Pression et glissement de la neige

De grandes quantités de neige sur le toit et des glaçons au bord des gouttières

La pression et le glissement de la neige et de la glace exercent une charge sur certaines parties du bâtiment. En glissant ou en chutant, la neige et la glace peuvent endommager les avant-toits situés en contrebas et les bâtiments annexes, et constituer un risque majeur pour les personnes, même indirectement, p.ex. si un avant-toit s'effondre. En appliquant rigoureusement les normes SIA en vigueur (en particulier SIA 261 et 261/1), vous pouvez prévenir efficacement les dommages aux bâtiments. Pensez également à prendre des mesures pour la protection des personnes, non seulement sur le plan de la construction, mais également au niveau de l’organisation.

Bases

Objectif de protection

La norme SIA 261 définit un événement d’une périodicité de 50 ans comme objectif de protection contre la neige pour les bâtiments résidentiels et commerciaux standard. Le toit, les parois extérieures, les avant-toits, les impostes ainsi que les capteurs et panneaux solaires résistent entièrement à des chutes de neige (poids, glissement) telles qu’il en survient tous les 50 ans (voir hauteur de référence pour la charge de neige selon SIA 261 Annexe D).

Termes techniques

La charge de neige est principalement influencée par l’altitude et par l’emplacement : l’inclinaison du toit et l’exposition au soleil et au vent jouent un rôle important. En cas de conditions de vent extraordinaires, il faut étudier la situation spécifiquement pour l’objet concerné.

L’intensité de la chute de neige détermine l’augmentation d’épaisseur du manteau neigeux par unité de temps. Plus l’intensité est élevée, moins il reste de temps pour éventuellement déblayer la neige sur le toit. L’intensité de la chute de neige et la durée de la chute de neige déterminent l’augmentation totale d’épaisseur du manteau neigeux par événement.

La charge volumique (masse volumique) de la neige varie et en règle générale augmente avec le temps. L’ancienne neige atteint une masse volumique 2 à 5 fois supérieure à celle de la neige fraîche. Une situation typique de charge particulièrement élevée sur le toit est observable à la suite d'un pic de chaleur lorsqu’il pleut après d’intenses chutes de neige : le manteau neigeux retient alors les eaux de pluie comme une éponge.

L’équivalent en eau de neige correspond à la quantité d’eau d’un manteau neigeux s’il fondait complètement. L’équivalent en eau de neige sert à calculer la hauteur fictive de l’eau en mm et peut être déduit à partir de la hauteur de neige et de sa masse volumique. Par exemple, un manteau de neige fraîche d’une épaisseur de 1 m et d’une masse volumique de 100 kg/m3 correspond à un équivalent en eau de neige de 100 mm.

Les conditions de vent déterminent l’homogénéité des dépôts de neige. Les normes SIA 261 et 261/1 prévoient aussi, dans le modèle de charge 2, le cas de l’amoncellement irrégulier dû au transport par le vent. Lorsque les conditions de vent sont exceptionnelles, il faut procéder à une étude spécifique aux objets concernés.

Le nombre et la durée des périodes d’alternance gel-dégel concourent à déterminer le degré de gel et d’humidité de la neige se trouvant sur les toits. Durant les périodes de dégel, il est crucial que l’eau sur le toit puisse s’évacuer sans entrave afin de prévenir la formation de glace sur les bords du toit et de réduire efficacement la charge supportée par le toit. La fonte de neige sur le toit est accélérée si de la chaleur s’échappe à sa surface. Sur un toit bien isolé, la fonte de neige peut être ralentie, ce qui peut conduire à une charge de neige proportionnellement plus élevée.

Le délai de préalerte est important lorsque la charge de neige effective approche de la charge retenue pour le dimensionnement selon SIA 261 et 261/1 et que de nouvelles chutes de neige sont attendues. Dans ce cas, les parties de bâtiment exposées au danger doivent être déblayées par un personnel formé.

Paramètres d’intensité pour le dimensionnement des mesures

La charge de neige doit être mesurée en tenant compte de l'exposition au vent selon les normes SIA 261 et 261/1. Lors du dimensionnement, il faut non seulement tenir compte du système porteur et de l'enveloppe du bâtiment, mais également des fixations au toit et à la façade des éléments de toiture en saillie (p.ex. panneaux solaires). Revoyez les objectifs de protection à la hausse en cas de potentiel de dommages accru, p.ex. s’il existe un risque de glissement de neige pour les personnes.

En tant que projeteur, vous avez tout intérêt à exiger de vos partenaires de construction la preuve du respect des normes SIA, en particulier SIA 261 et 261/1. De nombreux sinistres sont imputables à l'insuffisance voire l'absence de preuves ou à des constructions mal dimensionnées. Il est donc important que le maillon le plus faible – « la dernière vis » – corresponde à ces normes.

Données initiales

Notations

I [mm/h]: Intensité de la précipitation
TN [h]: Durée de la précipitation
sk [kN/m2]: Charge de neige caractéristique sur un terrain horizontal (selon SIA 261)
qk [kN/m2]: Charge de neige caractéristique sur les toits (selon SIA 261)
qk,r [kN/m]: Charge linéaire pour les éléments en porte-à-faux (sailles de corniche selon SIA 261)
h [m]: Hauteur de neige par événement
H [m]: Épaisseur totale de la neige
qs [kN/m3]: Masse columique de la neige
VEN [mm]: Valeur en eau de la neige
φ [°]: Direction du vent dans le plan horizontal
tV [h]:    Délai de préalerte (intervalle entre la prise de conscience du danger et son occurrence)
Pression de neige
Situations de danger

Situation de danger 1 : Chute de neige sans vent

Amoncellement régulier de neige sur toute la surface. Pour les toits inclinés, on applique la disposition des charges préconisée par la norme SIA 261. Si des éléments de toiture sont en porte-à-faux, il faut considérer, pour les ouvrages à plus de 800 m d'altitude, une saillie de corniche comme une charge linéaire au sens de la norme SIA 261.

Situation de danger 2 : Chute de neige avec vent

Amoncellement irrégulier de neige en cas de vent durant ou après la chute de neige. La disposition des charges déterminante est établie selon la norme SIA 261 (modèle de charge 2). Si des éléments de toiture sont en porte-à-faux, il faut considérer, pour les ouvrages à plus de 800 m d'altitude, une saillie de corniche comme une charge linéaire au sens de la norme SIA 261. Les conditions de vent exceptionnelles requièrent des études spécifiques aux objets concernés.

Situation de danger 3 : Glissement de neige

Des glissements de neige surviennent lorsque l’inclinaison du toit est supérieure à 25°, lorsque les surfaces sont lisses (p.ex. constructions gonflables) et que la neige peut glisser sans entrave. Accordez également une attention particulière aux charges élevées occasionnées par la neige qui a glissé sur les toitures ou les bâtiments attenants ou annexes situés en contrebas. Il faut également faire attention aux baisses soudaines et unilatérales de la charge (état de charge asymétrique). Prenez des mesures de construction visant à garantir la sécurité des personnes.

Situation de danger 4 : Charge de glace

Des alternances gel-dégel fréquentes peuvent occasionner une charge de glace importante sur les toits en pente dans le secteur des gouttières, en particulier lorsque l’écoulement de l’eau de fonte est entravé. Ces charges de glace exercent une pression sur les gouttières. De plus, si la glace casse, elle peut blesser des personnes et causer des dommages matériels (p.ex. en tombant sur un avant-toit en contrebas).

Situation de danger 5 : La pression statique horizontale sur les bâtiments

Les murs et les fenêtres enneigés subissent une pression statique horizontale. Cette pression dépend de la hauteur de neige, de sa masse volumique et de son type. Cette situation de danger se présente en particulier pour les bâtiments sans avant-toits situés en haute altitude.

Situation de danger 6 : Neige rampante

En cas de fort réchauffement ou de périodes de gel-dégel longues et continues, la neige amassée sur des surfaces inclinées peut se mettre à glisser. Le mouvement de la neige rampante cause souvent des dommages aux éléments de toiture en saillie, tels que les panneaux et capteurs solaires, les antennes ou les dispositifs de protection solaires des fenêtres.

Détermination des actions

La pression statique horizontale du manteau neigeux sur une paroi verticale directement attenante se calcule en fonction de la hauteur de neige hn et de sa masse volumique ρn comme suit :

La constante matérielle m dépend du type de neige et varie entre 0.20 et 0.33.

Charge de neige :

La grandeur et la forme de la charge de neige sont influencées par le climat, la topographie, le site et la forme de l’ouvrage, ainsi que par l’action du vent, les caractéristiques de la toiture et les échanges de chaleur à la surface du toit.

La valeur caractéristique de la charge de neige sur les toits qk sera déterminée conformément au chapitre 5 « Neige » de la norme SIA 261.

La norme SIA 261 n’est applicable ni aux ouvrages situés à une altitude supérieure à 2000 m, ni à ceux qui sont soumis à des conditions de neige et de vent exceptionnelles. Dans de tels cas, il faut procéder à une étude spécifique aux objets, portant sur l’épaisseur et les conditions de dépôt du manteau neigeux, pour déterminer la charge de neige.

Valeurs indicatives de la charge volumique moyenne de la neige sur un terrain horizontal selon la norme SIA 261
Charge de neige sur un terrain horizontal en fonction de la hauteur de neige

Dimensionnement des dispositifs anti-glissement de neige

Les grilles et autres arrêts-neige sont dimensionnés selon les instructions de leur constructeur (Répertoire de la charge de neige).

Types et causes de dommages

Défaillance du système porteur :

La plupart des dommages sont dus à des erreurs affectant le dimensionnement ou les dispositions constructives du système porteur.

Glissement de la neige :

Sur les toits, l’absence d’arrêts de neige ou des arrêts mal dimensionnés peuvent mettre en danger des personnes et occasionner des dommages aux éléments en saillie ainsi qu’aux parties du bâtiment situées en contrebas.

Dommages aux installations solaires :

Le bris de vitre est dû la plupart du temps à une déformation du cadre ou du système de montage et n’est souvent que la partie visible d’un dommage existant. Les vitres subissent aussi beaucoup de dommages à cause de moyens de déblayage inadaptés (déblayage à la pelle) ou de charge de neige statique, p.ex dans des creux du toit.

La pression de la neige peut casser les cellules de modules photovoltaïques, ce qui se traduit par une réduction, voire un arrêt total, de la production.

Dommages à l’enveloppe du bâtiment : Le neige amassée sur la surface des modules photovoltaïques exerce des charges ponctuelles importantes sur la sous-construction, p.ex. supports et fixations. Si la sous-construction est mal dimensionnée, ces charges ponctuelles sont transmises à l’enveloppe du bâtiment au lieu d’être correctement supportées par le système porteur, ce qui peut provoquer des ouvertures et des dommages subséquents dans la couverture du toit.

Dommages aux parties de bâtiment situées en contrebas : Si de la neige ou de la glace glisse ou tombe sur des panneaux ou capteurs solaires situés en contrebas, cela peut occasionner les dommages décrits plus haut.

Bris de verre par de la neige rampante : Le mouvement de la neige qui adhère contre la vitre exerce une forte pression qui fait sortir la vitre entière de son cadre.

Mesures de protection

En appliquant rigoureusement les normes SIA en vigueur (en particulier SIA 261 et 261/1), vous pouvez prévenir efficacement les dommages aux nouveaux bâtiments dus à la pression de la neige. Référez-vous à ces normes de construction (aussi SIA 269/1) également lors de rénovations ou d'agrandissements de bâtiments existants et prévoyez le cas échéant un renforcement du système porteur et de l’enveloppe du bâtiment. L’important est que les charges soient transmises à l’ensemble du système porteur jusqu’aux fondations.

Éviter les grandes différences de poids et les charges ponctuelles élevées sur la surface du toit (typiquement en cas d’installations comme des panneaux solaires). Dans des situations rares de chutes de neige extrêmes, il est recommandé de tout de même observer l’amoncellement de la neige et l’évolution météorologique, et si nécessaire de prévoir des travaux de déblaiement. Comme la neige et la glace peuvent mettre en danger des personnes en cas de glissement, il est nécessaire de prendre des mesures sur les plans de la construction et de l’organisation.

Propositions de concepts et de mesures de protection pour les différentes parties du bâtiment : Check-up des dangers naturels

Littérature
Littérature générale

Egli, Th. (2007): Recommandations - Protection des objets contre les dangers naturels météorologiques. Association des établissements cantonaux d'assurance incendie, Berne.

Fondation de prévention des établissements cantonaux d'assurance (2014): Prevent-Building – une méthode et un outil d’évaluation de l’efficacité, de la rentabilité et de l’acceptabilité des mesures de protection des bâtiments, destinés à parer aux risques naturels gravitationnels et météorologiques. Rapport concernant la phase 1 incluant les adaptations de la phase 2. Groupe de travail Prevent-Building: WSL-Institut pour l'étude de la neige et des avalanches SLF, Egli Engineering AG, Geotest SA, B,S,S. Volkswirtschaftliche Beratung, Version 12.05.2014. (Download)

Suda J. und Rudolf-Miklau F. (Hrsg.) (2012): Bauen und Naturgefahren, Handbuch für konstruktiven Gebäudeschutz. Springer, Wien.

Pression et glissement de la neige

Auer, M., R. Meister, A. Stoffel und R. Weingartner (2004): Analyse und Darstellung der mittleren monatlichen Schneehöhen in der Schweiz. Wasser Energie Luft 96. Jahrgang, Heft 7/8.

Enveloppe des édifices Suisse (2006): Tableau de calcul pour les stop-neige. Technische Kommission Steildach, Verband Schweizerische Gebäudehüllen Unternehmungen, Uzwil (www.gh-schweiz.ch)

Lawinenwarnzentrale Bayern (2006): Anleitung zum Abschätzen einer aktuellen Schneelast. Bayerisches Landesamt für Umwelt.

Margreth, S. (2016): Ausscheiden von Schneegleiten und Schneedruck in Gefahrenkarten. WSL Berichte, Heft 47.

Meister, R. (1986): Density of New Snow and its dependency on Air temperature and Wind. Zürcher Geographische Schriften 23, S 73-79.

Seierstad J.-K. (2006). Snow measurements in Norway using snow pillows. Hydrological Department, Norwegian Water Resources and Energy Directorate.

Stiefel, U., D. Ulrich-Weibel, R. Meister and S. Margreth (2004). Improving Codes for Snow Loads in Switzerland. 5th International Conference on Snow Engineering, July 5 – 7, 2004, Davos, Switzerland.

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