Physique & Chimie du Feu ir Alain GEORGES

13.000 Incendies par an Transport 10% Travail 20% MAISON 70% Jour : 75% Nuit : 25% 100 MORTS PAR AN

1995 1987 1977 80 % INCENDIE DOMESTIQUE : CAUSES DE DECES 72 % 64 % INTOXIQUES FUMEES BRULES AUTRES

Développement de l’incendie Naissance Développement Propagation

Evolution suivant le combustible Feu d ’hydrocarbure Feu 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 +   Produits de combustion

Le Triangle du Feu COMBUSTIBLE COMBURANT Le Triangle du Feu ENERGIE CALORIFIQUE Le Triangle du Feu

La COMBUSTION 2 C + O2 2 CO C + O2 C + O2 CO2 CO2 Exemple de combustion: Papier, bois, textile, … à base de carbone 2 C + O2 2 CO C + O2 C + O2 CO2 CO2

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

Danger d ’inflammation augmente: Le COMBURANT Concentration d’oxygène anormalement élevée : Danger d ’inflammation augmente: Moins de quantité de chaleur nécessaire Vitesse de combustion plus élevée Température de flamme plus élevée Exemple de température de flamme du Propane 1925°C dans l ’air 2850°C dans l ’oxygène pur

Le COMBURANT Concentration d’oxygène anormalement faible : Il existe une limite de concentration d ’oxygène sous laquelle la combustion n ’a plus lieu et dépend du type de gaz qui est présent dans l ’air

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°C Allumette 1.000°C Arc électrique 4.000°C Surface 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-t0) m = masse du corps (kg) Q = énergie calorifique (J) m = masse du corps (kg) c = chaleur massique du corps (J/kg°C) t = température du corps après qu ’il ait reçu la quantité de chaleur Q t0 = température initiale du corps avant qu ’il n ’ait reçu Q

L’apport Calorifique E =   DT4 Grandeurs physiques : Le rayonnement calorifique Le rayonnement calorifique émis par un corps A peut être calculé par la formule de Stefan-Bolzmann E =   DT4 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 CALORIFIQUE Flamme Nue 25% Cigarette Travail à point chaud Electricité 25% APPAREILS FACTEUR HUMAIN BRICOLAGE SURCHARGE ABSENCE Mecaniques Chimiques Biologiques Nucléaires Réactions 12% Causes naturelles 2% Indéterminés 36% ?

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 des liquides des solides 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 ° PRODUITS POINT D’ECLAIR Ether - 45 ° Acétone - 19 ° Essence < - 20 ° Methanol + 11 ° Ethanol + 12 ° White Spirit + 33 ° Fuel lourd + 110 °

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.

Le COMBUSTIBLE 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

Le COMBUSTIBLE

LIMITES D’INFLAMMABILITE densité (air=1) 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’INFLAMMABILITE densité (air=1) 1.3 8.8 1.7 9.5 2.3 81

Le COMBUSTIBLE Acétylène 2,5% 80% Acétone 2% 13% Ethanol 2,5% 19% 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 Hydrogène 4% 75% Monoxyde de carbone 12% 74% 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 Ether - 45 ° 180 Acétone - 19 ° 538 ° PRODUITS POINT D’ECLAIR TEMPERATURE D’AUTO INFLAMMATION 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 °

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 : Q = MC 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

la charge calorifique par unité de surface de planchers. 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

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