Le feu et ses conséquences — SSIAP 3
La théorie du feu vue au niveau chef de service : ce que le SSIAP 1 aborde en surface (triangle du feu, classes de feu) est ici approfondi — pouvoir et potentiel calorifiques, dangers précis des fumées, mécanique du flash-over et du back-draft, boil-over et BLEVE.
1 La théorie du feu
La combustion, une réaction d'oxydo-réduction
Le feu est la manifestation visible d'une combustion : un corps combustible se combine à un corps comburant pour donner des produits de combustion, différents des deux premiers. C'est une réaction chimique d'oxydation, accompagnée d'un dégagement de chaleur — le combustible est le réducteur (il perd des électrons), le comburant est l'oxydant (il en gagne).
Pour que la réaction s'amorce et se maintienne, trois éléments doivent être réunis en même temps — c'est le triangle du feu :
- Un combustible — solide, liquide, gaz, métal ou auxiliaire de cuisson.
- Un comburant — le dioxygène (O₂) de l'air en premier lieu.
- Une énergie d'activation — l'apport initial (flamme, étincelle, chaleur) qui déclenche la réaction.
Supprimer un seul de ces trois éléments suffit à provoquer l'extinction (par exemple, étouffer des vêtements en feu avec une couverture supprime le comburant). Certains composés, les catalyseurs, modifient l'énergie nécessaire pour activer la réaction : les activateurs la réduisent, les inhibiteurs l'augmentent.
Le combustible
Un combustible est une substance susceptible de brûler, donc de s'associer avec l'O₂. Sa vitesse de combustion dépend de sa nature et de son état de division : plus il est divisé, plus la combustion est vive (des copeaux brûlent plus vite qu'une bûche). On distingue cinq familles de combustibles, qui définissent les classes de feu : solide, liquide (ou solide liquéfiable), gaz, métal, auxiliaire de cuisson.
Solides et liquides ne brûlent en réalité jamais directement : ce sont les gaz et vapeurs qu'ils émettent sous l'effet de la chaleur qui s'enflamment.
Le comburant
Le comburant principal est le dioxygène (O₂), présent à 21 % dans l'air. Une combustion reste possible avec seulement 15 % d'O₂ dans l'air. D'autres comburants existent : ozone (O₃), eau oxygénée (H₂O₂), halogénés (fluor, chlore, brome, iode), chlorates/chlorites/perchlorates (qui libèrent eux-mêmes de l'O₂ en brûlant), dioxyde d'azote (NO₂), acide nitrique, oxydes métalliques.
L'énergie d'activation
Une flamme nue, une étincelle ou une source de chaleur peuvent l'apporter. Son origine peut être mécanique, chimique, électrique, biologique, etc. Dès que l'énergie produite par la réaction devient supérieure ou égale à l'énergie d'activation nécessaire, la combustion s'auto-entretient : 90 % de l'énergie dégagée sert à la propagation de l'incendie, 10 % à l'entretien de la combustion elle-même.
2 Les phénomènes de la combustion
La chaleur : pouvoir et potentiel calorifiques
Le pouvoir calorifique d'un matériau est la quantité de chaleur dégagée par la combustion complète de son unité de masse — exprimé en MJ/kg pour les solides et liquides, en MJ/m³ pour les gaz. On distingue :
- PCS (Pouvoir Calorifique Supérieur) — retenu pour classer les matériaux du point de vue de leur réaction au feu (ex. bois sec).
- PCI (Pouvoir Calorifique Inférieur) — retenu pour calculer le potentiel calorifique dans l'évaluation du risque incendie (ex. bois humide).
Le potentiel calorifique (ou densité de charge calorifique) est la quantité de chaleur susceptible d'être dégagée par la combustion complète d'un ensemble, rapportée à une surface horizontale (en MJ/m²). Il permet d'estimer le niveau de risque incendie d'un local :
| Risque incendie | Potentiel calorifique |
|---|---|
| Faible | < 500 MJ/m² |
| Moyen | > 500 et ≤ 900 MJ/m² |
| Élevé | > 900 MJ/m² |
Les flammes
Elles sont la partie visible d'une oxydation vive en phase gazeuse. Leur température atteint rapidement 1000 °C (jusqu'à 2500 °C pour un mélange hydrogène-oxygène). Seuls 2 à 4 % du rayonnement émis est visible : à partir de 400 °C apparaissent des infrarouges, à partir de 2000 °C des ultraviolets.
Les fumées
Constituées de gaz toxiques et inflammables, chargées de particules solides (suies, particules liquides, goudrons de pyrolyse, envols). Leur couleur renseigne sur le combustible : noires et épaisses pour les hydrocarbures et polymères de synthèse, brunâtres/rougeâtres en présence d'oxyde d'azote, grises-jaunâtres avec des gaz imbrûlés et du CO, blanches pour des aérosols de combustion. Un incendie moyen émet plusieurs kilogrammes de fumées par seconde, à environ 800 °C.
Plus les fumées sont noires, plus elles absorbent et restituent de chaleur par rayonnement — une pièce à 30 °C au sol peut atteindre 300 °C à hauteur de tête. Quand l'O₂ vient à manquer pour oxyder tout le carbone, les fumées se chargent en monoxyde de carbone (CO).
Les gaz de combustion
| Gaz | Danger |
|---|---|
| CO (monoxyde de carbone) | Mortel dès 0,3 % dans l'air ambiant. |
| CO₂ (dioxyde de carbone) | Mortel à forte concentration. |
| HCl (acide chlorhydrique) | Irritant, toxique et corrosif — issu de la combustion des PVC. |
| HCN (acide cyanhydrique) | Issu des matériaux azotés (laine, soie, nylon, polyuréthane) — très toxique, empêche la fixation de l'O₂ dans le sang. |
Un solide brûle en deux étapes : la gazéification (décomposition chimique sans réaction avec l'O₂ ambiant), puis la combustion des gaz ainsi produits. Le phénomène de pyrolyse précède la combustion de la plupart des solides organiques (bois, charbon, fibres, plastiques) : plus la température monte, plus le dégagement gazeux augmente, jusqu'à s'enflammer sous l'effet d'une source d'allumage ou par auto-inflammation.
3 La combustion selon la matière combustible
Les classes de feu
| Classe | Combustible | Exemples |
|---|---|---|
| A | Solides formant des braises | Bois, papier, charbon, tissus |
| B | Liquides ou solides liquéfiables | Essence, fioul, huile, alcool, plastiques |
| C | Gaz | Butane, propane, méthane, dihydrogène |
| D | Métaux | Aluminium, magnésium, sodium — très consommateurs et producteurs d'O₂, moyens d'extinction particuliers requis |
| F | Auxiliaires de cuisson | Huiles et graisses végétales/animales |
Combustion des solides : trois phases
- Préchauffage — évaporation de l'eau, création puis distillation de gaz combustibles.
- Combustion des gaz — le mélange gaz + O₂ s'enflamme (inflammation), produisant CO et CO₂ résiduels.
- Incandescence — à la fin de la distillation, les résidus solides de charbon brûlent par ignition.
Combustion des liquides : trois points clés
Un liquide ne brûle jamais lui-même : ce sont ses vapeurs qui s'enflamment. Trois seuils de température le définissent :
- Point éclair — température minimale où le liquide dégage assez de vapeurs pour s'enflammer au contact d'une source d'allumage ; l'inflammation cesse si on retire cette source.
- Point d'inflammation — quelques degrés au-dessus : le liquide émet assez de vapeurs pour continuer à brûler seul, même après retrait de la source d'allumage.
- Point d'auto-inflammation — température à laquelle le mélange s'enflamme spontanément, sans aucune source d'allumage.
Le domaine d'inflammabilité d'un liquide (ou d'un gaz) est borné par sa Limite Inférieure d'Inflammabilité (LII) — en dessous, le mélange est trop pauvre en combustible — et sa Limite Supérieure d'Inflammabilité (LSI) — au-dessus, il est trop pauvre en comburant. Entre les deux se trouve la zone de danger. Pour l'hydrogène, cette plage va de 4 % à 75 % ; pour le méthane, de 5 % à 14 %.
Métaux et poussières
La combustion des métaux est extrêmement violente et avide d'oxygène — au point d'aller le chercher jusque dans l'eau (H₂O) : c'est pourquoi l'eau est interdite sur un feu de métal. Les poussières se comportent différemment selon qu'elles sont déposées en couche (combustion lente qui peut provoquer des envolées enflammées) ou en suspension dans l'air (contact intime avec l'O₂, propagation de flamme d'un nuage à l'autre pouvant aller jusqu'à l'explosion généralisée).
Les types de combustion selon leur vitesse
| Type | Caractéristiques |
|---|---|
| Combustion spontanée | S'enflamme au contact de l'O₂ sans apport de chaleur extérieur (fermentation chimique ou biochimique). |
| Combustion lente (oxydation) | Sans flamme, sans chaleur ni fumée perceptible (ex. charbon de bois). |
| Combustion vive | Flammes, dégagement de chaleur important, fumées. |
| Combustion très vive (déflagration) | Vitesse de combustion inférieure à la vitesse du son. |
| Explosion | Vitesse de combustion supérieure à la vitesse du son. |
4 L'incendie
Un incendie n'est pas une combustion isolée, mais un ensemble de combustions qui interagissent — c'est pourquoi deux incendies ne se ressemblent jamais tout à fait.
Modes de propagation
| Mode | Principe |
|---|---|
| Conduction | Transmission de la chaleur par la masse même du matériau ; dépend de la source, de la conductibilité et de la surface de contact. |
| Convection | Transport de la chaleur par les mouvements de l'air ; les parties les plus chaudes se stratifient en hauteur. |
| Rayonnement | Transmission par ondes électromagnétiques ; devient significative dès 600 °C, et peut à elle seule apporter l'énergie d'activation à partir de 1000 °C. |
| Projection | Matières embrasées, escarbilles ou brandons déplacés par le vent ou une explosion, créant de nouveaux foyers à distance. |
Le débit calorifique d'un local dépend du potentiel calorifique du combustible présent, de l'alimentation en air du local, du mode de rangement et des dimensions du local. On distingue trois notions proches : le pouvoir calorifique (chaleur dégagée par 1 kg de combustible), le potentiel calorifique (pouvoirs calorifiques d'un local rapportés à une surface) et la charge calorifique (somme des pouvoirs calorifiques d'un local, sans rapport à la surface).
Les 5 phases de développement d'un incendie
| Phase | Ce qui se passe |
|---|---|
| 1. Initiation (éclosion) | Échauffement électrique ou mécanique, étincelle... Pas de flammes, mais parfois un fort dégagement de fumée. Peut durer d'une fraction de seconde à plusieurs jours. |
| 2. Croissance | Propagation surtout par rayonnement vers les objets et locaux environnants ; flammes, fumées, montée en température du local. |
| 3. Embrasement généralisé | Deux scénarios possibles selon la ventilation du local (voir ci-dessous : flash-over ou back-draft). |
| 4. Plein développement | Température à 1000-1200 °C selon la charge calorifique du local ; le désenfumage et l'état de division du combustible influencent la durée de cette phase. |
| 5. Déclin | Les flammes régressent en braises à mesure que le combustible se consume ; la température baisse progressivement (7 à 10 °C/min). Plus la phase active a été longue, plus le déclin l'est aussi. |
Flash-over et back-draft : ne pas confondre
| Flash-over | Back-draft | |
|---|---|---|
| Condition du local | Apport d'air possible (porte, fenêtre ouverte) | Local fermé, sans apport d'air |
| Mécanisme | L'apport d'air accélère brutalement la combustion : généralisation soudaine du feu à tout le local | Combustion incomplète par manque d'O₂, forte production de CO, le feu « s'endort » en dépression |
| Déclencheur | Ouverture qui alimente le feu déjà actif | Une ouverture brutale (vitre qui cède) fait entrer l'air, qui se mélange aux gaz et fumées accumulés : explosion de fumées |
La propagation des fumées et ses dangers
Les fumées se déplacent à 0,5 à 1 m/s et se propagent hors d'un local non étanche par les portes, fenêtres, escaliers non encloisonnés, conduits et gaines. Stratifiant en hauteur, elles laissent l'air le plus respirable au niveau du sol. Elles cumulent quatre dangers : opacité (gêne l'évacuation et l'intervention des secours), toxicité (CO, NOx, HCN, HCl), température (environ 300 °C en moyenne, favorise la pyrolyse des matériaux voisins) et corrosivité (pénétration pulmonaire et cutanée de certains gaz). Les fumées sont responsables de 80 % des décès en incendie.
Les causes d'éclosion
On distingue les causes humaines (imprudence, ignorance, négligence, malveillance), naturelles (foudre, effet de loupe du soleil, fermentation) et énergétiques (étincelle, arc électrique, frottement, réaction chimique exothermique, échauffement anormal de conducteurs, électricité statique). Sur les statistiques 2006 citées dans le programme officiel, 75 % des incendies sont d'origine humaine contre 25 % dus à des vices d'installation, l'électricité représentant à elle seule la première cause identifiée (hors habitation).
5 Pour aller plus loin
Boil-over
Ce phénomène affecte les réservoirs atmosphériques de liquides lourds (gazole, fioul, brut) contenant un résidu d'eau au fond. Le feu en surface distille les hydrocarbures ; les fractions lourdes s'enfoncent et forment un front chaud (150 °C ou plus) qui progresse par convection/conduction. Quand ce front atteint la couche d'eau, celle-ci se vaporise brutalement — 1 litre d'eau donne environ 1700 litres de vapeur — et agit comme un piston qui expulse l'émulsion en feu hors du réservoir, provoquant une boule de feu spectaculaire.
BLEVE (Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion)
Provoqué par la vaporisation quasi instantanée d'un liquide surchauffé (gaz liquéfié, eau) dans une enceinte hermétique. Les cas les plus fréquents concernent des réservoirs de GPL, propane, butane, ammoniac ou gaz cryogéniques surchauffés par un incendie extérieur : la structure cède, la chute de pression brutale vaporise le liquide restant, et l'explosion qui en résulte est comparable à celle d'une bombe — projection de débris à grande distance, et si le produit est inflammable, boule de feu pouvant atteindre plusieurs centaines de mètres de diamètre.