Physique & Chimie du Feu

ir Alain GEORGES

Jour : 75%Jour : 75%

Nuit : 25%Nuit : 25%

100 MORTS PAR AN100 MORTS PAR AN 100 MORTS PAR AN100 MORTS PAR AN

13.000 Incendies par an

• Transport 10%

• Travail 20%

• MAISON 70%

INCENDIE DOMESTIQUE :

CAUSES DE DECES

19951995

16%4%

80 %

19871987

25%3%

72 %

19771977

34%2%

64 %

• INTOXIQUES FUMEES

• BRULES

• AUTRES

• Naissance

• Développement

Développement de l’incendie

• Propagation

EVOLUTION D’UN INCENDIE

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

Feu couvant

Feu avecflammes

FeuDéveloppé

ZONE DZONE D’’EMBRASEMENT TOTALEMBRASEMENT TOTAL

SAUT SAUT DE DE

FEUFEU

°C

Temps

INFLAMMATIONINFLAMMATION

Evolution suivant le combustible

Feu Feu d ’hydrocarbured ’hydrocarbureFeu de boisFeu de bois

Qu’est-ce qu’un incendie?

• Un incendie est une réaction chimique entre:– un combustible (solide, liquide ou gaz)

– et un comburant.

• De plus il faut un apport physique d’énergie.Combustible + Comburant + Combustible + Comburant + Produits de Produits de

combustioncombustion

Le Triangle du Feu

CO

MB

UR

AN

TC

OM

BU

STIBLE

ENERGIE CALORIFIQUE

Le Triangle du Feu

La COMBUSTION

Exemple de combustion: Papier, bois, textile, … à base de carbone

2 C + O2 C + O2 2 2 CO2 CO

C + OC + O2 2 COCO22C + OC + O2 2 COCO22

Le COMBURANT

Généralement, le comburant sera l’oxygène de l’air.

L’air se compose de

• 21 % d’oxygène (O2);

• 78 % d’azote (N2);

• 1 % d’autres gaz (Ar,…)

Le COMBURANT

Grandeurs physiques :• La température• La concentration de gaz en %

– Volume • (14% O2 difficulté pour l’homme)

• (10% O2 mort d’homme)

– Poids

Le COMBURANT

Concentration d’oxygène anormalement élevée :

Danger d ’inflammation Danger d ’inflammation

augmenteaugmente::

• Moins de quantité de chaleur Moins de quantité de chaleur

nécessairenécessaire

• Vitesse de combustion plus élevéeVitesse de combustion plus élevée

• Température de flamme plus élevéeTempérature de flamme plus élevée

•Exemple de température de flamme du Exemple de température de flamme du

PropanePropane

• 1925°C dans l ’air1925°C dans l ’air

• 2850°C dans l ’oxygène pur2850°C dans l ’oxygène pur

Le COMBURANT

Concentration d’oxygène anormalement faible : Il existe une limite de concentration Il existe une limite de concentration

d ’oxygène sous laquelle la combustion n ’a d ’oxygène sous laquelle la combustion n ’a plus lieu et dépend du type de gaz qui est plus lieu et dépend du type de gaz qui est

présent dans l ’air présent dans l ’air

Air + CO2 Air + N2

Acétone 15.5 13.5

Benzène 14.0 11.0

Méthane 14.5 12.0

CO 8.0 5.5Poussière d’Aluminium 3.0 9.0

L’apport Calorifique

Grandeurs physiques :

• La température

• L’énergie calorifique

• La chaleur massique

• Le rayonnement calorifique

L’apport Calorifique

Grandeurs physiques : La température

Cigarette 300°CAllumette 1.000°CArc électrique 4.000°CSurface du soleil 6.000°C

L’apport Calorifique

Grandeurs physiques : L’énergie calorifique

L’énergie mécanique, calorifique ou électrique:Joule (J = W.s)

KWh (1000 W x 3600 s) = 3.600.000 J

1 cal = 4,186 J

Elle intervient dans d’autres grandeurs physiques

L’apport Calorifique

Grandeurs physiques : La chaleur massique (J/kg °C)(anciennement Chaleur spécifique)

C’est la quantité de chaleur (J) nécessaire à élever une masse de 1 kg de ce corps de 1

degré centigrade

L’apport Calorifique

Q = m c (t-tQ = m c (t-t00))• Q = énergie calorifique (J)Q = énergie calorifique (J)

• m = masse du corps (kg)m = masse du corps (kg)

• c = chaleur massique du corps (J/kg°C)c = chaleur massique du corps (J/kg°C)

• t = température du corps après qu ’il ait reçu la t = température du corps après qu ’il ait reçu la quantité de chaleur Qquantité de chaleur Q

• tt00 = température initiale du corps avant qu ’il n ’ait = température initiale du corps avant qu ’il n ’ait reçu Qreçu Q

L’apport Calorifique

Grandeurs physiques : Le rayonnement calorifique

Le rayonnement calorifique émis par un corps A peut être calculé par la formule de Stefan-

Bolzmann

E = T4

E = rayonnement calorifique émis par A (W/cm2)

= coefficient d’émission de la surface du corps A

= constante de Stefan-Bolzmann = 5.67 10-12 W/cm2K4

L’apport Calorifique

Ordre de grandeur de quelques rayonnements (W/cm2)

• 0.07 soleil en été à la surface de la terre en Belgique• 0.1 rayonnement max supporté indéfiniment par l’homme• 0.5 idem mais durant 8 s ou l’homme avec équipement

d’intervention• 1 max 3 s• 1.25 le bois à 350°C• 2.8 inflammation spontanée du bois lors d’une exposition de

longue durée• 5 rayonnement min qui enflamme spontanément tous les

produits combustibles sous une exposition de plus ou moins longue durée

L’apport Calorifique

SOURCES D ’ENERGIE CALORIFIQUESOURCES D ’ENERGIE CALORIFIQUE

Flamme Nue

25%

Electricité

25%

APPAREILS

FACTEUR HUMAINBRICOLAGE

SURCHARGE

ABSENCE

Réactions12%

Mecaniques

Chimiques

Biologiques

Nucléaires

Causes naturelles

2%Indéterminés

36%

CigaretteTravail à point chaud

Le COMBUSTIBLE

• Le combustible peut se présenter sous trois états:

gaz, liquide ou solide.

Le COMBUSTIBLE

Grandeurs physiques :

• de combustion

– point d’éclair

– limite d’inflammabilité

– température d’auto-inflammation

– pouvoir de comburant

– pouvoir, charge, potentiel calorifiques

Le COMBUSTIBLE

Grandeurs physiques :• des gaz

– densité, vitesse de diffusion

• des liquides– densité liquide & vapeur, température d’ébullition,

tension de vapeur

• des solides– degré de division, homogénéité, teneur en eau,

configuration géométrique

Le COMBUSTIBLE

• Mais seuls les gaz brûlent avec flammes; donc pour produire une combustion avec flammes, un liquide ou un solide doivent d’abord produire des gaz ou des vapeurs.

Le COMBUSTIBLE

Le point d’éclair:

C’est la température la plus basse à laquelle le liquide inflammable émet suffisamment de vapeurs pour que celles-ci, mélangées à l’air, s’enflamment sous l’effet d’une source de chaleur normalisée ( flamme pilote,...)

Le COMBUSTIBLE

Ether - 45 ° Acétone - 19 °

Essence < - 20 °

Methanol + 11 °

Ethanol + 12 °

White Spirit + 33 ° Fuel lourd + 110 °

PRODUITSPRODUITS POINT D’ECLAIR POINT D’ECLAIR

Le COMBUSTIBLE

Le point feu:

La différence avec le point d’éclair est que, pour le point feu, l’inflammation locale se maintient pour provoquer une combustion continue.

Dès lors un gaz ou une vapeur d’un liquide inflammable ne brûleront que lorsque la température de ce gaz ou de cette vapeur est supérieure au point d’éclair de ce gaz ou de cette vapeur.

Le COMBUSTIBLE

D’autre part, il faut aussi se trouver dans la zone d’inflammabilité, c-à-d entre la limite inférieure et la limite supérieure d’inflammabilité.

Le COMBUSTIBLE

ENS: C1 minimum: OK: RF LLN-NOH

100 % air 0 % air0 % gaz 100 % gaz

LIMITES D'INFLAMMABILITE D'UN LIMITES D'INFLAMMABILITE D'UN MELANGE GAZ/AIRMELANGE GAZ/AIR

mélangetrop

pauvrepauvre

mélangetropricheriche

inflammable

Mélangetrop pauvre

LEL HEL

Mélange trop riche

Le COMBUSTIBLE

Le COMBUSTIBLE

1.3 8.8

1.7 9.5

2.3 81

5 15.8

11 75

4 76

Gaz Naturel 0.6

Butane 2.01

Propane 1.6

Acétylène 0.9

CO 0.97

Hydrogène 0.07

LIMITES D’INFLAMMABILITELIMITES D’INFLAMMABILITE densité (air=1)

PRODUITS Limite inférieure Limite supérieure

Acétylène 2,5% 80%

Acétone 2% 13%

Ethanol 2,5% 19%

Benzène 1,4% 8%

Essence 1,4% 6%

Butane 1,6% 8,5%

Octane 0,8% 3,2%

Méthane 5% 14%

Le COMBUSTIBLE

PRODUITS Limite inférieure Limite supérieure

Hydrogène 4% 75%

Monoxyde de carbone 12% 74%

Ether 1,7% 40%

Le COMBUSTIBLE

La température d’auto-inflammation est la température minimale à laquelle le mélange s’enflamme spontanément sans présence d’étincelle, flamme ou corps chaud.

Le COMBUSTIBLE

Le COMBUSTIBLE

Ether - 45 ° 180 Acétone - 19 ° 538 °

Essence < - 20 ° > 220 ° Methanol + 11 ° 455 °

Ethanol + 12 ° 370 °

White Spirit + 33 ° 210 ° - 500 ° Fuel lourd + 110 ° 220 ° - 300 °

PRODUITSPRODUITS POINT D’ECLAIRPOINT D’ECLAIR TEMPERATURE D’AUTO TEMPERATURE D’AUTO INFLAMMATIONINFLAMMATION

Le COMBUSTIBLE

• RGPT– liquide extrêmement inflammable:

Pt éclair < 0°C ET Pt ébullition 35°C

– liquide facilement inflammable:Pt éclair < 21°C

– liquide inflammable:Pt éclair < 55°C

Le COMBUSTIBLE

Le pouvoir comburant c’est :

la quantité d’air nécessaire à la combustion complète

d’une unité de volume de gaz

Le COMBUSTIBLE

Grandeurs physiques :

• de combustion

– point d’éclair

– limite d’inflammabilité

– température d’auto-inflammation

– pouvoir de comburant

– pouvoir, charge, potentiel calorifiques

Le COMBUSTIBLE

Le pouvoir calorifique C d’un corps c’est :

la quantité de chaleur dégagée par la combustion

complète dans l’air d’une unité de masse (kg) ou de

volume (m3) de ce corps

• CO 10 MJ/kg• Papier, bois 17 à 20 MJ/kg• PVC 23 MJ/kg• Essence 43 MJ/kg• Hydrogène 120 MJ/kg• Gaz naturel 36 MJ/kg

Le COMBUSTIBLE

La charge calorifique Q d’un produit c’est :

la quantité d’énergie qui est dégagée par une

combustion complète de ce produit

Q = MC

• Q = charge calorifique en MJ• M = masse du produit en kg• C = pouvoir calorifique en MJ/kg

Le COMBUSTIBLE

Le potentiel calorifique (= densité de charge calorifique) P c’est :

la charge calorifique par unité de surface de planchers.

Elle permet d’évaluer la charge calorifique d’un local en tenant compte de sa

destination et de sa surface

Le Degré de Division

ENS: C1 minimum: OK: RF LLN-NOH

CONTACT A L’OXYGENE

DEGRE DE DIVISION

Le Degré de Division

Développement de l ’incendie

• Evaluation des sources de chaleur

– Pouvoir calorifique C

– Charge calorifique Q

– Potentiel calorifique P (= densité de charge calorifique)

Développement de l ’incendie

• Modes de transfert de chaleur– Rayonnement

• transfert de chaleur par IR

– Convection• transfert de chaleur par fluide en mouvement

– Conduction• transfert de chaleur au travers de la matière• quantité de chaleur qui traverse 1 m de matière sur une surface

de 1m2 en 1 seconde lorsque écart de 1°C entre 2 faces de la matière