Comme le dit la chanson : “le feu ça brûle, l’eau ça mouille, tous les oiseaux volent dans le ciel”, mais si vous voulez en apprendre plus sur cet élément difficilement maîtrisable, lisez la suite de cet article !
Le tétraèdre du feu
Avant les années 1990, on pensait que seuls trois éléments permettaient à un incendie de se déclarer, on le nommait “le triangle du feu” et il se composait :
– du combustible ;
– du comburant ;
– de l’énergie d’activation.
Depuis les années 1990, on sait qu’un quatrième élément est lui aussi indispensable : les radicaux libres.
Si et seulement si, ces quatre éléments sont réunis, il peut y avoir une combustion :
– combustion lente : oxydation (phénomène de création de la rouille par exemple) ;
– combustion vive : le feu ;
– combustion très vive : la déflagration ;
– combustion instantanée : l’explosion.
Le combustible correspond à tout matériau pouvant brûler, c’est-à-dire bois, charbon, papier, gaz, alcool… La pierre, le plâtre et la brique sont des matériaux incombustibles.
Le comburant correspond au corps qui, mis en présence d’un combustible, entretient la combustion. Il s’agit le plus souvent du dioxygène contenu dans l’air, mais c’est parfois du peroxyde, de l’acide nitrique, des nitrates, des halogènes…
L’énergie d’activation correspond à l’énergie nécessaire au démarrage de la combustion, de la flamme ou de la source de chaleur, qualifiée d’énergie calorifique. Les sources d’énergie sont innombrables :
– naturelle : le soleil, par exemple ;
– électrique, statique ou dynamique : comme dans le cas d’un court-circuit ;
– mécanique : par le frottement d’une l’allumette pour un barbecue ou une cigarette ;
– biologique : fermentation des végétaux, par exemple ;
– chimique : oxydation et réactions chimiques diverses ;
– thermique : soleil, allumette ou encore court-circuit.
Les radicaux libres sont des molécules nouvellement formées par oxydation du combustible. Fruits de la combustion, elles sont encore très réactives et agissent sur les molécules du produit, libérant d’autres radicaux. Ils possèdent un fort potentiel toxique et déclenchent un cercle vicieux auto-entretenu tant que le combustible et le comburant sont présents.
Développement d’un incendie
L’éclosion correspond à la rencontre des éléments du triangle du feu permettant à la combustion de s’amorcer. Elle produit une réaction dite exothermique, productrice de chaleur, qui, si le combustible et le comburant sont présents de manière suffisante, va entretenir et accroître le foyer de façon exponentielle. C’est la phase de croissance du feu.
Il a été estimé que pour éteindre un feu naissant à air libre, il fallait :
– un verre d’eau durant la première minute ;
– un seau d’eau au cours de la deuxième minute ;
– une citerne d’eau au bout de la troisième minute.
– Dans le cas d’un feu d’habitation (ou feu en volume clos), il a été estimé que la température de l’air atteignait 600°C après cinq minutes et peut atteindre, dans une cage d’escalier, les 1 200°C dans ce même temps.
La dernière phase de vie d’un feu est celle du déclin, après ce qu’on appelle le “feu constitué”, stade auquel il est à son apogée et ne peut plus croître. Le feu va progressivement diminuer en intensité puis entrer en combustion lente parallèlement à la baisse de combustible, jusqu’à en manquer totalement et s’éteindre.
Propagation d’un incendie
Au cours d’un incendie, trois formes de transfert d’énergie thermique coexistent et agissent de façon simultanée. À chaque instant t d’un l’incendie, un de ces modes peut paraître dominer les autres.
En premier lieu, il y a une propagation à distance, c’est le rayonnement. Il est dit électromagnétique ou infrarouge et se propage en ligne droite, à la vitesse de la lumière, sans support matériel. Lorsque ce rayonnement atteint un élément, celui-ci en absorbe une partie et réfléchit l’autre, ce qui rend possible la diffusion calorifique vers les éléments voisins, susceptibles de s’enflammer à leur tour. Sa puissance dépend de la température, de la distance et de la composition des fumées.
(poussée d’Archimède)
En deuxième lieu, il y a un transport thermique, c’est la convection. Selon la poussée d’Archimède (“tout corps plongé dans un fluide au repos, entièrement mouillé par celui-ci ou traversant sa surface libre, subit une force verticale, dirigée de bas en haut et opposée au poids du volume de fluide déplacé” : c’est l’image du bouchon de liège dans un verre qui remonte sans cesse, car sa densité est plus faible que celle de l’eau), le gaz chaud, dont la densité a diminué avec la chaleur, s’élève. Lorsque la masse gazeuse atteint un obstacle froid (plafond, élément), elle lui transfère sa chaleur, refroidit et retombe (puisque sa température diminue, sa densité augmente, devenant alors supérieure à celle de l’air). Un roulement s’établit ainsi : la partie inférieure encore chaude des gaz remonte tandis que la partie froide descend et se réchauffe au contact du foyer.
En troisième lieu, il y a un transfert de chaleur, c’est la conduction, qui obéit à la loi de Fourier (“l’inhomogénéité d’un paramètre intensif provoque un phénomène de transport tendant à combler le déséquilibre”). Ce transfert thermique se fait de façon spontanée par contact direct des éléments les plus chauds vers les éléments les plus froids d’une même région ou entre deux régions, sans déplacement de molécule, jusqu’à uniformisation des températures.
Bien que ce ne soit pas un transfert thermique à proprement parler, il peut y avoir une projection ou un écoulement, c’est-à-dire un déplacement du support matériel, soit par déplacement solide, liquide ou gazeux, soit par explosion et création d’un autre foyer.
Combustion très vive et instantanée :
Il existe deux types d’explosions au cours d’un incendie :
(Attention : ces vidéos sont des exercices réalisés par des professionnels, ne tentez pas de faire la même chose.)
L’embrasement généralisé éclair ou “flashover” est un phénomène thermique appartenant à la phase de développement d’un feu. Il peut avoir lieu dans un local semi-ouvert qui apporterait régulièrement le comburant nécessaire à la combustion et accumulerait la chaleur. Les gaz inflammables issus de la combustion alimentent le feu et s’accumulent dans la pièce. Quand un certain taux de gaz est atteint, on assiste à l’embrasement général de la pièceAprès un certain taux de gaz, celui-ci entraîne l’embrasement général de la pièce : le feu atteignant les 600°C occupe tout l’espace. Le signe précurseur de cette déflagration est le “roll-over” (rouleaux de flammes) au plafond.
Les ventilations installées (climatisation par exemple) ou l’ouverture d’une porte (création d’un appel d’air et apport de comburant) peuvent être à l’origine d’un embrasement généralisé éclair tandis que l’arrosage des fumées (par les professionnels uniquement), l’arrêt des ventilations et climatiseurs et la fermeture des portes peuvent éviter ce phénomène.
Il existe des embrasements généralisés éclairs de plein air, aussi appelés “updraft” ou “tempêtes de feu”. Ceux-ci sont dus à l’accumulation d’une poche de gaz de pyrolyse qui s’embrase instantanément, atteignant 1 500°C, avec une vitesse de front de flammes pouvant aller de 5 à 40 mètres par seconde. Les signes précurseurs sont la vision trouble, les sons assourdis, les difficultés respiratoires et la pyrolyse des feuillages par la chaleur rayonnée.
(Attention : ces vidéos sont des exercices réalisés par des professionnels, ne tentez pas de faire la même chose.)
L’explosion de fumée ou “contre-explosion” n’est pas un phénomène thermique et peut survenir de deux manières :
– le “backdraft” qui correspond à l’inflammation soudaine d’une atmosphère saturée de gaz sous l’effet d’un apport d’oxygène important ;
– le “smoke explosion” qui correspond à l’inflammation soudaine d’une fumée mélangée à de l’air sous l’effet d’une énergie d’activation ; ce phénomène peut survenir longtemps après l’incendie, par exemple pendant le déblai.
Les signes avant-coureurs de ce type d’explosion sont l’absence de flammes visibles de l’extérieur (les vitres sont recouvertes de suie et les portes sont chaudes) ainsi qu’une fumée très opaque, étouffante, présentant des reflets jaunâtres (parfois des flammes dansantes) et rentrant et sortant des interstices (bas de porte) comme une respiration.
Pour éviter ce type d’explosion, il faut évacuer les fumées chaudes sans faire entrer d’air (châssis ouvrants sur le toit, actionnables de l’extérieur, prévus sur les nouveaux bâtiments par exemple : la fumée moins dense cherchera à s’échapper sans laisser l’air entrer) tout en refroidissant la fumée à sa sortie pour éviter qu’elle n’enflamme l’extérieur (toiture).
Enfin, voici un petit test pour voir si vous avez bien compris le triangle du feu et l’extinction d’un feu domestique simple : le test.
Alors, quel résultat avez-vous eu à ce test ? Comprenez-vous mieux la “vie” d’un feu ? N’hésitez pas à laisser un commentaire à la suite de cet article afin de partager vos résultats !
Siran
Sources texte
Wikipédia : 1 & 2
Cusstr
TPE feux phénomènes thermiques
Sources images :
3 thoughts on “Comprendre le feu”
Cet article est vraiment intéressant, on comprend mieux comment se propagent les incendies ! Le petit test à la fin n’est pas facile mais il permet de faire une bonne synthèse de tout ça 🙂
Cet article est très intéressant !
J’ai ainsi pu comprendre les mécanismes de la combustion ^^
Concernant le test, médiocre, 12/20, il faut que je révise tout cela ^^
Article très bien expliqué! Pour info, le fait d’avoir des radicaux libres impliqués dans l’incendie permet également de retarder les flammes et ralentir la cinétique de l’incendie en ajoutant certains composés chimique halogénés dans les plastiques (des ordis par exemple).
Pour le test j’ai pas pensé qu’il pouvait y avoir plusieurs bonnes réponses ‘– 14/20