introduction contextualisée Au Cameroun, les incendies représentent une cause majeure de pertes humaines et matérielles, notamment dans les établissements recevant du public (ERP) tels que les écoles, les hôpitaux et les centres commerciaux. Un système de sécurité incendie efficace doit rester opérationnel même en cas de défaillance du réseau public d’électricité. C’est ici que l’alimentation électrique de sécurité (AEC) intervient : elle garantit la continuité de l’alimentation des équipements critiques (centrale d’alarme, sirènes, éclairage de secours, commande des portes coupe‑feu) pendant une période suffisante pour permettre l’évacuation ou l’intervention des secours. Dans le cadre du baccalauréat professionnel MIE, les élèves doivent maîtriser le choix, le dimensionnement et la mise en œuvre d’une AEC conforme aux normes nationales et aux bonnes pratiques de chantier. Cette leçon présente les concepts essentiels, les procédés de dimensionnement et des exemples concrets tirés de la pratique camerounaise. --- ## I. Définition, rôle et cadre réglementaire ### 1.1 Définition d’une AEC > **Une alimentation électrique de sécurité (AEC) est un dispositif destiné à fournir de l’énergie électrique aux équipements essentiels d’un SSI lorsqu’une défaillance du réseau principal survient.** Elle se compose généralement d’une source de secours (batterie, groupe électrogène, onduleur) associée à un dispositif de bascule automatique (transfer switch) qui commute la charge vers la source de secours en moins de 0,5 s. ### 1.2 Rôle dans un SSI - Garantir l’alimentation de la centrale de détection et de commande. - Maintenir le fonctionnement des dispositifs d’alarme sonore et lumineuse. - Assurer l’alimentation de l’éclairage de secours et des systèmes de désenfumage. - Permettre la commande à distance des portes coupe‑feu et des vannes d’arrêt. ### 1.3 Références réglementaires camerounaises | Référence | Contenu principal | Application à l’AEC | |-----------|-------------------|---------------------| | NC 020‑001 | Systèmes de sécurité incendie – Généralités | Définit les performances minimales d’une AEC (autonomie ≥ 30 min, temps de bascule ≤ 0,5 s). | | NC 020‑002 | Installations électriques des ERP | Précise les exigences de protection contre les surintensités, la mise à la terre et le marquage des câbles d’AEC. | | Arrêté ministériel n° 2018/045/MINSEC | Homologation des matériels de sécurité incendie | Soumet les onduleurs et groupes électrogènes à des essais de tenue en température et d’étanchéité. | --- ## II. Types d’alimentations électriques de sécurité ### 2.1 Onduleur statique (UPS) - **Principe** : conversion AC‑DC‑AC avec batterie intégrée. - **Avantages** : bascule quasi instantanée (< 10 ms), silencieux, entretien réduit. - **Inconvénients** : autonomie limitée (souvent 10‑30 min selon la capacité de la batterie). - **Utilisation typique** : alimentation de la centrale d’alarme et des équipements de commande dans les bâtiments de taille moyenne. ### 2.2 Groupe électrogène de secours - **Principe** : moteur thermique (diesel ou essence) entraînant un alternateur. - **Avantages** : autonomie prolongée (several heures à plusieurs jours selon le réservoir). - **Inconvénients** : temps de démarrage (5‑30 s), bruit, émissions, maintenance plus lourde. - **Utilisation typique** : sites industriels, hôpitaux, grands ERP où une autonomie > 1 h est requise. ### 2.3 Batterie de secours statique (sans onduleur) - **Principe** : batterie directement couplée à la charge via un régulateur de tension. - **Avantages** : simplicité, coût faible. - **Inconvénients** : nécessite une charge compatible en basse tension (souvent 24 V DC) et ne convient pas aux charges alternées. - **Utilisation typique** : alimentation des éclairages de secours à basse tension et des détecteurs linéaires. > **Règle de choix** : pour une charge critique inférieure à 1 kW nécessitant une bascule < 0,5 s, privilégier un onduleur statique ; pour une charge > 1 kW ou une autonomie > 30 min, envisager un groupe électrogène couplé à un onduleur pour couvrir le temps de démarrage. --- ## III. Dimensionnement et mise en œuvre d’une AEC ### 3.1 Étapes de dimensionnement 1. **Recenser la charge critique** : sommer les puissances (en watts) de tous les équipements SSI qui doivent rester alimentés (centrale d’alarme, sirènes, éclairage de secours, commande des portes coupe‑feu). 2. **Appliquer un facteur de marge** : généralement 1,25 pour tenir compte du courant d’appel et du vieillissement des batteries. 3. **Déterminer l’autonomie requisée** : selon la NC 020‑001, minimum 30 min ; adapter selon le risque (ex. 60 min pour un ERP de catégorie 1). 4. **Calculer la capacité de batterie** (pour un onduleur) : \[ C_{\text{batterie}} (Ah) = \frac{P_{\text{charge}} \times t_{\text{autonomie}} \times f_{\text{marge}}}{V_{\text{batterie}} \times \eta_{\text{onduleur}}} \] où : - \(P_{\text{charge}}\) en watts, - \(t_{\text{autonomie}}\) en heures, - \(f_{\text{marge}}\) = 1,25, - \(V_{\text{batterie}}\) en volts (souvent 12 V ou 24 V), - \(\eta_{\text{onduleur}}\) rendement (0,85‑0,90). 5. **Vérifier la capacité du groupe électrogène** (si utilisé) : \[ P_{\text{groupe}} \ge P_{\text{charge}} \times f_{\text{marge}} \] ### 3.2 Exemple chiffré entièrement résolu **Situation** : Un collège de Yaoundé possède une centrale d’alarme (150 W), quatre sirènes (4 × 30 W = 120 W), un éclairage de secours (2 × 20 W = 40 W) et une commande de portes coupe‑feu (80 W). L’autonomie souhaitée est de 45 min. On utilise un onduleur de rendement 0,88 alimenté par une batterie de 24 V. 1. **Charge critique** : \(P_{\text{charge}} = 150 + 120 + 40 + 80 = 390 W\) 2. **Puissance avec marge** : \(P_{\text{dim}} = 390 W \times 1,25 = 487,5 W\) 3. **Temps d’autonomie en heures** : \(t = 45 min = 0,75 h\) 4. **Capacité batterie** : \[ C = \frac{487,5 \times 0,75}{24 \times 0,88} = \frac{365,625}{21,12} \approx 17,3 Ah \] On choisira donc une batterie de 24 V / 20 Ah (valeur commerciale supérieure) pour garantir la marge. 5. **Vérification du onduleur** : la puissance nominale doit être ≥ 487,5 W ; on sélectionnera un onduleur de 600 W. > **À retenir** : la capacité de batterie s’exprime en ampère‑heure (Ah) et dépend directement de la puissance de charge, de l’autonomie souhaitée, du facteur de marge et du rendement de l’onduleur. ### 3.3 Schéma unifilaire simplifié ``` [Réseau public] --(disjoncteur)--> [Transfer Switch] --(ligne critique)--> [Charge SSI] | V [Onduleur + Batterie] ``` - Le **transfer switch** bascule automatiquement vers l’onduleur dès une perte de tension du réseau ou lorsque la tension chute en dessous d’environ 80 % de la tension nominale, avec un temps de bascule ≤ 0,5 s. - La batterie est maintenue en charge flottante par le onduleur (mode « online »). ### 3.4 Installation et mise en service (points de contrôle) - Vérifier la conformité du câblage (section minimale 2,5 mm² pour les courants ≤ 20 A, couleur conforme aux normes). - Effectuer un test de bascule : simuler une coupure du réseau et mesurer le temps de transfert (< 0,5 s). - Contrôler la tension de batterie au repos et en charge (au repos entre 25,2 V et 26,4 V ; en charge flottante entre 27,0 V et 27,6 V pour un système 24 V). - Rédiger le procès‑verbal de mise en service incluant les relevés de tension, de courant et le temps de bascule. > **À retenir** : tout travail sur une AEC doit être réalisé sous tension coupée, avec port d’EPI (gants isolants, lunettes de protection) et conformément au décret n° 2015/234 du MINWORK relatif aux interventions sur les installations électriques. ### 3.5 Maintenance préventive | Périodicité | Action | Objectif | |-------------|--------|----------| | Mensuelle | Contrôle de la tension de batterie et du courant de charge | Détecter une dégradation prématurée | | Trimestrielle | Test de bascule sous charge réelle | Vérifier le temps de transfert | | Semestrielle | Nettoyage des bornes, serrage des connexions | Éviter les résistances de contact | | Annuelle | Essai de capacité de batterie (décharge contrôlée à C/5) | Confirmer l’autonomie réelle | | Annuelle | Vérification du niveau d’huile et du filtre à air du groupe électrogène (si présent) | Garantir le démarrage fiable | --- ## Synthèse du chapitre - **Définition** : AEC = dispositif fournissant de l’énergie aux équipements SSI en cas de perte du réseau principal. - **Rôle** : assurer la continuité de la centrale d’alarme, des sirènes, de l’éclairage de secours et des commandes de sécurité. - **Types** : onduleur statique (UPS), groupe électrogène de secours, batterie de secours statique. - **Choix** : onduleur pour charges < 1 kW et bascule < 0,5 s ; groupe électrogène pour autonomie > 30 min ou charges > 1 kW. - **Dimensionnement** : calcul de la capacité batterie via \(C = \frac{P_{\text{charge}} \times t \times f_{\text{marge}}}{V \times \eta}\); vérification de la puissance du groupe. - **Normes** : NC 020‑001 (autonomie ≥ 30 min, bascule ≤ 0,5 s), NC 020‑002 (protection, mise à la terre). - **Installation** : transfer switch, câblage sectionné, essais de bascule, mise sous tension avec EPI. - **Maintenance** : contrôles mensuels de tension, tests trimestriels de bascule, entretien semestriel des connexions, essai annuel de capacité. --- ## Glossaire | Terme | Définition | |-------|------------| | Alimentation électrique de sécurité (AEC) | Dispositif fournissant de l’énergie aux équipements essentiels d’un SSI lors d’une défaillance du réseau principal. | | Onduleur statique (UPS) | Convertisseur AC‑DC‑AC avec batterie intégrée assurant une bascule quasi instantanée. | | Groupe électrogène de secours | Moteur thermique entraînant un alternateur, destiné à fournir une autonomie prolongée. | | Transfert switch (transfer switch) | Dispositif de bascule automatique qui commute la charge vers la source de secours. | | Autonomie | Durée pendant laquelle l’AEC peut alimenter la charge critique sans intervention extérieure. | | Facteur de marge | Coefficient (souvent 1,25) appliqué à la puissance de charge pour tenir compte du courant d’appel et du vieillissement. | | Rendement de l’onduleur (η) | Rapport entre la puissance de sortie utile et la puissance consommée par l’onduleur (ex. 0,88). | | Batterie de secours statique | Batterie directement couplée à la charge via un régulateur de tension, sans conversion AC‑DC‑AC. | | Charge critique | Ensemble des équipements SSI qui doivent rester alimentés en cas de perte du réseau principal. | | Temps de bascule | Intervalle entre la défaillance du réseau et la reprise de l’alimentation par la source de secours (doit être ≤ 0,5 s selon NC 020‑001). | --- ## Exercices d'application corrigés ### Exercice 1 – Dimensionnement d’une batterie pour un onduleur **Énoncé** : Un petit hôtel de Douala possède une centrale d’alarme (200 W), deux sirènes (2 × 35 W) et un éclairage de secours (3 × 15 W). L’autonomie requise est de 1 h. On utilise un onduleur de rendement 0,90 alimenté par une batterie de 12 V. Calculer la capacité minimale de batterie nécessaire. **Corrigé** : 1. Charge critique : \(P = 200 + 2×35 + 3×15 = 200 + 70 + 45 = 315 W\). 2. Puissance avec marge : \(P_{\text{dim}} = 315 × 1,25 = 393,75 W\). 3. Temps d’autonomie : \(t = 1 h\). 4. Capacité : \[ C = \frac{393,75 × 1}{12 × 0,90} = \frac{393,75}{10,8} \approx 36,5 Ah \] On choisira donc une batterie de 12 V / 40 Ah (valeur commerciale supérieure). --- ### Exercice 2 – Vérification du temps de bascule **Énoncé** : Lors d’un test sur site, on mesure une chute de tension du réseau à 0 s, puis la reprise de l’alimentation par l’onduleur à 0,38 s. Le temps de bascule est‑il conforme à la NC 020‑001 ? Justifier. **Corrigé** : Le temps mesuré est de 0,38 s, inférieur à la limite réglementaire de 0,5 s. Donc le dispositif est conforme. --- ### Exercice 3 – Choix du type d’AEC **Énoncé** : Un atelier de métallurgie à Garoua possède une charge critique de 2,5 kW (centrale d’alarme, commande de portes coupe‑feu, éclairage de secours). L’autonomie souhaitée est de 45 min. Quel type d’AEC serait le plus adapté et pourquoi ? **Corrigé** : La charge dépasse largement 1 kW, donc un onduleur seul ne serait pas suffisant (nécessiterait une batterie très volumineuse et coûteuse). Un groupe électrogène de secours couplé à un onduleur (pour couvrir le temps de démarrage) est la solution la plus pertinente : le groupe fournit l’autonomie requise, tandis que l’onduleur assure une bascule < 0,5 s pendant le démarrage du groupe. --- ## Erreurs fréquentes et règles de sécurité | N° | Erreur fréquente | Conséquence | Règle de sécurité / bonne pratique | |----|------------------|-------------|------------------------------------| | 1 | Sous‑dimensionner la batterie (oublier le facteur de marge) | Autonomie insuffisante, arrêt prématuré du SSI lors d’une coupure prolongée. | Toujours appliquer un facteur de marge d’au moins 1,25 et vérifier la capacité avec la formule de dimensionnement. | | 2 | Négliger le serrage des bornes de la batterie | Augmentation de la résistance de contact → surchauffe, risque d’incendie ou de dégradation prématurée. | Lors de chaque maintenance, contrôler le couple de serrage selon les préconisations du fabricant (ex. 5 Nm pour les bornes M8). | | 3 | Effectuer un test de bascule sous charge réelle sans couper le réseau au préalable | Risque d’arc électrique pouvant blesser l’opérateur ou endommager le matériel. | Isoler la partie réseau à l’aide du disjoncteur dédié, puis rétablir le réseau après le test. | | 4 | Utiliser un câble de section insuffisante pour le transfert entre le groupe électrogène et le tableau de chute | Surchauffe du câble, chute de tension importante, déclenchement intempestif des protections. | Respecter la règle de la section minimale : \(S \ge \frac{I \times \sqrt{3} \times \rho \times L}{U_{\text{chute}}}\) ; pour un courant de 20 A sur 10 m en cuivre, prendre au moins 2,5 mm². | | 5 | Omettre la mise à la terre du châssis du groupe électrogène | Risque de choc électrique en cas de défaut d’isolement. | Relier le châssis du groupe à la prise de terre de l’installation avec un conducteur de cuivre de section minimale 6 mm², vérifier la continuité avec un ohmmètre (< 1 Ω). | | 6 | Ne pas consigner les résultats des essais de bascule dans le registre de maintenance | Absence de traçabilité, difficulté à prouver la conformité lors d’un contrôle. | Après chaque test, inscrire date, heure, tension de réseau, temps de bascule, nom du technicien et signature dans le registre de sécurité incendie. | --- *Fin de la fiche de cours.*