Physique & Chimie du Feu ir Alain GEORGES

1. Physique & Chimie du Feuir Alain GEORGES

2. 13.000 Incendies par an Transport 10% Travail 20% MAISON 70% 100 MORTS PAR AN Jour : 75% Nuit : 25%

3. 80 % 72 % 64 % 1977 • INTOXIQUES FUMEES 1987 1995 • BRULES • AUTRES INCENDIE DOMESTIQUE : CAUSES DE DECES

4. Naissance • Développement • Propagation Développement de l’incendie

6. Feu de bois Feu d ’hydrocarbure Evolution suivant le combustible

7. 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

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

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

10. 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,…)

11. Le COMBURANT Grandeurs physiques: La température La concentration de gaz en % Volume (14% O2 difficulté pour l’homme) (10% O2 mort d’homme) Poids

12. 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

13. 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

14. L’apport Calorifique Grandeurs physiques: La température L’énergie calorifique La chaleur massique Le rayonnement calorifique

15. 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

16. 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

17. 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

18. L’apport Calorifique • Q = m c (t-t0) • 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

19. 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 =   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

20. L’apport Calorifique Ordre de grandeur de quelquesrayonnements (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

21. L’apport Calorifique

22. SOURCES D ’ENERGIE CALORIFIQUE Flamme Nue 25% Cigarette Travail à point chaud APPAREILS Electricité 25% FACTEUR HUMAIN BRICOLAGE SURCHARGE ABSENCE Mecaniques Chimiques Biologiques Nucléaires Réactions 12% Causes naturelles 2% Indéterminés 36% ?

23. Le COMBUSTIBLE Le combustible peut se présenter sous trois états: gaz, liquide ou solide.

24. Le COMBUSTIBLE Grandeurs physiques: de combustion point d’éclair limite d’inflammabilité température d’auto-inflammation pouvoir de comburant pouvoir, charge, potentiel calorifiques

25. 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

26. 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.

27. 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,...)

28. Le COMBUSTIBLE PRODUITS POINT D’ECLAIR Ether - 45 ° Acétone - 19 ° Essence < - 20 ° Methanol + 11 ° Ethanol + 12 ° White Spirit + 33 ° Fuel lourd + 110 °

29. 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.

30. 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

31. 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

32. Le COMBUSTIBLE

33. LeCOMBUSTIBLE

34. LIMITES D’INFLAMMABILITE densité (air=1) GazNaturel 0.6 5 15.8 Butane 2.01 Propane 1.6 Acétylène 0.9 CO 0.97 11 75 Hydrogène0.07 476 1.3 8.8 1.7 9.5 2.3 81

35. Le COMBUSTIBLE 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%

36. Le COMBUSTIBLE PRODUITS Limite inférieure Limite supérieure Hydrogène 4% 75% Monoxyde de carbone 12% 74% Ether 1,7% 40%

37. 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

38. Le COMBUSTIBLE 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 °

39. 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

40. Le COMBUSTIBLE Le pouvoir comburant c’est : la quantité d’air nécessaire à la combustion complète d’une unité de volume de gaz

41. Le COMBUSTIBLE Grandeurs physiques: de combustion point d’éclair limite d’inflammabilité température d’auto-inflammation pouvoir de comburant pouvoir, charge, potentiel calorifiques

42. Le COMBUSTIBLE Lepouvoir 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

43. 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

44. 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

45. Le Degré de Division

46. Le Degré de Division

47. Développement de l ’incendie • Evaluation des sources de chaleur • Pouvoir calorifique C • Charge calorifique Q • Potentiel calorifique P (= densité de charge calorifique)

48. 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