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La norme EN 45545-2 appliquée aux circuits imprimés

Dans le secteur ferroviaire, il est important de se référer à la réglementation Feu/Fumée visant à garantir la sécurité et l’évacuation des passagers, du personnel accompagnant et des secours potentiels. Mais en quoi consiste-t-elle réellement ? Dans cet article, nous nous sommes intéressés aux exigences de la norme EN 45545-2 sur les circuits imprimés. Nous avons également interviewé Vincent Laborde, Ingénieur chez Leroy Automation, pour comprendre en quoi la fiabilité des PCB est essentielle dans le domaine ferroviaire.

High speed train

A l’échelle européenne, la norme EN 45545-2 (Protection contre les incendies dans les véhicules ferroviaires) plus communément appelée Feu/Fumée, doit s’appliquer. Cette norme cohabite encore avec des référentiels propres à chaque pays.

Les essais de réaction au feu définis visent à qualifier les produits suivant leurs applications finales (matériel électrique, sièges, sols, parois, plafonds, etc…) et doivent satisfaire un niveau d’exigence correspondant (« requirement » allant de R1 à R24). A chaque exigence correspond une série d’essais. Ces essais visent principalement à qualifier l’inflammabilité des matériaux, leur contribution à un incendie, les fumées dégagées (toxicité et opacité) ainsi que la propagation de flamme.

Pour une utilisation des circuits imprimés sur le marché ferroviaire français :

  • la norme NF F16-101 peut s’appliquer, elle demande un classement I et F.
  • la norme NF 45545-2* peut également s’appliquer, complétée de la STM-S-001 ou de la SAM-S-002. Dans ce cas, on obtient un rapport mentionnant le niveau de classement HL1/HL2/HL3** obtenu selon le requis R24/R25 complété éventuellement d’une partie du R22.

* Les exigences essentielles de l’EN 45545-2
1/ Généralités
2/ Exigences de comportement au feu des matériaux et des composants
3/ Exigences de résistance au feu des barrières au feu ;
4/ Exigences de sécurité incendie pour la conception des véhicules ferroviaires ;
5/ Exigences de sécurité incendie pour l’équipement électrique y compris celui des trolleybus, des autobus guidés et des véhicules à sustentation magnétique
6/ Systèmes de gestion et de contrôle des incendies ;
7/ Exigences de sécurité incendie relatives aux installations de liquides inflammables et de gaz inflammables.


** Les niveaux de risques dépendent de l’évacuation du train :
HL1 : Tramway (ne passe sous aucun tunnel)
HL2 : TGV, TER, RER (rapide et peut passer sous des tunnels). 80% du marché.
HL3 : Métro, voitures lits-couchettes (passage de tunnels)
 

Désignation des EssaisDescription des Essais
EN 45545
NF F 16-101
STM-S-001
Essais selon requis R25 / Classement 1
NF EN 60695-2-11 Essai au fil incandescent
Essais selon critère ITC PNL du Requis R22 (STM-S-001) et essai de classement F NF X 70-100 Analyses des GAZ 1/2
Essais complémentaire classement F (2/2)
NF X 10-702 Détermination de l´ opacité des fumées

Les couples matières/vernis testés par NCAB

NCAB Group compte une dizaine d’usines capables de répondre aux exigences de la norme EN 45545-2. Ces dernières ont réalisés différents essais de couples matières/vernis afin de répondre au mieux aux demandes de nos clients :

  • FR4 Tg150 IT158TC + Vernis épargne vert Taiyo PSR4000-GHP3X + AVR80BA
  • FR4 Tg170 S1000-2* + Vernis épargne vert Taiyo PSR4000-GHP3X + AVR80BA
  • FR4 Tg170 S1000-2M + Vernis épargne vert Taiyo PSR4000-G23K + AVR80BA
  • FR4 Tg170 EM827 + Vernis épargne vert Taiyo PSR4000-GHP3X + AVR80BA

Selon la NF F16-101 (marché français), les essais sont valables quelle que soit l’épaisseur de la carte (pour une même matière, vernis épargne et vernis de tropicalisation).

Selon l’EN 45545-2 : « Une référence testée correspond à une épaisseur donnée de stratifié + une marque et épaisseur de vernis épargne + une marque et épaisseur de vernis de tropicalisation ».

Epaisseur qualifiée par NCAB : 1,6 mm.

*La matière S1000-2 pourrait être remplacée à terme par la S1000-2M.

Pour comprendre à quoi sert concrètement la norme EN 45545-2, nous avons interrogé Vincent Laborde, Ingénieur chez Leroy Automation.

Pouvez-vous nous présenter la société Leroy Automation ?
“La société Leroy Automation a été fondée en 1983. Elle fait partie d’un groupe comprenant FEDD, Leroy Automation, Phenix et Team 31, racheté en 2021 par le fond d’investissement Argos. Leroy Automation conçoit, fabrique et commercialise des produits et composants d’automatisme pour les marchés ferroviaires, militaires et industriels. Elle compte parmi ses clients Alstom, Bombardier, la RATP ainsi que la SNCF”.

“Les normes Feu/Fumée existent depuis des années dans le domaine ferroviaire. C’est le premier moyen de transport à les avoir appliquées, d’ailleurs les normes aéronautiques ont été calquées sur celles du ferroviaire. Elles doivent être appliquées afin d’éviter que des accidents ayant eu lieu ne se reproduisent.”

Vincent Laborde
Engineer, Leroy Automation

 
Parlons un peu de la norme EN 45545-2. Pour quelle raison vos clients du ferroviaire font-ils appel à cette norme ?
“Les clients font appel à cette norme pour des raisons de sécurité. Les normes Feu/Fumée existent depuis des années dans le domaine ferroviaire. C’est le premier moyen de transport à les avoir appliquées, d’ailleurs les normes aéronautiques ont été calquées sur celles du ferroviaire. Elles doivent être appliquées afin d’éviter que des accidents ayant eu lieu ne se reproduisent. Leur but est de protéger les personnes. Parfois ces normes peuvent paraître complexes mais il est essentiel de les appliquer. Les câbles, notamment sont très contraignants car c’est un chemin de feu. Le câble réagit comme une mèche qui va transmettre la flamme d’un produit à un autre et amplifier le phénomène de feu. La norme Feu/Fumée est bien faite car elle prend en compte les regroupements. Nos clients appliquent ces normes à la demande des opérateurs de train pour des raisons de sécurité tout simplement. Les origines de feu peuvent être multiples : un échauffement lors d’un freinage créant des étincelles ou alors, un acte de vandalisme (ex : dégradations, cigarettes)”. 
 
Quels sont les paramètres importants à prendre en compte pour la qualification ?
“C’est la norme qui les fixe. Le plus important c’est le tricouple matière (FR4, vernis épargne et vernis de tropicalisation). Cela reste de la chimie, donc c’est quelque chose qu’il faut tester en laboratoire.
Ce n’est pas une équation que l’on va résoudre facilement, il y a beaucoup trop d’inconnues pour que la tenue au feu ne soit résolue par des modèles informatiques. La norme, en fonction de la pièce concernée, va déterminer différents niveaux d’exigences. Pour les PCB, cela se traduit par un tricouple matière : par exemple, une matière TG 150, un vernis épargne TAIYO PSR4000 et un vernis AVR-80BA. Cette combinaison peut réagir complètement différemment c’est pour cette raison qu’il faudra valider le tricouple en entier. Il y a 10-15 ans, on ne prenait pas en compte le vernis épargne or on s’est aperçu dans les résultats qu’il avait une grande influence car il s’agit de la première couche. Ensuite, il faut prendre en compte les différents regroupements lorsqu’il y a plusieurs cartes électroniques côte-à-côte car elles peuvent se transmettre le feu les unes aux autres”.

 
Pourquoi les composants ne sont pas pris en compte dans cette qualification ?
“C’est le poids qui rentre en compte. En-dessous de 10 grammes de matière inflammable, les composants ne sont pas pris en compte car l’énergie qu’ils généreront en brulant sera très faible. Le composant en lui-même peut peser plus de 10 grammes, c’est la matière inflammable qui ne peut pas excéder ce poids selon la norme”.

“Grossièrement, l’essai de la flamme ressemble au test des peluches pour les enfants : la peluche est exposée à une flamme pendant un certain temps, ensuite on coupe la flamme. Il ne faut pas que la peluche continue de se consumer et ne brûle complètement. C’est exactement le même principe avec le circuit imprimé. Il y a 15 ans, les premiers essais étaient désastreux, le PCB entier partait en fumée au bout de 10 secondes.

Vincent Laborde
Engineer, Leroy Automation


Quels sont les risques si ces paramètres ne sont pas respectés ?
“Le plus gros risque pour Leroy Automation serait un court-circuit sur l’un de ses produits. En cas d’incendie, le produit doit être en mesure de confiner le feu. Si le produit ne respecte pas cette norme et qu’il cause un incendie dans un train, la responsabilité de Leroy Automation sera engagée. Par ailleurs, si le produit déclenche un incendie dans un train et que l’entreprise démontre la conformité à la norme EN 45545-2, sa responsabilité ne sera pas mise en cause. Un train vaut plusieurs millions d’euros donc le risque pour Leroy Automation est principalement financier sans compter les vies humaines qui sont inestimables”.

Pouvez-vous nous donner un exemple d’essai réalisé par Leroy Automation sur un circuit imprimé ?
“Les essais sur les circuits imprimés chez Leroy Automation sont exactement les mêmes. A l’époque, Leroy Automation avait conseillé à NCAB France de réaliser ses essais avec le CREPIM. Nous suivons les critères R24, du R25 et du R22. Chez Leroy Automation, on essaie de vulgariser et de faire directement la complétude à la STMS pour notre principal client la SNCF. Nous devons être conformes aux normes EN 45145-2 et STMS 001. Les essais réalisés sont les mêmes : la flamme et la toxicité. Grossièrement, l’essai de la flamme ressemble au test des peluches pour les enfants : la peluche est exposée à une flamme pendant un certain temps, ensuite on coupe la flamme. Il ne faut pas que la peluche continue de se consumer et ne brûle complètement. C’est exactement le même principe avec le circuit imprimé. Il y a 15 ans, les premiers essais étaient désastreux, le PCB entier partait en fumée au bout de 10 secondes. Il existe également le test au fil chaud. Il s’agit d’un fil qui est chauffé à 850 degrés et qu’on vient coller au PCB. Le but est que le PCB ne s’enflamme pas. Il y a plusieurs niveaux de danger allant de HL1 à HL3 (le plus élevé) selon les modes d’évacuation des trains. Le R22 n’est plus concerné par la norme EN 45145 mais la SNCF continue de demander cet essai pour mesurer l’opacité des gaz. S’il faut évacuer un train et que les fumées sont denses, la visibilité est réduite. Ce sont ces niveaux de gaz que Leroy Automation va tester. Il existe 6 niveaux de gaz toxiques pour l’être humain”.

Avez-vous une salle dédiée au sein de Leroy Automation pour réaliser ces tests ?
“Non, nous ne disposons pas de laboratoire dédié pour réaliser ces tests. Nous travaillons avec 2 laboratoires indépendants : CREPIM ou LNE (Laboratoire National de Métrologie et d’Essais) pour faire nos essais. Le fait que certains fabricants tels que NCAB valident des tricouples, est très utile pour Leroy Automation qui peut s’appuyer sur ces essais sans avoir besoin de les refaire. Pour les nouveaux clients ferroviaires de NCAB, c’est un avantage commercial indéniable. NCAB peut certifier être conforme et fournir un rapport ce qui peut rassurer des clients”.

Pour en savoir plus sur la norme Feu/Fumée, n’hésitez pas à contacter notre équipe technique.