Eclosion et développement du feu

Avec les catastrophes naturelles, l'incendie représente un fléaux ,car on a peut etre été constater son effet dévastateurs.Il y a toujours ou presque directement ou indirectement , un facteur humainà origine du sinistre ou de sa propagation.
 
 
Pour qu'il y ait combustion, il faut de la chaleur, un comburant et un combustible en quantité suffisante, on représente de façon symbolique cette association par le triangle de feu.
 
La réaction est déclenchée par une énergie d'activation. Il s'agit généralement de chaleur. Par exemple, ce sera l'échauffement du frottement dans le cas d'une allumette, le câble électrique qui chauffe, une étincelle...
 
Mais il y a d'autres moyens de fournir l'énergie d'activation: électricité, radiation, pression... Tous ces moyens entraînent une augmentation de la température. 
 
La température à laquelle un liquide émet suffisamment de vapeurs pour former avec l'air un mélange inflammable dont la combustion peut s'entretenir d'elle-même est appelée point d'ignition.
 
Cependant depuis les années 1980 on a découvert qu'une des étapes indispensable de la réaction chimique est la production de radicaux libres ; cette étape est nécessaire pour que la combustion s'entretienne et que l'on puisse parler d'incendie. C'est la raison pour laquelle on parle depuis de « tétraèdre du feu ».
 
La disparition de l'un des quatre éléments suffit à arrêter la combustion.
 
Combustible
Le combustible peut être :
 
un solide formant des braises (charbon, bois, papier, carton, tissu, PVC, etc.) ;
un liquide ou solide liquéfiable (essence, gazole, fioul, huile, kérosène, PE, PS, etc.) ;
un gaz (gaz naturel, butane, propane, méthane, dihydrogène, etc.) ;
un métal (fer, aluminium, sodium, magnésium, etc.) ;
une huile de cuisson.
Ces cinq types de combustible correspondent, respectivement, aux cinq principales classes de feux A, B, C, D et F.
 
Comburant
Le comburant est l’autre réactif de la réaction chimique. La plupart du temps, il s’agit de l’air ambiant, et plus particulièrement de l’un de ses composants principaux, le dioxygène. En privant un feu d’air, on l’éteint ; par exemple, si on place une bougie chauffe-plat allumée dans un bocal de confiture et qu’on ferme le bocal, la flamme s’éteint ; à l’inverse, si l’on souffle sur un feu de bois, cela l’active (on apporte plus d’air). Dans certains chalumeaux, on apporte du dioxygène pur pour améliorer la combustion et élever la température de la flamme.
 
Dans certains cas très particuliers (souvent explosifs comme avec l'aluminium), le comburant et le combustible sont un seul et même corps ; par exemple, la célèbre nitroglycérine, molécule instable comportant une partie oxydante greffée sur une partie réductrice.
 
Activateur
La réaction est déclenchée par une énergie d’activation, généralement de la chaleur ou une flamme. Par exemple, ce sera l'échauffement par frottement pour une l’allumette, le câble électrique suralimenté qui chauffe l'isolant, ou une autre flamme (propagation du feu), l'étincelle (de l'allume-gaz, de la pierre à briquet ou celle provoquée par une machine électrique qui se met en route ou s’arrête).
 
Mais il existe d’autres façons de fournir l’énergie d’activation : arc électrique, radiation, élévation de la température par compression de l'air, par exemple dans un moteur Diesel.
 
Il existe cependant des cas où le facteur déclenchant la combustion n'est pas l'énergie d'activation. Par exemple, l'explosion de fumées est une combustion très violente des gaz imbrûlés présents dans les fumées (voir combustion incomplète) provoquée par un apport soudain d'air, donc de comburant. L'intervalle dans lequel le mélange air/gaz pourra brûler est borné par les limites d'explosivité. Cet intervalle peut varier de quelques pour cent (kérosène) à plusieurs dizaines de pour cent (acétylène).
 
La production de chaleur par la combustion permet à la réaction de s’auto-entretenir dans la plupart des cas, voire de s'amplifier en une réaction en chaîne (par exemple dans un feu de forêt).
 
Seuls des matériaux sous forme gazeuse peuvent brûler (car ils offrent la possibilité de très bien se mélanger avec un comburant, ce qui n'est pas le cas des liquides ou des solides où le comburant principal, le dioxygène, ne peut pénétrer au cœur de la substance), c'est pourquoi il faut fournir suffisamment d'énergie à un produit inflammable (qu'il soit solide ou liquide) pour qu'il commence à se vaporiser ou se décomposer en éléments vaporisables et combustibles (comme les terpènes des conifères via une distillation ou une pyrolyse). Le seuil de température atteint à cette occasion est appelé point d'éclair. Certains produits ont leur point d'éclair largement en dessous de la température ambiante, ce qui en fait des substances très inflammables, car il suffit de peu d'énergie d'activation pour amorcer la combustion (une simple étincelle…).
 
Une allumette jetée dans un bac de gazole à température ambiante n'aura aucun effet, car son point d'éclair étant de 68 °C, en moyenne, suivant les règlements des installations classées et de transport de matières dangereuses, la flamme sera noyée dans le gazole avant d'avoir pu transmettre assez de chaleur pour en vaporiser suffisamment. À l'inverse, une allumette jetée dans un bac d'essence, dont le point d'éclair est d'environ −40 °C, suffira pour enflammer les vapeurs déjà présentes sous forme de gaz à la surface du liquide. À cette occasion, on remarquera que :
 
l'essence s’enflammera avant que l’allumette n'ait atteint le liquide (c'est donc l'essence vaporisée qui brûle) ;
la flamme restera au-dessus du liquide, brûlant l'essence sous forme gazeuse (le liquide ne brûle pas mais s'évapore très rapidement sous l'effet de la chaleur) ;
l'allumette (si elle est lestée avec deux/trois tours de fil de fer) coulera et s'éteindra dans l'essence par manque de dioxygène.
Lorsque la combustion produit suffisamment d'énergie pour s'entretenir d'elle-même, la température a dépassé le point d'inflammation.
 
 
Radicaux
 
Le tétraèdre du feu.
Une réaction chimique est une recombinaison de molécules. Elle passe par une étape intermédiaire au cours de laquelle les molécules sont « déstructurées » mais pas encore recombinées ; celles-ci sont appelées radicaux et sont très réactives. Dans le cas de la combustion, les radicaux sont créés par rupture de liaison chimique due à l'énergie thermique, et ils vont pouvoir agir sur les molécules du produit (libérant d'autres radicaux) et engendrant de fait une réaction en chaîne qui va perdurer tant que les deux conditions suivantes seront réunies : présence de combustible et de comburant.
 
Chimie de la combustion
 
Combustion du méthane dans le dioxygène.
La combustion est une réaction chimique où des molécules complexes sont décomposées en molécules plus petites et plus stables via un réarrangement des liaisons entre les atomes. La chimie de la combustion est une composante majeure de la chimie à haute température qui implique principalement des réactions radicalaires. Toutefois il est possible de traiter la combustion via une réaction globale unique.
 
Exemple  :
Combustion du méthane dans le dioxygène :
 
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O.
Le dioxyde de carbone CO2 et l’eau H2O sont plus stables que le dioxygène et le méthane.
 
 
 
La combustion est une réaction d'oxydoréduction, en l’occurrence l’oxydation d’un combustible par un comburant :
 
le combustible est le corps qui est oxydé durant la combustion ; c'est un réducteur, il perd des électrons ;
le comburant est le corps qui est réduit ; c'est un oxydant, il gagne des électrons.
Comme pour toutes réactions chimiques, un catalyseur facilite la combustion et comme cette dernière possède souvent une énergie d'activation élevée, l'usage d'un catalyseur permet de travailler à une température moins élevée. Ceci permet une combustion complète comme dans le cas des pots catalytiques qui grâce à la présence de métaux catalytiques brûlent les résidus des gaz d'échappement à une température inférieure à celle régnant dans le moteur.
 
Dans le cas des combustibles solides, l’énergie d’activation va permettre de vaporiser ou de pyrolyser le combustible. Les gaz, ainsi produits, vont se mélanger au comburant et donner le mélange combustible. Si l’énergie produite par la combustion est supérieure ou égale à l’énergie d’activation nécessaire, la réaction de combustion s’auto-entretient.
 
Énergie dégagée et pouvoir calorifique
 
La quantité d'énergie dégagée par la réaction est supérieure à la quantité d'énergie nécessaire à l'amorcer.
Article détaillé : Pouvoir calorifique.
La quantité d’énergie produite par la combustion est exprimée en joules (J) ; il s'agit de l'enthalpie de réaction. Dans les domaines d'application (fours, brûleurs, moteurs à combustion interne, lutte contre incendie), on utilise souvent la notion de pouvoir calorifique, qui est l'enthalpie de réaction par unité de masse de combustible ou l'énergie obtenue par la combustion d'un kilogramme de combustible, exprimée en général en kilojoule par kilogramme (noté kJ/kg ou kJ·kg-1).
 
Les combustions d'hydrocarbures dégagent de l'eau sous forme de vapeur. Cette vapeur d'eau contient une grande quantité d'énergie. Ce paramètre est donc pris en compte de manière spécifique pour l'évaluation du pouvoir calorifique, et l'on définit :
 
le pouvoir calorifique supérieur (PCS) : « Quantité d'énergie dégagée par la combustion complète d'une unité de combustible, la vapeur d'eau étant supposée condensée et la chaleur récupérée »5 ;
le pouvoir calorifique inférieur (PCI) : « Quantité de chaleur dégagée par la combustion complète d'une unité de combustible, la vapeur d'eau étant supposée non condensée et la chaleur non récupérée »6.
La différence entre le PCI et le PCS est la chaleur latente de vaporisation de l’eau (Lv), qui vaut à peu-près 2 250 kJ·kg-1 (cette dernière valeur dépend de la pression et de la température), multipliée par la quantité de vapeur produite (m).
 
On a la relation : PCS = PCI + m·Lv.
 
 
 
Combustion suivant la matière
 
 
Classes de feux
 
Classe A
 
La classe A caractérise les feux « secs ». Il s'agit de matériaux solides formant des braises (cellulose, bois, papier, tissu, fourrage, coton, etc.). Ce sont des matériaux particulièrement inflammables.
Leur combustion est :
vive (avec flammes) ;
ou lente (sans flamme visible, mais avec formation de braises incandescentes).
La phase de combustion lente peut être relativement longue avant que n’apparaissent les premières flammes, notamment lorsqu'il y a un manque de comburant. Il s’agit dans ce cas de feux « couvants ».
 
 
Classe B
 
La classe B caractérise les feux « gras ». Il s'agit des liquides et des solides liquéfiables (hydrocarbures, goudron, brai, graisses, huiles,peintures, vernis, alcools, cétones, solvants et produits chimiques divers). Ils flambent ou s’éteignent, mais ne couvent pas. Il n’y a donc pas de combustion lente et l’abattage des flammes provoque directement l’extinction. Leur capacité à s’enflammer dépend du point d'éclair propre à chaque produit (température minimale à laquelle il émet suffisamment de vapeurs pour former avec l’air ambiant une atmosphère inflammable). En revanche, il peut y avoir rallumage brutal tant que la température avoisine celle de « l’auto-inflammation » (température à laquelle un mélange gazeux combustible peut s’enflammer spontanément sans la présence de flamme ou d’étincelle). C’est pourquoi, l’extinction complète ne peut être obtenue qu’après une phase de refroidissement.
Leur combustion provoque un dégagement de gaz toxiques et/ou corrosifs (chlore, cyanure, monoxyde de carbone, etc.) particulièrement dangereux pour l’environnement et souvent explosif à leur tour. Lors de ce type d'incendie les pompiers s'assurent d'une ventilation efficace. De plus, des réactions chimiques imprévisibles peuvent se produire au contact de l’eau, de la fumée, des gaz chauds ou d’autres produits.
Les liquides inflammables non miscibles à l'eau (essence, huiles, éthers, pétrole, etc.) 
Il est en général impossible de les éteindre avec de l'eau. Les liquides en feu surnageant l'eau risquent de porter le feu dans le voisinage ou dans les égouts. Les deux agents extincteurs les plus efficaces sont la poudre pour les feux de faible importance et la mousse pour les nappes de grande superficie.
 Les liquides inflammables miscibles à l'eau (alcool, acides, etc.) 
Un feu de faible étendue peut être éteint par les pompiers à l'aide d'une lance en jet diffusé. Pour les feux plus importants, le CO2 et la poudre sont les meilleurs agents d’extinction.
Les solides liquéfiables (plastiques, caoutchoucs, goudrons, etc.) 
Ces feux dégagent une grande quantité de chaleur et de fumées.Ils sont généralement éteints avec de l’eau ou de la mousse.
 
 
Classe C
 
La classe C caractérise les feux de gaz (gaz naturels, gaz de pétrole liquéfiés comme le butane ou le propane, ou d'autres produits à l'état gazeux comme des produits chimiques, etc.). Leur mise à feu s'accompagne généralement d'une explosion, d'autant plus violente que le mélange air-gaz s'effectue dans des proportions optimales entre leslimites inférieure et supérieure d'explosibilité.
Ces feux se présentent sous forme de fuite enflammée, plus ou moins importante en fonction de la pression de stockage ou de transport, ainsi que du diamètre de la fuite. Il ne faut pas chercher à éteindre la fuite. L'accumulation du gaz continuant à s'échapper peut provoquer une explosion. L'extinction se fait en barrant la conduite. En cas de nécessité absolue, l'extinction de la fuite s'effectue avec de la poudre.
 
 
Classe D
 
La classe D caractérise les feux de métaux. Les poudres D sont spécifiques à chaque type de combustible et se trouvent principalement dans des environnements industriels très particuliers. Leur combustion est généralement violente et très luminescente.
Au contact de l'eau ces métaux en feu réagissent violemment en provoquant un dégagement d’hydrogène qui crée un risque d’explosion. (À titre d'exemple, des explosions dues à l'hydrogène se sont vraisemblablement produites dans certains des bâtiments réacteurs de la centrale nucléaire de Fukushima, bien que dans ce cas l'hydrogène dégagé ait été produit par des phénomènes de radiolyse de l'eau et non un véritable feu.)
Certains métaux, comme le sodium, le magnésium, le potassium ou encore le phosphore blanc, peuvent s’enflammer spontanément en présence de l’air, voire exploser. D’autres ne peuvent le faire que lorsqu’ils sont à l’état de poudre ou de copeaux (aluminium par exemple).
 
 
 
 
 
Feu d'équipements électriques 
 
 
 
Classe E
 
Jusqu'à il y a quelques années, il existait une classe E qui désignait les « feux d'origine électrique » provenant d'équipements électriques sous tension. Celle-ci servait à attirer l'attention sur le danger et l'approche différente qu'implique l'électricité. Leur extinction est plutôt réservée aux spécialistes à cause du danger d'électrocution : l'eau pure est à proscrire ! Le CO2 est très efficace contre les feux des moteurs électriques, relais, transformateurs, postes techniques, etc. La poudre est également efficace. On peut aussi utiliser l'eau pulvérisée qui est utilisable en présence de courant d'une tension inférieure à1 000 V, car l'eau est pulvérisée en gouttelettes, et le jet n'est donc pas conducteur. Attention néanmoins à l'eau de ruissellement qui, elle, est conductrice. Si l'extincteur est défectueux, la pulvérisation peut ne pas être réalisée correctement et induire un risque mortel.
 
 
 
Classe F
 
La classe F a été créée récemment (1998 aux États-Unis, la norme NFPA 10 a nommé cette classe « K ») pour les feux liés aux auxiliaires de cuisson (huiles et graisses) dans les appareils de cuisson. En effet, bien que ces feux soient à proprement parler de classe B, la présence généralement d'appareils sous tension dans le voisinage du feu et le besoin d'agents extincteurs compatibles avec la chaîne alimentaire ont nécessité la création de nouveaux extincteurs plus adaptés. Ceux-ci contiennent des agents chimiques secs (par ex. acétate d'ammonium) qui ont le même effet que la mousse : ils étouffent le feu par la création d'un film (par saponification) à la surface du liquide. De plus, cette classe fait porter l'attention sur le risque important d'explosion par vaporisation (en anglais : boil over) liée à l'utilisation d'eau sur ces feux.
 
 
Éclosion
La rencontre des éléments du triangle du feu, c’est-à-dire un combustible, un comburant (en général le dioxygène de l'air) et une énergie d'activation (chaleur, flamme nue, étincelle) suffisante vont permettre à la combustion de s'amorcer.
 
À ce stade, le dégagement de chaleur est modéré, les fumées peu abondantes (appelée parfois à tort aérosol, ce terme désignant en fait un mélange liquide/gaz alors que la fumée est un mélange solide/gaz)
 
Croissance
 
. On estime que pour éteindre un feu sec naissant, il faut :
 
 
un verre d'eau durant la première minute,
un seau d'eau au cours de la deuxième minute,
une citerne d'eau au bout de la troisième minute.
Dans le cas d'un feu dans un volume clos (par exemple un feu d'habitation), on estime que la température de l'air atteint 600 °C au bout de cinq minutes alors que dans une cage d'escalier, elle peut atteindre 1 200 °C dans le même temps.