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LES FUMEES QUI TUENT Toxicologie des produits de combustion accidentelle

AMEMP. LES FUMEES QUI TUENT Toxicologie des produits de combustion accidentelle . Combustion accidentelle. Chimie et thermochimie de la combustion. Energie thermique Aspects énergétiques Energie mécanique nature des matériaux scenarii de combustion Formation d’effluents.

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LES FUMEES QUI TUENT Toxicologie des produits de combustion accidentelle

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  1. AMEMP LES FUMEES QUI TUENT Toxicologie des produits de combustion accidentelle S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  2. Combustion accidentelle S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  3. Chimie et thermochimie de la combustion Energie thermique Aspects énergétiques Energie mécanique • nature des matériaux • scenarii de combustion Formation d’effluents S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  4. Rappels de thermodynamique • 2 types de variables: intensives et extensives • Extensif: énergie, volumes • Extensif ÷ Extensif = Intensif(r, composition effluents) • Energie ÷ quantité matière DH S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  5. Rappels de thermodynamique • dU = dQ + dW(DTE) • dH = dQ+dW+PdV+VdP(DTE) • = dQ + VdP • Processus isobare • dQ = dH = CpdT • dHDH Cp > Cv Pour un même effet thermique: DTV > DTP S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  6. Rappels de thermodynamique Ejection de matière Combustion réaction chimique combustible / comburant Nécessite de l'énergie C’est un processus irréversible S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  7. Modes de combustion S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  8. Limites Inférieure et Supérieure d’Explosivité S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  9. Températures particulières • Point éclair (Flash point) • Tmin permettant l’inflammation si flamme pilote • Extrêmement inflammable < 0°C • 0°C < facilement inflammable < 21°C • 21°C < inflammable < 55°C • Point d’inflammation la combustion s’entretient d’elle-même • Température d’auto-inflammation inflammation sans flamme pilote A température ambiante Fioul lourd PE > 70°C Essence PE <-40°C S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  10. Températures particulières Températures d’auto-inflammation • Température de flamme • Tmax si processus adiabatique ( dQ = 0 ) S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  11. Chaleur de combustion S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  12. Pouvoir calorifique • Pouvoir calorifique supérieur PCS Energie dégagée (kJ.kg-1 ou kJ.m-3) (H2O Liquide) • Pouvoir calorifique inférieur PCI Energie dégagée (kJ.kg-1 ou kJ.m-3) (H2O Vapeur) • PCS de polymères (kJ/kg , valeurs moyennes) PVC 18000 Polystyrène 37000 Polyéthylène 40000 S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  13. Changements d’état S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  14. Changements d’état S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  15. Changements d’état S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  16. La combustion produit de l’énergie 2 sacs (10g) 140 g de glace à -40°C 140 g de vapeur à 120°C (2 changements d’état) 5 gde polyéthène C500H1000 produisent environ 220 kJ S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  17. Combustion d’hydrocarbures • CnH2n+2 + (3n+1)/2 O2 -> nCO2 + (n+1)H2O Formation de radicaux libres S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  18. Inhibiteurs chimiques de combustion Inhibitionde radicaux libres Br° + H° HBr Retardateurs bromés dans quelques polymères S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  19. Combustion d’hydrocarbures S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  20. Explosifs Fulmicoton S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  21. Combustion explosive Produit explosif Contient le comburant dans sa structure Par analogie: Mélange intime (gaz ou poussières + air) Energieflamme qui projette devant elle des ions Propagation de la réaction dans le mélange frais Gaz de combustion (CO2 et H2O) Poussée sur le front de flamme • Surpression (si déflagration) : 10 -1000 kPa (Ineris) S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  22. Temps de libération de l’énergie Poussière de carbone Combustion lente Réaction explosive S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  23. Explosivité de poussières 1 Poussières métalliques oxydation de surface Poussières organiques pyrolyse 2 Oxygène, air 3 Source d'inflammation (chaleur, étincelle, etc...) 4 Dispersion des particules de poussières 5 Confinement du nuage de poussières S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  24. Effets de la surpression • 20 mbar bris de vitres • 50 mbar dégâts légers sur les structures • 140 mbar premiers effets létaux, et dégâts sérieux sur les structures • 200 mbar effets létaux significatifs, et dégâts graves sur les structures • 300 mbar dégâts très graves sur les structures S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  25. Auto-inflammation de nuages de poussières • Aluminium > 580 ( T °C ) • Amidon 360 - 400 • Poudre de bois 380 - 440 • Poudre de résine époxydique 500 - 580 • Sucre glace 340 - 360 • Farine de blé 370 - 420 • Soufre 150 - 300 • Poussière de charbon 460 - 580 S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  26. Explosion de poussières 1997, explosion d’un silo de céréales à Blaye, 11 morts S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  27. Effluents de combustion de polymères • Toxicité des effluents de combustion des matières plastiques • Toxicité de certains systèmes retardateurs de flamme (RX, Organophosphorés, Sb2O3…) S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  28. Processus de combustion de polymères S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  29. Effluents de combustion de polymères Incendie asphyxiants ( Cyanures, H2S, CO, CO2 ) • Gaz toxiques irritants ( dérivés du chlore et de l’azote, RCHO ) S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  30. Quelques classes de polymères • Polyoléfines, PE, PP (automobile, meubles) • polyvinyles, PVC (films, tubes, canalisations, fenêtres…) • Polystyrènes (isolation, emballages) • polyacryliques ou polyméthacryliques(plexiglass) • Polyamides, polycarbonates, polyesters, • Polymères fluorés (Téflon) • Copolymères (C, H, O, N, S, X…) S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  31. Effluents de combustion de polymères Principaux effluents pour quelques polymères Polystyrène, Polyester  : fumée noire CO, CO2, H2O, hydrocarbures• Polyéthylène : faible fumée blanche, CO, CO2, H2O, hydrocarbures Polyamides,acrylonitrile, polyuréthanne : faibles fumées blanches, CO, CO2, H2O, HCN, NOx Résines phénoliques : charbonnent sans fumées, CO, CO2, H2O Caoutchoucs naturel et synthétique : CO, CO2, fumée noire Matériaux naturels (soie, coton, laine…) Cyanures S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  32. Effluents de combustion de polymères • Combustion du PVC H2O, CO2, CO, HCl, (+ fumées + dioxines, furanes…) • La production de CO et CO2 augmente la ventilation, donc l’absorption de résidus toxiques S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  33. Effluents de combustion de polymères • CO, CO2, H2O, HCl, HCN, SOx, NOx, HCHO + de 600 hydrocarburesdont des polycycliquesrecensés • Ignifugeants Combustion incomplète • Fumée, suies • Polymères chlorés HCl, CH3Cl • Mousse de polyuréthane (C,H,O,N) Si T % CO, HCN, NOx S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  34. Dégradation thermique des polymères A haute température • Monomères résiduels • Additifs (ArOH, -NCO, RBr, ArBr) • Dépolymérisation • Produits de dégradation Composés toxiques, parfois inflammables Plastifiants (phtalates, phosphates), stabilisants (diphénylamine), ignifugeants (Al(OH)3, phosphonates), … S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  35. Polyuréthanne T > 150°C Début de dégradation thermique CO, CO2, NOx, HCN, amines, isocyanates S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  36. Les fumées… S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  37. CONSTITUANTS PARTICULAIRES DES FUMEES • combustion vive (avec flamme) : • agrégats solides appelées suies (10-80 nm) • combustion lente (type smouldering) : • condensation d’espèces de haut poids moléculaire • formation d’aérosols (gouttelettes liquides visqueuses) S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  38. Combustion sans flamme Smoulderingstacks of paperat the KhannaPaper Mill outskirts of Amritsar - June 2012 Feucouvant S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  39. Emballement thermique Balles de houblon dégageant de la fumée les balles « cœur de stock » ont chauffé Auto-échauffement par fermentation, combustion « spontanée » possible Photo reproduite avec la permission de Yakima, WA FireDept S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  40. Emballement thermique Chiffons imbibés d'huile (carburant) Matériau poreux : grande surface de contact avec l'air (comburant) Oxydation de l’huile : T valeur d’auto-ignition Vox = f(T) T Feu couvant fumée arrive en surface flammes S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  41. Les fumées Particules solides Cendres, Suie H2O vapeur Gaz de combustion Opacité Nature du combustible Apport en oxygène Intensité de l'incendie S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  42. Les suies Combustion incomplète (Hydrocarbures, Polymères, Biomasse) Suies Aérosols /atmosphère S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  43. Formation de fumées toxiques S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  44. Combustion de fibres textiles 09/09 2013 - Tours – Magasin Michigan Combustion de vêtements (fibres naturelles et synthétiques) S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  45. Combustion de fibres textiles S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  46. Polymères auto-extinguibles • Tissu en Nomex: poly(imino-1,3-phénylèneiminocarbonyle-1,3-phénylènecarbonyle) • T auto-inflammation > 600°C • PE = 800°C • Polymères auto-extinguibles : • polymères halogénés (polyéthylènes, polychloroprènes, fluoropolymères, fluoroélastomères, silicones fluorés… S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  47. Formation de fumées toxiques Combustion de pneus - Le Havre, juin 2011 S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  48. Combustion de pneumatiques Composition des fumées d'incendie dans un entrepôt de stockage de pneumatiques S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  49. Feux de déchetteries Décembre 2012 - Incendie à la déchetterie Ulysse de Mornac • Propagation du feu évitée au tas de plastique voisin S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

  50. Avez-vous aussi des questions ? S. Coen Les Fumées qui tuent 18/10/2013 Ecole Départementale SDIS13 - VELAUX

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