physique & chimie du feu ir alain georges jour : 75% nuit : 25% 100 morts par an 100 morts par...
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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