régression et extinction d’un incendie ou comment prendre...

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






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



Schéma de Thomas et al. – Version pédagogique

Extrait de documents de formation de la mutualisation Incendie de l’Ouest

5 avril 2018 5



Schéma de Thomas – Version très simplifiée

5 avril 2018 6

Paroi haute

Paroi basse

Zone gazeuse haute

Zone gazeuse basse

Milieu

extérieur

Combustible

Feu


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



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



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



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



Bilan masse :

Bilan de puissance :

Maitriser ces éléments revient à contrôler l’incendie

5 avril 2018 11


paroiséchanges

flammestrayonnemen

fuméestrayonnemen


Différents stade du développement de l’incendie


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






Conclusions

5 avril 2018 13



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


paroiséchanges

flammestrayonnemen

fuméestrayonnemen


« 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] :


5 avril 2018 15

HAmair2

1

A H

HAP 1500


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


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


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


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


5 avril 2018 20

www.bosilo.net/photos/secours/pompier-belge/

www.udr45.fr/incendie-du-cs-de-chatillon-coligny/






Conclusions

5 avril 2018 21

Maîtriser fumées / conditions thermiques


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


paroiséchanges

flammestrayonnemen

fuméestrayonnemen



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


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


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


Risque – Flux rayonné par les fumées

Progression en « sécurité » dans la veine d’air frais ?

5 avril 2018 26

Air frais

Fumées


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


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


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


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



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


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.


5 avril 2018 33

Diamètre 1 mm 100µm 10 µm

Surface 6 m² 60 m² 600 m²


– 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


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


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


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


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%






Conclusions

5 avril 2018 39



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 !


paroiséchanges

flammestrayonnemen

fuméestrayonnemen



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


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


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/






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

régression et extinction d’un incendie ou comment prendre...

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