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Régression et extinction d’un incendie ou comment prendre le contrôle du système feu
Mathieu BertrandChef du Service prospective et ingénierie de la formationSDIS 49
02 mai 2017
Délégation des Pays de la Loire
Anthony CollinEnseignant-chercheur - LEMTA / CNRS – équipe « Feu »Université de Lorraine
Plan de la présentation
Rappel du schéma de Thomas
Contrôler l’arrivée d’air frais
Maîtriser les fumées et les conditions thermiques
Limiter le combustible
Conclusions
5 avril 2018 2
Plan de la présentation
Rappel du schéma de Thomas
Contrôler l’arrivée d’air frais
Maîtriser les fumées et les conditions thermiques
Limiter le combustible
Conclusions
5 avril 2018 3
Rappel – Schéma de Thomas
Définition des différents éléments « acteurs » d’un incendie :
Schéma de Thomas et al. (1980)
P. H. THOMAS, M. L. BULLEN, J. G. QUINTIER & B. J. MCAFFREY, Flashover and Instabilities in Fire Behavior,
Combustion and Flame, Vol. 38, pp. 159-171, 1980.
5 avril 2018 4
Rappel – Schéma de Thomas
Définition des différents éléments « acteurs » d’un incendie :
Schéma de Thomas et al. – Version pédagogique
Extrait de documents de formation de la mutualisation Incendie de l’Ouest
5 avril 2018 5
Rappel – Schéma de Thomas
Définition des différents éléments « acteurs » d’un incendie :
Schéma de Thomas – Version très simplifiée
5 avril 2018 6
Paroi haute
Paroi basse
Zone gazeuse haute
Zone gazeuse basse
Milieu
extérieur
Combustible
Feu
Rappel – Schéma de Thomas
Lien entre les différents éléments « acteurs » d’un incendie :
Transfert et transport de matière
5 avril 2018 7
Paroi haute
Paroi basse
Zone gazeuse haute
Zone gazeuse basse
Milieu
extérieur
Combustible
Feuairm
pyrolysem
fuméesm
airm
fuméesm
Formule de Thomas
fuméespyrolyseair mmm
Rappel – Schéma de Thomas
Lien entre les différents éléments « acteurs » d’un incendie :
Transfert et transport de matière
5 avril 2018 8
Paroi haute
Paroi basse
Zone gazeuse haute
Zone gazeuse basseCombustible
Feu
Milieu
extérieur
airm
pyrolysem
fuméesm
airm
fuméesm
Rappel – Schéma de Thomas
Lien entre les différents éléments « acteurs » d’un incendie :
Transfert et transport de chaleur
5 avril 2018 9
Paroi haute
Paroi basse
Zone gazeuse haute
Zone gazeuse basse
Milieu
extérieur
Combustible
Feu
Air frais
Fumées
Advection / Convection
Rayonnement
Conduction
Rappel – Schéma de Thomas
Lien entre les différents éléments « acteurs » d’un incendie :
Transfert et transport de chaleur
5 avril 2018 10
Paroi haute
Paroi basse
Zone gazeuse haute
Zone gazeuse basse
Milieu
extérieur
Combustible
Feu
Air frais
Fumées
Bilan de puissancesparoiséchanges
flammestrayonnemen
fuméestrayonnemen
fuméesconvectionincendie PPPPP
Rappel – Schéma de Thomas
Lien entre les différents éléments « acteurs » d’un incendie :
Bilan masse :
Bilan de puissance :
Maitriser ces éléments revient à contrôler l’incendie
5 avril 2018 11
fuméespyrolyseair mmm
paroiséchanges
flammestrayonnemen
fuméestrayonnemen
fuméesconvectionincendie PPPPP
Différents stade du développement de l’incendie
Rappel – Schéma de Thomas
5 avril 2018 Le feu, les débuts de l’incendie 12
Allumage
Croissance
Em
bra
sem
ent
généra
lisé é
cla
ir
Feu pleinement
développé
Extinction
Feu limité
par la
ventilation
Feu limité par le
combustible
Feu limité par le
combustible
Plan de la présentation
Rappel du schéma de Thomas
Contrôler l’arrivée d’air frais
Maîtriser les fumées et les conditions thermiques
Limiter le combustible
Conclusions
5 avril 2018 13
Contrôler l’arrivée d’air frais
Lien entre les différents éléments « acteurs » d’un incendie :
5 avril 2018 14
Paroi haute
Paroi basse
Zone gazeuse haute
Zone gazeuse basse
Milieu
extérieur
Combustible
Feu
Air frais
Fumées
Gaz de
pyrolyse
Diminuer le débit d’air frais – Contrôler son arrivée
fuméespyrolyseair mmm
paroiséchanges
flammestrayonnemen
fuméestrayonnemen
fuméesconvectionincendie PPPPP
« Qui maitrise l’air, maitrise le feu » …
… mais uniquement lorsque le foyer est limité par la ventilation
Les travaux de Kawagoe (1958), Bullen (1977), Babrauskas et
Williamson (1978-1979) montrent que la puissance maximale d’un foyer
est pilotée par la taille des ouvrants :
Le débit massique d’air maximal admissible par un ouvrant [kg/s] :
: la section de l’ouvrant en m² ; : la hauteur de l’ouvrant en m
Connaissant le pouvoir calorifique par unité de masse d’air (en moyenne
3 000 kJ/kg d’air), la puissance du foyer est donnée par [kW] :
Contrôler l’arrivée d’air frais
5 avril 2018 15
HAmair2
1
A H
HAP 1500
Contrôler l’arrivée d’air frais
5 avril 2018 16
Puissance maximale autorisée par un ouvrant,
lorsque le foyer est limité par la ventilation :
Risques – Lors du passage d’une porte d’un BAT, la puissance du feu
peut être influencée.
Interprétation étonnante – Ces calculs ne prennent pas en compte la
charge de combustible contenue dans le local … Le combustible est
supposé en quantité suffisante.
Type d’ouvrant Dimensions Puissance
Fenêtre 1 m x 1 m 1,5 MW
Porte 1 m x 2 m 4,2 MW
Contrôler l’arrivée d’air frais
5 avril 2018 17
Puissance maximale autorisée par un ouvrant,
lorsque le foyer est limité par la ventilation :
Si l’incendie est limité par le combustible ?
La diminution de la taille de l’ouvrant peut permettre de passer d’un FLC
à un FLV plus rapidement.
Développement normalPuissance
Temps
Contrôle assez rapidement des ouvrants
Passages à un foyer
contrôlé par la ventilationPermet de réduire
la capacité en eau
Contrôler l’arrivée d’air frais
5 avril 2018 18
Evolution du taux de combustion maximal d’un feu de
compartiment en fonction du facteur d’ouverture
combm
HA
Feu limité par
la ventilation
Feu limité par
le combustible
Feu en milieu
ouvert
Contrôler l’arrivée d’air frais
5 avril 2018 19
Messages de prévention :
Nouvel outil opérationnel : smoke stopper
Action inopérante, sans la parfaite gestion des ouvrants
(quand l’incendie a percé la toiture, par exemple).
www.dynasys.com.tw/Eng/Eng_Product_004_4.htm
twitter.com/UL_FSRI/status/798639375009587200 www.closeyourdoor.org
Risques pour les opérationnels sur la gestion de l’ouvrant :
• Production importante d’imbrulés (gaz de pyrolyse) qui n’ont pas réagi
par manque d’oxygène.
Risque thermique – ré-inflammation
des fumées, …
• Génération de fumées, épaisses, de couleur noire, contenant des
quantités très importantes de suies.
Risque pour la santé – rôle des suies sur
l’intoxication des EPI par les suies
Contrôler l’arrivée d’air frais
5 avril 2018 20
www.bosilo.net/photos/secours/pompier-belge/
www.udr45.fr/incendie-du-cs-de-chatillon-coligny/
Plan de la présentation
Rappel du schéma de Thomas
Contrôler l’arrivée d’air frais
Maîtriser les fumées et les conditions thermiques
Limiter le combustible
Conclusions
5 avril 2018 21
Maîtriser fumées / conditions thermiques
Lien entre les différents éléments « acteurs » d’un incendie :
5 avril 2018 22
Paroi haute
Paroi basse
Zone gazeuse haute
Zone gazeuse basse
Milieu
extérieur
Combustible
Feu
Air frais
Fumées
Gaz de
pyrolyse
Agir sur les fumées ? – Action sur les transferts de
chaleur, notamment sur la pyrolyse du combustible
fuméespyrolyseair mmm
paroiséchanges
flammestrayonnemen
fuméestrayonnemen
fuméesconvectionincendie PPPPP
Maîtriser fumées / conditions thermiques
Agir sur les fumées ? – Action sur les transferts de chaleur,
notamment sur la pyrolyse du combustible
Objectif – « Diminuer » la contribution des transferts de chaleur, par
rayonnement, notamment.
5 avril 2018 23
Paroi haute
Zone gazeuse haute
Zone gazeuse basse
Milieu
extérieur
Combustible
Feu
Air frais
Fumées
Maîtriser fumées / conditions thermiques
La densité de flux rayonné [kW/m²] émise depuis une surface est :
La température est la clé !
est la constante de Stefan-Boltzmann.
est l’émissivité qui dépend du matériau qui émet du rayonnement.
Pour des suies, une valeur représentative se situe entre 0,6 et 0,8.
5 avril 2018 24
4T
Matériau Emissivité
Contreplaqué 0.83 – 0.98
Peinture blanche 0.77
Mousse PU 0.6
Verre 0.92
Peinture « noire » 1
Matériau Emissivité
Béton 0.92
Bois 0.90 – 0.95
Brique 0.94
Carton 0.81
Ciment 0.54
Maîtriser fumées / conditions thermiques
La densité de flux rayonné [kW/m²] émise depuis une surface est :
La valeur seuil de 1 kW/m² représente la limite pour l’apparition de
premières brulures après quelques secondes d’exposition (3 – 5
kW/m² pour des brulures du second degré).
10 à 30 kW/m² sont les valeurs seuils pour la production de gaz de
pyrolyse, par dégradation de la matière, pour des combustibles
courants.5 avril 2018 25
Température [°C] 1500 1300 1100 900 700 500 300
Densité de flux
[kW/m²]560 347 201 107 50 20 6
Fumées
ParoisFlamme
4T
Maîtriser fumées / conditions thermiques
Risque – Flux rayonné par les fumées
Progression en « sécurité » dans la veine d’air frais ?
5 avril 2018 26
Air frais
Fumées
Maîtriser fumées / conditions thermiques
Risque – Flux rayonné par les fumées
Progression en « sécurité » dans la veine d’air frais ?
Le rayonnement n’a pas besoin de support matériel pour se propager !
5 avril 2018 27
Air frais
Fumées
Maîtriser fumées / conditions thermiques
Agir sur les fumées ? – Action sur les transferts de chaleur,
notamment sur la pyrolyse du combustible
2 actions possibles – Diminuer le volume des fumées ou abaisser
la température des fumées.
5 avril 2018 28
Paroi haute
Zone gazeuse haute
Zone gazeuse basse
Milieu
extérieur
Combustible
Feu
Air frais
Fumées
Maîtriser fumées / conditions thermiques
Action – Créer de nouveaux ouvrants pour dissiper au maximum la
couche de fumées.
5 avril 2018 29
Paroi haute
Zone gazeuse haute
Zone gazeuse basse
Milieu
extérieur
Combustible
Feu
Air frais
Fumées
Maîtriser fumées / conditions thermiques
Action – Créer de nouveaux ouvrants pour dissiper au maximum la
couche de fumées.
Objectif principal – Diminuer l’agression thermique du combustible par
le rayonnement thermique, pour
• Limiter la propagation de l’incendie (hors cas de flash-over) ;
• Faciliter l’accessibilité au foyer.
Précautions – Faire attention à l’instant et au lieu de la création d’un
exutoire.
Principaux risques – Augmentation du débit d’air disponible pour le
foyer pouvant entrainer une élévation de sa puissance.
5 avril 2018 30
fuméespyrolyseair mmm
Maîtriser fumées / conditions thermiques
Action des gouttelettes d’eau – Refroidissement
Chauffage Evaporation Chauffage
Goutte à 20°C Goutte à 100°C Vapeur à 100°C Vapeur surchauffée
334 J 2 257 J 242 J
Une gouttelette de 1 g … peut absorber 2833 J !
Pour rappel : 4,18 J est l'énergie requise pour élever la température d'un gramme
d'eau de 1°C
Sur cet exemple, l’étape d’évaporation représente 82% de l’énergie totale
absorbée.5 avril 2018 31
Maîtriser fumées / conditions thermiques
Action des gouttelettes d’eau – Refroidissement
Chauffage Evaporation Chauffage
Goutte à 20°C Goutte à 100°C Vapeur à 100°C Vapeur surchauffée
1 g d’eau injecté par seconde … peut absorber 2, 833 kW !
Rappel – la puissance disponible pour un ouvrant 2 m x 1 m est de 4,2 MW.
5 avril 2018 32
Débit volumique Débit massique Puissance absorbée
125 l/min 2,08 kg/s 5,892 MW
250 l/min 4,16 kg/s 11,785 MW
500 l/min 8,32 kg/s 23,570 MW
Plus il y a de gouttelettes (et donc plus il y a d’eau),
plus l’action de refroidissement est important !
+ Les écarts de température entre les particules et la phase gazeuse
Plus les écarts de température sont importants, plus forts seront les échanges.
+ La taille des particules : la surface d’échange !
Plus la surface d’échange est importante, plus les échanges sont importants.
Pour 1 l d’eau liquide
Intérêts de diminuer la taille des gouttelettes :
• Augmenter les surfaces d’échanges gaz / particules ;
• Augmenter le temps de séjour des gouttelettes au sein de l’incendie ;
• Maximiser le phénomène d’évaporation ;
• Augmenter les capacités d’atténuation du rayonnement du jet.
Maîtriser fumées / conditions thermiques
5 avril 2018 33
Diamètre 1 mm 100µm 10 µm
Surface 6 m² 60 m² 600 m²
Maîtriser fumées / conditions thermiques
– De petites particules auront une capacité plus faible d’être déposées à de
longues distances ;
– Maîtrise de la technique de lance (influence du porteur de lance) ;
– Technologie de la lance / Pression à la lance …
5 avril 2018 34
www.mmf.fr/boutique/images_produits/saberjet_3-z.jpg
GNR Technique de Lances
Maîtriser fumées / conditions thermiques
Bilan – Dans la réalité toute l’eau n’est pas utilisée pour l’évaporation
Existence d’un rendement, imputable à chaque lance et à chaque type de jets
Correction des puissances « disponibles » à la lance (référence GNR) ;
5 avril 2018 35
Type Rendement
GNR 20 %
Jet plein selon Lambert et Baaij (2013) 50 %
Jet diffusé selon Lambert et Baaij (2013) 75 %
Débit volumique Débit massique Puissance absorbée
125 l/min 2,08 kg/s 1,17 MW
250 l/min 4,16 kg/s 2,34 MW
500 l/min 8,32 kg/s 4,68 MW
Applicable pour refroidir le foyer
Maîtriser fumées / conditions thermiques
Risque – Augmentation du volume de vapeur d’eau surchauffée (risques
thermiques).
… ici pour du méthane …
Technique d’inertage – Risque important de retour de vapeur d’eau chaude en
phase d’attaque du feu
5 avril 2018 36
Puissance
Vapeur
produite par
l’incendie
Vapeur
produite par
vaporisation
5,9 MW 0,27 kg/s 2,08 kg/s
11,9 MW 0,54 kg/s 4,16 kg/s
23,9 MW 1,08 kg/s 8,32 kg/s
Maîtriser fumées / conditions thermiques
Autre capacité du jet de diffusion – Ecran radiatif
Les particules d’eau peuvent interagir avec le rayonnement provenant de la source
d’incendie (foyer ou fumées) et stopper sa propagation.
5 avril 2018 37
Foyer
Action du rayonnement
Cible
Spray de gouttelettes d’eau
Réflexion
Transmission
Absorption
Maîtriser fumées / conditions thermiques
Autre capacité du jet de diffusion – Ecran radiatif
Les particules d’eau peuvent interagir avec le rayonnement provenant de la source
d’incendie (foyer ou fumées) et stopper sa propagation.
Exemple, de l’influence du diamètre des particules, sur un jet de 10-4 m3 d’eau / m3
d’air, pour une épaisseur de 2 mètres.
5 avril 2018 38
Diamètre Transmission Absorption Réflexion
100 µm 5,6% 91,1% 3,3%
300 µm 25,6% 72,9% 2,5%
500 µm 41,1% 57,8% 1,1%
700 µm 51,6% 47,6% 0,8%
1000 µm 61,8% 37,5% 0,7%
Plan de la présentation
Rappel du schéma de Thomas
Contrôler l’arrivée d’air frais
Maîtriser les fumées et les conditions thermiques
Limiter le combustible
Conclusions
5 avril 2018 39
Limiter le combustible
Lien entre les différents éléments « acteurs » d’un incendie :
5 avril 2018 40
Paroi haute
Paroi basse
Zone gazeuse haute
Zone gazeuse basse
Milieu
extérieur
Combustible
Feu
Air frais
Fumées
Gaz de
pyrolyse
Diminuer le débit de gaz de pyrolyse – La production
de gaz de pyrolyse est uniquement liée à la
température du combustible !
fuméespyrolyseair mmm
paroiséchanges
flammestrayonnemen
fuméestrayonnemen
fuméesconvectionincendie PPPPP
Limiter le combustible
Idée – Limiter le combustible disponible
« Faire la part du feu ! »
Retirer le maximum de combustible vierge
afin de limiter le développement ou la
durée de l’incendie.
Technique uniquement applicable sur les feux en milieux ouverts : feux
de broussailles, feux de stères de bois, feux de végétation, …
Manœuvre limitée, voire non applicable, sur les feux confinés ... Sauf
dans le cas où le foyer est limité par le combustible.
5 avril 2018 41
« Le courrier de l’Eure », le 21 mai 2016
Limiter le combustible
Idée – « Couper » l’arrivée des gaz de pyrolyse
5 avril 2018 42
Paroi haute
Zone gazeuse haute
Zone gazeuse basse
Milieu
extérieur
Combustible
Feu
Air frais
Fumées
Il faut « isoler » le combustible des autres
éléments présents dans l’incendie
Limiter le combustible
Idée – « Couper » l’arrivée des gaz de pyrolyse
« Isoler le combustible » pour limiter les
transferts de chaleur et donc diminuer la
température du combustible.
• Utilisation d’agents moussantCréation une couche à la surface du combustible pour
limiter le transfert de chaleur provenant de sources
chaudes
• Ennoyage du combustibleUtilisation du « jet droit » pour déposer au
droit du foyer le maximum d’eau pour
refroidir et envelopper d’une pellicule d’eau
le combustible.
5 avril 2018 43
www.groupe-leader.fr/produits/lutte-incendie/mousse-96.html
www.sdis03.com/2012/10/19/violent-feu-dappartement-au-coeur-de-moulins/
Plan de la présentation
Rappel du schéma de Thomas
Contrôler l’arrivée d’air frais
Maîtriser les fumées et les conditions thermiques
Limiter le combustible
Conclusions
5 avril 2018 44
Conclusions
Prendre le contrôle de l’incendie :
Intervenir sur le transfert de masse (faire la part du feu, gestion des ouvrants,
…) : gestion des ouvrants
Intervenir sur le transfert de chaleur (refroidissement du combustible,
refroidissement de la phase gazeuse, inertage, …) action avec la lance
L’ensemble des actions possibles font l’objet d’une tactique opérationnelle
particulière pour lutter contre un incendie.
Les questions qui restent en suspens :
Gestion des ouvrants (rôle exact d’outil comme le smoke-stopper … comment
être sûr de limiter les risques thermiques …)
Gestion de la toxicité de tenues de protection contaminées par les suies (lors
d’interventions, lors d’actions de formations, …)
L’optimisation des moyens en eau nécessite d’évaporer de grande quantité
d’eau : comment se prémunir des retours de vapeur …
5 avril 2018 45