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INCENDIE SUITE 

LE COMBUSTIBLE

Plusieurs mesures de Prévention

a) Gaz

La survenance d'un feu de gaz dépend des caractéristiques physiques du gaz et des caractéristiques de combustion du mélange gazeux. Ces dernières sont conventionnelles et dépendent grandement des appareils et conditions d'essai.

Un gaz présente généralement un danger lors de conditions de fonctionnement anormales des installations et, particulièrement lors d'une fuite dans l'air ambiant quand il peut former un mélange gazeux. La fuite se dirigera-t-elle vers le bas (cas du propane) ou vers le haut (cas du gaz naturel, de l'hydrogène). Il faudra donc connaître la densité du gaz par rapport à l'air. Quelques valeurs à la température ambiante et à la pression atmosphérique: CO: 0,97; CO₂: 1,5; C₄H₁₀: 2; C₃H₈: 1,6, CH₄: 0,6). Une caractéristique du mélange gazeux est la vitesse de diffusion du gaz dans l'air c'est-à-dire la vitesse avec laquelle le mélange gazeux se réalise. Une fuite de propane peut se propager le long du sol environnant sur de grandes distances parce qu'il lui faut un temps relativement long pour que le propane se mélange à l'air. Par contre l'hydrogène se mélangera plus rapidement à l'air. La vitesse de diffusion d'un gaz dans l'air est inversement proportionnelle à la racine carrée de la masse moléculaire du gaz. Voici déjà deux éléments qui pourront caractériser la formation d'un mélange gazeux car ce sera ce mélange qui pourra s'enflammer et non le gaz à l'état pur.

Parmi les caractéristiques de combustion, on notera le pouvoir calorifique du gaz et plus particulièrement son pouvoir calorifique inférieur, l'eau de réaction restant à l'état de vapeur. Il s'exprime en MJ/m³. Le pouvoir comburant est défini par la quantité d'air nécessaire à la combustion. Par exemple la combustion de 1 m³ de gaz naturel requiert 8 m³ d'air.

Les limites d'inflammation d'un mélange gazeux permettent de déterminer les concentrations de gaz qui, dans des mélanges gazeux, peuvent être enflammés avec ou sans présence d'une flamme pilote. Les valeurs qu'on trouvera dans la littérature différeront donc d'un ouvrage à l'autre selon les appareils et les conditions d'essai utilisés. Ces limites augmentent avec la température et la pression du mélange. Les limites d'inflammation ou limites d'inflammabilité peuvent, par exemple, s'exprimer en % en volume, en g/m³ d'air ou en mg/litre d'air. En prévention incendie, c'est la limite inférieure d'inflammabilité qui est la plus importante.

Dans le cas où le gaz est un n-alkane (formule générale Cn H_2n+2) tels que le méthane, propane, butane…la limite inférieure d'inflammabilité est pratiquement constante à une valeur de 40 à 50 g/m³ ou 37 à 45 mg/l tandis que la limite supérieure augmente sensiblement de 130 g/m³ pour n=1 (méthane) à 380 g/m³ pour n=10 (décane). La limite inférieure d'un mélange gazeux peut être déterminée par le calcul. Par exemple, la limite inférieure d'inflammabilité d'un mélange gazeux, en volume, de 50% de propane (limite inférieure = 2,1 % en volume) + 40 % de n-butane (limite inférieure = 1,8 % en volume + 10 % d'éthane (limite inférieure = 3% en volume vaut:

Lorsque la température atteint une valeur critique le mélange gazeux peut s'enflammer sans présence de flamme pilote. Cette température est appelée température d'auto-inflammation ou point de combustion spontanée. C'est la température à laquelle l'intérieur d'un réservoir conventionnel, contenant le mélange gazeux, doit être porté pour que ce mélange s'enflamme endéans les quelques minutes. On constate immédiatement que cette valeur est très conventionnelle et dépend de la forme du réservoir, du gradient de température auquel le réservoir est soumis ainsi que la durée d'exposition.

Nous avons vu que l'apport calorifique pouvait également être fourni par une source d'énergie au lieu d'une augmentation de température ambiante. Dans le cas des mélanges gazeux cette énergie d'inflammation est très faible. Par exemple pour enflammer un mélange propane-air, il suffit d'une étincelle de 0,25 mJ. Pour un mélange propane-oxygène, 0,001 mJ suffisent. L'augmentation de fréquence de répétition de ces apports énergétiques sous forme d'étincelle favorises également l'inflammation.

image:source d'énergie
La figure ci-dessus montre que cette énergie est minimale pour une concentration située à mi-chemin entre les deux limites d'inflammation LSI et LII du mélange. Elle dépend également de la concentration d'oxygène dans l'air.

Les mesures de prévention associées à l'usage de gaz inflammables seront caractérisées par l'évitement de fuites, une ventilation qui évite que le mélange gazeux reste dans ses limites d'inflammabilité et la non présence de sources d'inflammation.

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b) Liquides

Les caractéristiques physiques des liquides qui nous intéressent sont la densité par rapport à l'eau pour savoir si le liquide flotte ou non sur l'eau d'extinction, sa miscibilité dans l'eau qui nécessitera l'usage de mousses d'extinction qui ne se dissolvent pas dans l'eau, la densité des vapeurs qui est toujours supérieure à l'unité et conditionne donc leur propagation vers les parties basses, la température d'ébullition à laquelle l'entièreté du liquide passe de la phase liquide à la phase vapeur et la tension de vapeur qui conditionne la vitesse d'évaporation dans l'air car le mélange gazeux se forme d'autant plus rapidement que la tension de vapeur du liquide est élevée.

Enfin, une autre caractéristique des gaz est leur pouvoir calorifique qui s'exprime en MJ/m³ ou MJ/l et qui intervient plus particulièrement dans le chapitre suivant consacré au développement de l'incendie.

Un liquide, en soi et d'un point de vue purement physique, n'est pas inflammable. C'est le mélange des vapeurs du liquide dans l'air qui peut former un mélange gazeux inflammable et on en revient, pour les liquides, à ce qui a été dit pour les gaz en ce qui concerne les limites d'inflammabilité, les énergies d'inflammation et les températures d'auto-inflammation ou points de combustion spontanée. Il s'ensuit que pour qu'un liquide présente un danger immédiat, il faut qu'il s'évapore et que ses vapeurs forment, avec l'air ambiant, un mélange gazeux inflammable. Vu que la formation de ce mélange gazeux est tributaire de l'évaporation du liquide il serait intéressant de connaître la température la plus basse à laquelle le liquide fournit suffisamment de vapeurs pour former, avec l'air ambiant, un mélange gazeux qui s'enflamme sous l'effet d'une source d'énergie calorifique telle qu'une flamme pilote. C'est en fait la définition du point d'éclair. Le point d'éclair est un concept pétrolier et les premiers appareils, conventionnels une fois de plus, qui permettent de définir un point d'éclair ont été décrits dans des normes pétrolières. Il faut donc toujours préciser l'appareil qui a été utilisé quand on donne une valeur de point d'éclair. La valeur dépend non seulement de l'appareil mais également de la bonne vue de l'opérateur qui doit déceler le début d'inflammation.

L'état de dispersion dans l'air intervient quand le liquide y est dispersé sous forme de fines gouttelettes pour former un brouillard. Cette propriété est utilisée dans les brûleurs à mazout. Elle est à l'origine du début d'incendie qui a provoqué la catastrophe minière de Marcinelle.

Dans la figure ci-dessous (concentration du liquide dans l'ait par rapport à la température de l'air,) considérons un mélange de y% en volume de liquide dans de l'air sous forme d'un brouillard (trait a) c'est-à-dire des fines gouttelettes de liquide réparties dans l'air.

En augmentant la température de ce mélange, on atteindra une température T1 à partir de laquelle les gouttelettes de liquide se vaporisent. On obtient un mélange gazeux. En répétant cette opération pour différentes concentrations liquide/air, on obtient la courbe m. Pour une concentration de 100% de liquide dans l'air le point m de la courbe représente la température d'ébullition Te du liquide. Si on provoque une étincelle dans la zone "mélange gazeux" située à droite de la courbe m, on constate que le mélange gazeux s'enflamme pour tous les points situés dans la zone A et ne s'enflamme pas dans les zones C. Les séparations de ces zones constituent en fait les limites d'inflammabilité qui, on le voit, varient en fonction de la température du mélange. L'utilité de cette figure est de mettre en évidence le point critique PE qui correspond à la température la plus basse à laquelle le mélange gazeux peut s'enflammer sous l'effet d'une source d'énergie (étincelle ou flamme) conventionnelle. Le point Y est le point d'éclair. Cette figure permet de définir:

Les limites d'inflammabilité LSI et LII;

La variation de ces limites en fonction de la température;

Le point d'éclair PE,

qui sont toutes des grandeurs conventionnelles dont la valeur est fortement influencée par appareils utilisés pour les définir. Ces appareils sont généralement décrits dans des normes ISO, EN ou NBN.

Mais la notion de point d'éclair ne satisfait pas toujours le praticien car l'inflammation constatée par l'opérateur ne se maintient pas dans le temps. Pour obtenir une combustion entretenue du mélange gazeux il faut que le liquide soit porté à une température légèrement supérieure au point d'éclair. C'est le point de feu situé à droite du point d'éclair. Concept très peu utilisé vu que sa valeur s'écarte de celle du point d'éclair de l'erreur de mesure de ce point d'éclair.

Nous avons défini ci-dessus la zone A dans laquelle le mélange gazeux est inflammable en présence d'une source d'énergie calorifique. Quand la température augmente cette source d'énergie n'est plus nécessaire et on est dans la zone B où le mélange est réputé auto-inflammable. On constate que le point d'auto-inflammation Ta dépend de la concentration du gaz dans le mélange gazeux.

PREVENTION

Les mesures de prévention associées à l'usage de liquides inflammables seront caractérisées par la quantité de liquide, son mode de stockage ou conditionnement, son point d'éclair, les possibilités de ventilation aux point bas qui permettront d'éviter qu'un mélange gazeux, résultant d'une fuite éventuelle, reste dans ses limites d'inflammabilité et la non présence de sources d'inflammation en particulier aux point bas vu que les vapeurs de liquides inflammables sont plus lourdes que l'air.

Il est intéressant de noter les valeurs du point d'éclair d'une solution eau-alcool en fonction de la concentration de l'alcool du mélange.

Et d'un mélange diesel-essence

L'eau étant le principal agent d'extinction d'un incendie, il n'est pas inutile de rappeler que la vapeur d'eau prend un volume égal à 1.700 fois le volume qu'elle a sous forme liquide.

C'est ce qui explique que de l'eau jetée dans une friture à 160 °C se vaporise immédiatement à l'intérieur de la graisse en prenant une expansion de 1700 fois transformant un feu de surface en feu d'une infinité de gouttelettes qui forme une impressionnante et énorme flamme. Dans le cas d'une friteuse domestique (graisse: 16 MJ/l) la dispersion de la graisse due à la brusque évaporation d'un demi-verre d'eau peut provoquer la combustion brusque de 1/2 litre en une seconde soit une puissance de 8 MJ/s ou 8.000.000 W.

c) Solides

La combustibilité d'un solide est une valeur physique qui se définit conventionnellement dans une bombe calorimétrique. Elle s'exprime par la quantité d'énergie thermique dégagée par la combustion complète du solide dans l'oxygène. C'est une valeur qui est prise en considération dans la législation française. Dans les autres pays, on définit une combustibilité conventionnelle qui répond non pas à des principes de physique pure mais aux conditions rencontrées lors d'un incendie. Comme l'objectif est de rechercher des produits de constructions non combustibles, l'essai est appelé essai de non-combustibilité. Il consiste à placer un petit échantillon de solide cubique d'environ 5 cm de côté dans un four à une température de 750 °C et à constater une augmentation de la température du four ou une présence de flamme. Cet essai est décrit dans une ancienne norme internationale ISO 1182.

Suite à cet essai, le produit sera combustible ou non-combustible. Il n'existe aucune gradation. Son côté conventionnel sera illustré par le fait qu'un produit combustible dans une bombe calorimétrique pourra être classé comme étant non-combustible dans l'essai ISO 1182.

L'inflammabilité est une autre caractéristique des solides. On devrait plutôt dire leur facilité d'inflammation car, dans ce cas, il existe une classification: un solide peut être plus ou moins facilement inflammable. Il existe de très nombreux essais conventionnels qui permettent de mesurer le degré d'inflammabilité. Chaque pays a son essai. En Belgique, on utilise un des essais français et un des essais britanniques.

Ces deux concepts de combustibilité et d'inflammabilité font partie de ce qu'on appelle la réaction au feu des matériaux.

On ne perdra jamais de vue que la combustibilité et l'inflammabilité ne constituent pas des propriétés intrinsèques des matériaux. Certains chercheurs, qui pensaient "feu" au lieu de penser "incendie" avaient mis au point une sorte de boite noire qui donnait un chiffre définissant la réaction au feu du matériau testé. Ce concept n'a jamais été reconnu par la profession. La facilité d'inflammation d'un matériau dépend de son mode de placement, de son support, de son orientation, du mode d'attaque thermique. Par exemple un textile combustible posé sur une paroi isolante s'enflammera moins facilement que s'il est posé sur une paroi métallique

Chaque pays donne une définition différente de la réaction au feu. En Belgique, la seule définition légale actuelle est:

C'est une ancienne définition belge inscrite au point 0.5.2.1 de la norme NBN 713-010 de l'année 1970 abrogée en 1980. Cette définition est très restrictive et totalement inadaptée à une saine évaluation de la réaction des matériaux à l'incendie et non plus à un feu de faible puissance. La définition légale de la réaction au feu des matériaux de construction sera prochainement entièrement modifiée, au niveau européen, d'une façon beaucoup plus réaliste dans le cadre de l'application de la directive européenne sur les produits de construction. Elle tiendra compte de la densité et la toxicité des fumées qui est un élément fondamental que les législations belges actuelles négligent totalement. Un classement particulier de la réaction au feu tiendra également compte de la formation de gouttes enflammées lors de la combustion des matériaux.

L'évaluation légale actuelle de la réaction au feu, dans l'unique cadre d'application des "Normes de base", s'énonce comme suit:

Comme pour les gaz et les liquides on retrouve pour les solides la notion de pouvoir calorifique qui s'exprime en MJ/kg et qui intervient, également, plus particulièrement dans le chapitre suivant consacré au développement de l'incendie. Retenons comme ordre de grandeur la valeur de 17 à 20 MJ/kg pour le papier et le bois.

Nous devons toutefois ajouter d'autres caractéristiques physiques importantes des solides, dont l'état de division. L'acier massif n'est pas combustible tandis que la laine d'acier utilisée par la ménagère s'enflammera très rapidement au contact des pôles d'une pile de 4,5 V et de la poudre d'acier s'enflammera encore plus facilement et rapidement. L'état de division des solides intervient également pour le bois: poutre en bois massif, feuille de bois de recouvrement, copeaux de bois, sciures de bois. Un mélange de poussières de bois, farine, sucre, céréales… dans l'air s'enflammera très rapidement sous forme d'explosion.

PREVENTION
	Les machines à bois seront toujours équipées de dispositifs d'évacuation des copeaux et poussières de bois.

Une inflammation spontanée pourra se produire quand un solide combustible est soumis à une action continue d'oxydation. Ce sera le cas de chiffons gras qui seront le siège d'une combustion dont la chaleur ne pourra pas s'évacuer ce qui aura pour conséquence une augmentation de la température de ces chiffons jusqu'à l'inflammation spontanée du corps gras.

PREVENTION
	Les chiffons gras seront toujours contenus dans des récipients métalliques fermés par un couvercle.

La conductibilité thermique d'un solide conditionne les transferts de chaleur. Les isolants thermiques sont utilisés pour retarder l'échauffement de structures métalliques qui peuvent perdre leur stabilité au feu quand leur température dépasse les 500 °C. Les conducteurs pourront favoriser la naissance d'un incendie. Ce sera le cas de travaux de soudure effectués sur une canalisation métallique sur le parcours de laquelle se trouvent des produits combustibles derrière une paroi qui cache ces produits au soudeur.

PREVENTION
	Contrairement à d'autres pays notre législation n'impose pas formellement l'usage du permis de feu. C'est pourtant une très ancienne pratique des assureurs incendie.

Le coefficient de dilatation peut intervenir pour disloquer les éléments supportés par des structures métalliques ou en béton armé soumis à l'incendie.

PREVENTION
	Le danger des dilatations de charpentes est pris en compte dans le concept des murs coupe-feu des assureurs qui est beaucoup plus sérieux et plus complet que la seule référence légale de résistance au feu Rf déterminée en laboratoire.

Dans le cas du bois, la teneur en eau a également son importance. Le risque d'incendie des bois et taillis augmente en période de sécheresse. On ne laissera jamais des herbes sèches ou buissons près d'un réservoir de propane ou d'installations de process chimiques.

31.10.2005 19:42:34