dimanche 11 novembre 2018

La combustion

Bonjour les amis...

Aujourd'hui, puisque je suis en pleine forme, je vais vous parler de la combustion.

Dans des articles précédents, j'avais développé les notions de triangle du feu et de tétraèdre du feu en expliquant que la finalité de la comparaison avec ces figures géométriques, était de comprendre ce qui se passait lors de la combustion.

La combustion... Un phénomène complexe


La combustion, symbolisée par le tétraèdre du feu est un phénomène chimique complexe à évolution plus ou moins rapide avec élévation de température.

C'est une réaction chimique d'oxydo-réduction en présence d'un catalyseur.

Comme je l’ai déjà expliqué, l'association d'un combustible, d'un comburant et d'une source d'activation crée :
  • Du gaz carbonique,
  • De l'eau,
  • De la chaleur.

Pour mémoire, le gaz carbonique est plus lourd que l'air et est irrespirable.

Pour que la combustion s'effectue, il faut que l'air pénètre entièrement la masse du corps combustible.

Si l'air arrive en quantité suffisante, la combustion est complète.

Si l'air arrive en quantité insuffisante, la combustion est incomplète.

Le volume d'air qui alimente un foyer d'incendie a une action très importante sur le comportement de ce dernier, notamment dans un local fermé (c'est ce que l'on appelle un feu en volume clos).

Dans certaines proportions, il peut se produire des accidents thermiques très violents et bien connus des sapeurs-pompiers.

Flash-over


Dans un volume semi ouvert (logement avec fenêtre ouverte par exemple), et si le feu est trop alimenté en air, le phénomène d'Embrasement Généralisé Éclair (appelé aussi flash-over) peut se produire.

Le flash-over n'est pas à proprement parler un accident thermique mais simplement un incident dans la courbe d'évolution de la combustion.

Exemple de flash-over
Exemple de Flash-Over

Il est très souvent à l'origine de nombreuses victimes notamment parmi les sauveteurs quand il se produit.

De triste mémoire, il est possible de citer le décès de cinq sapeurs-pompiers de Paris lors d'une banale intervention pour feu de chambre dans un immeuble à Neuilly en 2002.

Les premiers intervenants se sont trouvés confrontés au cas typique d'une combustion lente, issue très probablement de la literie de la chambre ce qui a eu pour effet d'accumuler dans la pièce en très grande quantité des gaz imbrûlés portés à très haute température.

Lors de l'ouverture de la porte par les sapeurs-pompiers, l'embrasement soudain d'une poche de gaz a provoqué une explosion très violente.

C'est l'explication typique du flash-over.

Backdraft


Au contraire, dans un volume clos (logement avec portes et fenêtres fermées) et si le feu est insuffisamment alimenté en air, le phénomène d'Explosion de Fumées est à craindre (appelé aussi backdraft).

Exemple de backdraft
Exemple de Backdraft

Ces accidents thermiques ont fait l'objet de nombreuses études, et les sapeurs-pompiers français disposent maintenant de deux Guides Nationaux de Référence expliquant très clairement les conditions d'apparition de ces deux phénomènes, la manière de s'en prémunit et surtout les mesures opérationnelles à adopter pour intervenir en toute sécurité.

Plus un corps combustible est divisé, plus la combustion est rapide et complète.

En cas de division extrême, (poussières en suspension...), la rapidité de la combustion est telle qu'il peut y avoir explosion (accident de la malterie de Metz le 18 octobre 1982 – 12 morts).

On parle d'explosion, lorsque la vitesse du front de flammes est supérieure à la vitesse du son.

On parle de déflagration, lorsque la vitesse du front de flammes est inférieure à la vitesse du son (330 m/s).



Les différentes formes de combustion


La combustion peut revêtir de multiples formes :
  • Lente (corrosion métallique, échanges cellulaires organiques),
  • Vive (l'éclosion d'un incendie est une combustion vive),
  • Très vive (aussi appelée déflagration),
  • Instantanée (aussi appelée explosion).

La combustion peut aussi être spontanée (fermentation de végétaux avec élévation de température importante).

Dans le cas d'une combustion complète, la réaction est chimiquement stable et définit le pouvoir calorifique d'un matériau.

L'énergie produite par la combustion s'exprime en joules (J).

Dans le cas de la combustion incomplète, la réaction est chimiquement instable et produit le plus souvent des éléments toxiques pour l'être humain (suies, cendres, gaz toxiques, fumée...)

L'élément toxique le plus connu étant le monoxyde de carbone (CO).

Evolution de la combustion


La combustion évolue par palier.

C'est ainsi que l'on distingue :
  • Le phénomène de distillation : Les corps soumis à l'action de la chaleur émettent des vapeurs et s'enflamment.
  • L'inflammation : Les corps émettent de la lumière et de la chaleur
  • L'incandescence : Stade ultime de la combustion des corps solides qui semblent devenir lumineux.


Quelques définitions utiles


Le pouvoir calorifique d'un matériau combustible est la quantité d'énergie obtenue (ou quantité de chaleur dégagée) par la combustion d'un kg de ce combustible solide ou liquide (1 m3 en phase gazeuse) ; il s'exprime en kilojoule par kg (kJ/kg) ou en kJ/m3.

Le potentiel calorifique représente la quantité de chaleur totale que dégage la combustion de l'ensemble des matériaux combustibles contenus dans une pièce, ramenée à l’unité de surface.

Il s’exprime en mégajoules par mètre-carré (MJ/m²).

Deux termes sont particulièrement importants et systématiquement associés à la combustion :

A - La température qui évolue par paliers.

C'est ainsi que l'on parle de :
  • Température de point éclair
  • Température d'inflammation
  • Température d'auto inflammation.

B - Le potentiel calorifique qui est un facteur essentiel du développement de l'incendie.

L'agent SSIAP 3 doit maîtriser toutes ces notions s'il veut comprendre les différentes phases du développement de l'incendie.

Le point-éclair est la température minimale à partir de laquelle un combustible émet suffisamment de vapeurs pour que ces dernières s'enflamment  au contact d'une flamme (en présence d'air).

Si l'on retire la flamme, le feu s'arrête de lui-même.

Le point d'inflammation  est la température minimale à partir de laquelle un combustible émet suffisamment de vapeurs pour que ces dernières s'enflamment au contact d'une flamme (en présence d'air).

Si l'on retire la flamme, le feu continue à se développer.

Le point d'auto-inflammation est la température à partir de laquelle la combustion s'amorce d'elle-même sans apport de flammes.

Exemple : Le gas-oil présente un point éclair de 70° C et un point d'auto inflammation de 260°C.

La température moyenne d'un incendie se situe dans une tranche de 850 à 1200° C ; il devient facile de comprendre qu'un incendie se déclenchant à proximité d'un stockage de gas-oil peut facilement enflammer les vapeurs de cet hydrocarbure par simple convection ou rayonnement.

En résumé, ce ne sont pas les matériaux eux-mêmes qui brûlent au départ mais essentiellement les vapeurs qui se dégagent lors de la combustion.

Voilà, vous savez tout ou presque tout sur la combustion.

Bien sûr, il y aurait encore énormément de choses à dire sur ce sujet particulièrement technique, mais si vous souhaitez en savoir plus, la littérature scientifique regorge d'informations plus ou moins complexes à comprendre.

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