Le feu et ses conséquences
Éclosion et développement du feu, comportement au feu face aux matériaux de construction.
1 Éclosion et développement du feu
Le triangle du feu
La réaction chimique de combustion ne peut se produire que si l'on réunit trois éléments :
- Un combustible — la matière susceptible de brûler : solide, liquide, gazeuse, métallique, huile de cuisson.
- Un comburant — en se combinant avec le combustible, il permet la combustion : c'est l'oxygène présent dans l'air ambiant, ou un peroxyde.
- Une énergie d'activation — l'énergie nécessaire au démarrage de la réaction chimique, apportée par une source d'origine thermique, chimique, biologique, mécanique ou électrique.
Les combustibles
La vitesse de la combustion dépend de l'état de la matière (copeaux, paille, particules), de sa disposition (forme, épaisseur, surface, vertical ou horizontal), de la température (vitesse x2 par augmentation de 10°), et d'autres facteurs (humidité, teneur en oxygène, etc.). Les combustibles sont classés en 3 familles :
- Solides (charbon, bois, paille) — caractérisés par leur pouvoir calorifique, la quantité de chaleur dégagée lors de la combustion complète d'un kilogramme du matériau (en kJ/kg).
- Liquides (GPL, fioul, acétone) — leur inflammabilité dépend de la quantité de vapeur qu'ils émettent. Ils possèdent un point-éclair : la température minimale à laquelle la concentration de vapeur émise est suffisante pour s'enflammer au contact d'une flamme.
- Gazeux (butane, propane, ammoniac, hydrogène) — leur combustion peut être explosive si la concentration du mélange air/gaz est comprise entre la limite inférieure d'explosivité (LIE) et la limite supérieure d'explosivité (LSE). En dessous de la LIE le mélange est trop pauvre, au-dessus de la LSE il est trop riche en gaz (pas assez d'oxygène).
Le comburant
Le principal comburant existant est l'oxygène (O₂) présent dans l'air ambiant. Les peroxydes, les sels oxygénés ou l'ozone sont d'autres comburants plus rares (peroxydes : industrie du caoutchouc et du plastique ; sels oxygénés : chlorates du désherbant, nitrates des engrais).
L'énergie d'activation
Les énergies nécessaires pour déclencher la combustion sont de plusieurs origines :
- Thermiques : feu nu, séchage
- Chimiques : phosphore + air
- Biologiques : fermentation de bactérie (silo à grains, à farine)
- Mécaniques : frottements
- Électriques : dynamiques (court-circuit, défaut d'isolation) ou statiques (frottement)
Les 5 modes de propagation du feu
| Mode | Principe | Exemple |
|---|---|---|
| Conduction | Transfert de chaleur au travers de la matière ou de la masse même du matériau. | En chauffant une conduite métallique à son extrémité, on peut enflammer un carton qui la toucherait à l'autre extrémité. |
| Convection | Transfert de chaleur par l'intermédiaire des gaz et des fumées chauds qui s'élèvent et rencontrent des obstacles froids. | Un incendie en cave épargne les étages, mais la fumée chaude montant jusqu'au toit peut l'embraser. |
| Rayonnement | Transfert de chaleur par ondes électromagnétiques (infrarouge) ; c'est pourquoi le côté exposé à un feu est chaud et le côté opposé froid. | On ressent la chaleur à plusieurs mètres d'un feu de cheminée. |
| Projection | Transfert de chaleur par des particules incandescentes qui voyagent dans l'air (vent, explosion) et créent de nouveaux foyers. | Une feuille enflammée projetée par le vent embrase un nouvel arbre lors d'un feu de forêt. |
| Épandage | Combustion d'un liquide inflammable qui s'écoule le long du sol et enflamme les combustibles sur son passage. | Un fût enflammé dont le liquide s'écoule et rencontre d'autres combustibles. |
Un incendie est un feu échappant au contrôle de l'homme : il est non maîtrisable dans le temps et dans l'espace.
Les causes de départ de feu
- Humaines : imprudence des fumeurs (l'extrémité d'une cigarette allumée atteint plus de 700°C), ignorance, négligence, malveillance.
- Naturelles : la foudre (directement ou via des surtensions), le soleil (effet de loupe), fermentation (auto-échauffement de certaines matières : charbon de bois, farine de poisson, fourrage, fumier).
- Énergétiques : électricité (installations vétustes, étincelles), frottements, réactions chimiques exothermiques, électricité statique.
Classer un feu : les 5 catégories
La norme européenne classe les feux en 5 catégories, selon l'état de la matière :
| Classe | Type | Caractéristiques |
|---|---|---|
| A | Feux de solides | Matériaux solides : bois, tissus... |
| B | Feux de liquides et de solides liquéfiables | Liquides et solides liquéfiables : pétrole, huile, alcool, certains plastiques... |
| C | Feux de gaz | Combustibles sous état gazeux |
| D | Feux de métaux | Phosphore, aluminium, magnésium, zinc... |
| F | Feux liés aux auxiliaires de cuisine sur les appareils de cuisson | Huiles et graisses végétales et animales |
La fumée
Elle se constitue des 3 états de la matière : solide (particules imbrûlées, carbone/suie), liquide (aérosol, vapeur d'eau) et gazeux (gaz de combustion, hydrocarbures). C'est la composition de la fumée qui fait sa couleur (blanche, grise ou noire) — pas sa température.
80 % des décès lors d'incendies sont liés à l'inhalation des fumées (environ 12 000 victimes par an en France). La fumée présente 5 dangers majeurs :
- Toxicité — monoxyde et dioxyde de carbone : suffocation, irritations, brûlures pulmonaires. Dans un espace clos, passer de 21 % d'oxygène (air ambiant) à 17 % entraîne une incoordination motrice, à 10 % la syncope, à 6 % la mort.
- Opacité — les suies assombrissent l'air : panique, gêne pour évacuer, retard de l'action des secours, risques de chute.
- Inflammabilité — par rayonnement et convection, la fumée propage le feu. Dans un espace clos, elle peut s'enflammer d'un coup (Embrasement Généralisé Éclair, EGE) ou exploser à l'arrivée brutale d'air (Explosion des Fumées, EF).
- Chaude — brûlures et dégâts matériels.
- Mobile — la vitesse horizontale d'un front de fumées est comprise généralement entre 0,20 cm et 1 m/sec. Les fumées montent toujours (plus chaudes et légères que l'air), remplissant un local du haut vers le bas.
Au début d'un incendie, l'air le plus respirable se situe au niveau du sol — c'est là qu'il faut se déplacer, si possible avec un chiffon imprégné d'eau contre lequel respirer.
2 Comportement au feu
La réglementation sur le comportement au feu est le fruit du retour d'expérience sur les événements du passé. Les buts recherchés : limiter la propagation du feu dans le bâtiment et vis-à-vis des tiers, et permettre l'évacuation rapide et sûre des occupants.
La résistance au feu
C'est le temps pendant lequel un élément joue le rôle qui lui est dévolu malgré l'action d'un incendie (cages d'escaliers, parois délimitant les circulations, murs, portes...). On parle de degrés de résistance au feu, attribués selon deux critères.
Critère qualitatif — trois degrés, du plus faible au plus résistant :
- Stable au Feu (SF) = Résistance Mécanique (RM)
- Pare-Flamme (PF) = RM + Étanchéité aux Flammes, fumées et gaz chauds (EF)
- Coupe-Feu (CF) = RM + EF + Isolation Thermique (IT)
Critère quantitatif — le degré retenu est le temps immédiatement inférieur au temps réel (échelle : 1/4h, 1/2h, 3/4h, 1h, 1h30, 2h, 3h). Par exemple, un élément qui perd sa résistance mécanique au bout de 44 minutes sera classé SF 1/2h ; un élément qui perd son isolation thermique au bout de 2h15 sera classé CF 2h.
La réaction au feu
Elle caractérise un matériau en tant qu'aliment apporté à la naissance ou au développement d'un incendie, selon sa combustibilité (chaleur dégagée) et son inflammabilité (gaz inflammable dégagé). Les matériaux de second-œuvre (aménagement, décoration, isolation, revêtements) sont classés de M0 à M4.
Deux règles limitent le développement rapide d'un incendie :
- La règle du 421, dans les locaux à risques normaux : M4 (sols), M2 (murs), M1 (plafonds).
- La règle du 311, dans les escaliers encloisonnés : M3 (sols), M1 (murs), M1 (plafonds).
Les classements sont attribués par des laboratoires agréés (Centre Scientifique et Technique du Bâtiment - CSTB, Laboratoire Central de la Préfecture de Police - LCPP, Laboratoire National d'Essais - LNE) après essais sur les matériaux et éléments.
Les euroclasses
Les arrêtés du 21 novembre 2002 et du 22 mars 2004 instaurent un classement européen harmonisé.
Résistance au feu — SF, PF, CF deviennent respectivement R, RE, REI. Le classement européen est plus précis : il admet des éléments classés E (étanchéité aux flammes/fumées/gaz chauds, sans fonction porteuse) ou EI (E + isolation thermique, sans résistance mécanique). Le temps s'exprime en minutes, non plus en heures : CF2h devient REI120, PF1/2h devient RE30.
Réaction au feu — plus complet, ce classement prend en compte l'opacité des fumées (lettre S) et la projection de gouttelettes/débris enflammés (lettre D), en distinguant les sols (suffixe « fl », pour floor) des autres éléments. Les « M » deviennent 5 catégories : A1, A2, B, C, D, E.