Fiche de révision : Introduction aux phénomènes de feu

📋 Plan du Cours

1. Combustion et triangle du feu
2. Transferts de chaleur
3. Puissance du feu et fumées
4. Phénomènes thermiques rapides
5. Comportement au feu des matériaux
6. Comportement des structures selon l’usage
7. Isolation, cloisonnement et lecture bâtimantaire
8. Modèle du système feu en local
9. Situations opérationnelles types

📖 1. Combustion et triangle du feu

🔑 Notions clés & Définitions

• Triangle du feu : Le triangle du feu représente les éléments nécessaires à une combustion et montre qu’ils doivent être présents et compatibles entre eux.
• Combustion : La combustion est une réaction chimique qui transforme un combustible avec un comburant sous l’action d’un apport d’énergie, en libérant de la chaleur.
• Feu : Le feu est un processus de combustion auto-entretenu produisant des effets dont le développement peut être maîtrisé dans le temps et dans l’espace.
• Incendie : L’incendie correspond à un feu dont le développement n’est pas maîtrisé dans le temps et dans l’espace.
• Gaz de pyrolyse : Les gaz de pyrolyse sont des gaz inflammables émis lors de la décomposition thermique du combustible sous l’effet de l’augmentation de température.

📝 Points essentiels

• La combustion nécessite un combustible, un comburant et un initiateur apportant l’énergie permettant d’enclencher la réaction.
• Le feu (ISO 13943) est une combustion auto-entretenue dont le développement est maîtrisé dans le temps et dans l’espace.
• L’incendie est un feu dont le développement n’est pas maîtrisé dans le temps et dans l’espace.
• Le mécanisme du feu en surface se décrit en 3 étapes : production de gaz de pyrolyse, inflammation des gaz, établissement puis maintien de la flamme.
• La puissance d’un feu est une énergie thermique par unité de temps, mesurée en watts (1 W = 1 J/s).
• Quand l’air manque, le feu s’étouffe par manque de comburant, et la puissance peut être limitée par le combustible (FLC) ou par la ventilation (FLV).

💡 Astuce mémo

Triangle du feu = Combustible + Comburant + Chaleur : retire un côté et la flamme s’éteint.

📖 2. Transferts de chaleur

🔑 Notions clés & Définitions

• Conduction : La conduction est un transfert de chaleur de proche en proche au sein d’un matériau, sans déplacement global de matière.
• Convection : La convection est un transfert de chaleur assuré par un fluide en mouvement, comme les fumées et gaz chauds dans une structure en feu.
• Rayonnement : Le rayonnement est la propagation d’énergie sous forme d’ondes électromagnétiques et ne requiert pas de contact matériel direct.
• Puissance du feu : La puissance du feu correspond à l’énergie thermique libérée par unité de temps, avec une mesure en Watts.
• Feu limité par le combustible : Le feu peut être limité par la disponibilité de gaz de pyrolyse, ce qui conduit à un régime FLC.

📝 Points essentiels

• La conduction transmet la chaleur au sein du matériau lui-même, comme une barre métallique chauffée à une extrémité.
• La convection en incendie correspond aux déplacements de fumées et gaz chauds dans les volumes de la structure.
• Le rayonnement dépend de la température du corps émetteur.
• La puissance se mesure en Watts car $1\ \text{W}=1\ \text{J}/\text{s}$.
• La puissance d’un feu dépend notamment de la nature, de la qualité, de la volumétrie, de la position et de la quantité de combustible ainsi que de l’apport en comburant.
• Un feu de structure peut être limité soit par le combustible (FLC) soit par la ventilation (FLV).

💡 Astuce mémo

Conduction=solide en contact, Convection=fluide en mouvement, Rayonnement=ondes sans contact.

📖 3. Puissance du feu et fumées

🔑 Notions clés & Définitions

• Fumées : Les fumées regroupent les particules solides ou liquides et les gaz issus d’une combustion ou d’une pyrolyse, plus ou moins dilués par l’air ambiant.

📝 Points essentiels

• La puissance d’un feu s’exprime en Watts, soit $1\,\text{W}=1\,\text{J}/\text{s}$.
• La puissance dépend notamment de la nature, de la qualité, de la volumétrie, de la position et de la quantité de combustible, ainsi que de l’apport en comburant.
• Un feu peut être limité soit par le combustible (FLC) soit par la ventilation (FLV).
• Exemples de puissance : cigarette 5 W, allumette 50 W, bougie 80 W, fauteuil 2 MW, canapé 1 à 3 MW, feu développé 3 à 10 MW.
• Les fumées peuvent contenir du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone, de la vapeur d’eau et d’autres gaz dont la nature dépend des matériaux brûlés.
• Les dangers associés aux fumées incluent notamment toxicité/corrosivité, opacité, inflammabilité/explosivité et rayonnement.

💡 Astuce mémo

FLC = Combustible (gaz de pyrolyse limitent), FLV = Ventilation (air/oxygène limitent).

📖 4. Phénomènes thermiques rapides

🔑 Notions clés & Définitions

• Flashover : Le Flashover est un embrasement généralisé éclair qui passe brutalement d’un feu local à l’embrasement de tous les combustibles d’un volume ventilé et mène au feu pleinement développé.
• Backdraft : Le backdraft est une explosion de fumées, déclenchée quand l’apport soudain de comburant réactive des fumées accumulées sous-ventilées et chaudes dans un volume confiné.
• Fire Gas Ignition : Le Fire Gas Ignition (FGI) est l’inflammation de gaz issus d’un incendie, liée à l’allumage après contact d’un mélange de gaz imbrûlés/pyrolyse avec une source d’activation.
• Flash Fire : Le Flash Fire est une sous-catégorie de FGI où le front de flammes en pré-mélange n’engendre pas d’onde de pression, ou de façon négligeable.
• Smoke Explosion : La Smoke Explosion est une sous-catégorie de FGI où le front de flammes en pré-mélange génère une onde de pression.

📝 Points essentiels

• Les phénomènes thermiques rapides sont classés en trois familles : flashover, backdraft et Fire Gas Ignition (FGI).
• Le Flashover survient quand les gaz combustibles s’accumulent avec un niveau d’énergie suffisant et un maintien de l’apport d’air, ce qui conduit au feu pleinement développé.
• Le backdraft devient possible après une longue sous-ventilation en confinement, puis une rupture brutale (exemple fenêtre, porte, toiture) apporte l’air et déclenche une réactivation puis une explosion de fumées.
• Les FGI concernent surtout des zones adjacentes au foyer (couloirs, vides, conduits, cages, grands espaces, faux plafonds) où la fumée peut se transporter et atteindre des concentrations inflammables.
• Les FGI ne dépendent pas du régime de ventilation du volume pour apparaître : le déclencheur est l’apport d’énergie d’activation, même si les fumées se sont refroidies.
• La distinction entre Flash Fire et Smoke Explosion dépend de l’existence d’une onde de pression produite par le front de flammes en pré-mélange.

💡 Astuce mémo

Flashover = Air + Éclair vers l’embrasement ; Backdraft = Sous-air + Rupture = explosion ; FGI = Gaz imbrûlés + Énergie = allumage (Flash Fire sans onde, Smoke Explosion avec onde).

📖 5. Comportement au feu des matériaux

🔑 Notions clés & Définitions

• Fire gas ignition FGI : Les fire gas ignition (FGI) sont des inflammations de gaz issus d’un incendie dues à l’enflamment d’un mélange combustible imbrûlé dans les fumées après apport d’énergie d’activation.
• Résistance au feu : La résistance au feu est le temps pendant lequel des éléments de construction remplissent leur fonction malgré l’action d’un incendie.
• Réaction au feu : La réaction au feu décrit la contribution d’un matériau au développement de l’incendie via l’alimentation qu’il apporte au feu.

📝 Points essentiels

• Les FGI correspondent à l’enflamment d’une accumulation de produits de combustion riches en gaz imbrûlés et/ou de gaz de pyrolyse après contact avec une source de chaleur.
• Le phénomène FGI peut être explosif selon les conditions de pré-mélange, et il est comparable à des explosions de gaz après fuite dans un bâtiment.
• À la différence du backdraft, la ventilation de la pièce n’est pas à l’origine de l’apparition d’une FGI, l’initiation dépend d’un apport d’énergie d’activation.
• On distingue Flash Fire quand le front de flammes ne génère pas ou génère négligeablement une onde de pression, et Smoke Explosion quand il en génère une.
• Le Flashover est favorisé quand l’air est disponible, tandis que des enceintes avec débit d’air naturel limité sont moins susceptibles de l’atteindre avant consommation de l’air.
• Le backdraft est probable avec un feu confiné puis une rupture soudaine (ex : fenêtre brisée, ouverture de porte sans précautions), la probabilité augmentant dans des bâtiments basse consommation bien isolés et étanches.

📖 6. Comportement des structures selon l’usage

🔑 Notions clés & Définitions

• Bâtiments ERP : Bâtiments recevant du public soumis à des exigences constructives renforçant la stabilité au feu pendant l’exploitation normale.
• Immeubles de grande hauteur : Bâtiments classés pour leur hauteur, pour lesquels les règles applicables à l’activité imposent des garanties de stabilité au feu.
• Installations précaires : Installations avec construction ou exploitation moins rigoureuse, où la stabilité au feu peut être dégradée par le contexte réel.
• Vétusté du bâtiment : État d’usure et de vieillissement du bâti qui peut réduire la stabilité au feu en pratique par rapport aux exigences théoriques.

📝 Points essentiels

• Les bâtiments soumis aux réglementations liées à leur type d’exploitation (habitation collective, ERP, IGH, code du travail, ICPE) doivent offrir des garanties de stabilité imposées.
• Les dispositions constructives ERP et code du travail imposent une stabilité au feu minimum de 30 minutes (structure et plancher) en conditions normales d’exploitation.
• En installations précaires, vétusté, défaut d’entretien, ancienneté, malfaçon et travaux en cours peuvent altérer la stabilité du bâtiment.
• L’âge et l’environnement constructif réel peuvent conduire à des stabilités au feu différentes pour une même typologie de bâtiments, car les règles sont celles en vigueur lors de la validation du permis de construire.

💡 Astuce mémo

ERP / Code du travail = stabilité au feu minimale 30 minutes (structure + plancher).

📖 7. Isolation, cloisonnement et lecture bâtimantaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Isolation du volume : L’isolation du volume regroupe les dispositifs qui limitent les échanges thermiques et maintiennent la chaleur dans l’enveloppe du bâtiment.
• Cloisonnement des volumes : Le cloisonnement des volumes correspond à la séparation plus ou moins efficace des parties d’un bâtiment afin de limiter les échanges de chaleur et de fumées entre elles.
• Lecture bâtimen­taire : La lecture bâtimen­taire est l’analyse d’une construction existante pour identifier les facteurs qui favorisent ou freinent l’évolution du sinistre et guider l’intervention.

📝 Points essentiels

• Les bâtiments à bonne résistance et faible réaction au feu sont typiquement en matériaux incombustibles et stables au feu, comme le béton, la brique et la pierre.
• Les bâtiments à mauvaise résistance mais faible réaction au feu incluent typiquement les constructions métalliques qui peuvent s’affaisser rapidement sous l’effet de la chaleur.
• Les ERP et le code du travail imposent en conditions normales une stabilité au feu minimale de 30 minutes pour la structure et le plancher.
• Dans les enceintes isolées, la chaleur reste plus longtemps dans l’enveloppe et le dégagement de gaz de pyrolyse peut survenir dès le début de l’incendie.
• Le cloisonnement peut contribuer à la propagation par convection ou conduction via des gaines, conduits, ascenseurs/monte-charges et canalisations de ventilation, fluides ou électricité.
• La lecture bâtimen­taire aide à apprécier les facteurs favorables/défavorables, estimer le comportement probable de la structure et guider la conduite de l’intervention à partir de l’âge, des matériaux, de la charpente et des rénovations.

💡 Astuce mémo

Quadrant feu : Incombustible et stable (béton/brique/pierre) vs Métal qui plie vite, puis Composite (stable+réaction) vs Bois non traité/précaire (réaction+fragilité).

📖 8. Modèle du système feu en local

🔑 Notions clés & Définitions

• Modèle de Thomas : Le modèle de Thomas décrit le système feu dans un local en reliant transferts de chaleur et transferts de masses au-delà du triangle du feu.
• Débit massique de pyrolyse : Le débit massique de pyrolyse, noté ṁpyrolyse, correspond à la masse de gaz produits par pyrolyse alimentant la combustion et/ou la fumée.
• Débit massique de fumées : Le débit massique de gaz/fumées, noté ṁfumées, désigne la masse gazeuse quittant le volume, majoritairement issue de la combustion.
• Débit massique d’air : Le débit massique d’air, noté ṁair, représente la masse d’air qui pénètre dans le local pour alimenter le processus.

📝 Points essentiels

• Le triangle du feu reste une base, mais le modèle de Thomas est utilisé quand d’autres éléments du local influencent développement et propagation.
• Un combustible en feu émet des gaz de pyrolyse (ṁpyrolyse) qui alimentent la combustion et/ou la production de fumée.
• Une masse gazeuse sort du volume sous forme majoritaire de fumées issues de la combustion (ṁfumées).
• L’air pénètre dans le local (ṁair) pour modifier l’équilibre des gaz.
• Tous les débits (pyrolyse, fumées et air) sont exprimés en masse.

💡 Astuce mémo

Pyrolyse (ṁpyrolyse) nourrit, Fumées (ṁfumées) sortent, Air (ṁair) entre.

📖 9. Situations opérationnelles types

🔑 Notions clés & Définitions

• Situation opérationnelle type : Ensemble de caractéristiques communes permettant de regrouper des feux malgré l’unicité due à la combinaison de nombreux paramètres.
• Feu naissant : Feu de faible ampleur, encore limité par le combustible et correctement ventilé, donc généralement rapidement maîtrisable.
• Feu en superstructure : Incendie en étages où la propagation verticale et la présence éventuelle de personnes piégées dans les niveaux supérieurs dominent l’analyse.
• Feu en infrastructure (sous-sol) : Incendie en sous-sol où la propagation verticale et les difficultés de désenfumage rendent l’intervention plus complexe.
• Feu de terrasse et toit-terrasse : Incendie en toiture-terrasse où des installations techniques, une bonne isolation et des matériaux combustibles d’étanchéité pèsent sur les enjeux.

📝 Points essentiels

• L’analyse d’un feu de structure repose particulièrement sur les conditions de développement, la nature des enjeux et la présence de personnes, complétées par l’accès aux volumes, les risques pour les intervenants et la nécessité de moyens spécifiques.
• Les situations type se regroupent notamment par stade de développement (feux naissants), par volumétrie (feux en étage, en sous-sol) et par activité du bâtiment (habitation, ERP, industriel et commercial, parkings couverts, agricoles, installations classées, installations nucléaires).
• Un feu naissant reste maîtrisable quand il est limité par le combustible et correctement ventilé, mais un cas à peu de flamme dû à une sous-ventilation doit être traité comme un feu sous ventilé à risque de backdraft ou de fire-gas ignition.
• Pour les feux en étages, le vent influence davantage la dynamique du feu, l’accès est souvent limité à un escalier, et la propagation verticale peut se faire via communications, gaines, conduits et façades.
• Pour les feux en sous-sols, le désenfumage est en règle générale difficile à cause des volumes morts, et les sous-sols destinés au stockage peuvent présenter des potentiels calorifiques très importants.
• Pour les feux de toits-terrasses, les enjeux portent notamment sur le relogement, avec présence possible d’installations techniques et de zones de vie, et une isolation généralement bonne vis-à-vis du bâtiment.

💡 Astuce mémo

Naissant = faible + correctement ventilé ; Sous-ventilé = peu de flamme mais risque backdraft / fire-gas ignition.

📊 Tableaux de synthèse

Phénomènes thermiques rapides : conditions et déclencheurs

⚠️ Pièges & confusions fréquents

1. Confondre feu et incendie : le feu a un développement maîtrisé dans le temps et l’espace, l’incendie non.
2. Croire que la convection correspond à la chaleur sans fluide en mouvement : c’est bien le transfert via un fluide (fumées/gaz chauds).
3. Dire que le flashover dépend d’un manque de comburant : il nécessite au contraire un apport d’air (veine d’apport d’air) et conduit au feu pleinement développé.
4. Inverser FLC/FLV : en phase de croissance, un feu sous-ventilé est limité par la ventilation (FLV) alors que le feu correctement ventilé est limité par le combustible (FLC).
5. Mélanger backdraft et FGI : le backdraft est déclenché par une rupture apportant soudain du comburant à des fumées accumulées sous-ventilées, tandis que la FGI dépend d’un apport d’énergie d’activation (même fumées refroidies).
6. Oublier l’unité de puissance : la puissance du feu se mesure en Watts et vaut énergie thermique par seconde (1 W = 1 J/s).
7. Croire que la résistance au feu et la réaction au feu sont la même chose : la première est un temps de maintien de fonction des éléments, la seconde est la contribution du matériau au développement (alimentation du feu).

✅ Checklist Examen

1. Définir combustion, feu (ISO 13943) et incendie, en précisant la notion de développement maîtrisé/non maîtrisé.
2. Expliquer le triangle du feu (combustible, comburant, chaleur) et le rôle de l’initiateur/apport d’énergie.
3. Décrire le mécanisme du feu en surface en 3 étapes : production des gaz de pyrolyse, inflammation des gaz, établissement/maintien de la flamme.
4. Relier conduction, convection et rayonnement à leur définition (proche en proche dans le matériau, fluide en mouvement, ondes électromagnétiques sans contact) et au cas incendie.
5. Calculer/exprimer correctement la puissance : énergie thermique par unité de temps, unité Watt avec 1 W = 1 J/s.
6. Identifier ce que contiennent les fumées (particules + gaz issus combustion/pyrolyse, diluées par l’air) et citer leurs dangers (toxicité/corrosivité, opacité, inflammabilité/explosivité, rayonnement, etc.).
7. Reconstituer la logique de développement d’un feu ventilé : phases, puis distinguer les régimes FLC et FLV, y compris le rôle d’une rupture de confinement en régime FLV.
8. Classer les phénomènes thermiques rapides en 3 familles (flashover, backdraft, Fire Gas Ignition) et donner pour chacune au moins une condition de réalisation + un élément déclencheur.
9. Distinguer Flash Fire et Smoke Explosion à partir du critère de production d’onde de pression par le front de flammes en pré-mélange.
10. Interpréter la structure : différencier résistance au feu et réaction au feu, puis associer correctement les scénarios de “bonne/mauvaise résistance” et “faible/forte réaction” (béton/brique/pierre ; métal affaissement ; composites ; bois non traité/précaire).
11. Expliquer comment isolation et cloisonnement influencent l’évolution (chaleur maintenue favorisant pyrolyse début d’incendie ; propagation par convection/conduction via gaines/conduits/ascenseurs/canalisations).
12. Utiliser le modèle de Thomas en local : relier ṁpyrolyse (émission), ṁfumées (sortie majoritaire), et ṁair (entrée), et lister les situations opérationnelles types (feux naissants ; superstructure/étages ; infrastructure/sous-sol ; toits-terrasses).