Compte tenu de l’importance économique des dommages causés par les incendies, de nombreux ouvrages traitent du sujet.

Plusieurs ouvrages considérés comme des références ont connu de nouvelles éditions. Je citerai le guide intitulé NFPA 921 : Guide For Fire and Explosion Investigation.

Si le guide de la National Fire Protection Agency (NFPA) n’a pas le statut d’une norme, il est recommandé aux enquêteurs européens d’en suivre la méthodologie par une approche systématique :

•  la mission doit être clairement notifiée à l’expert ;
•  l’enquêteur planifie l’enquête et rassemble les outils, les équipements et le personnel ;
•  les lieux du sinistre sont examinés et les informations le concernant sont recueillies ;
•  les indices matériels sont prélevés, décrits, analysés et évalués ;
•  la méthode scientifique est utilisée pour analyser l’information obtenue.

L’application de la méthode aux différents types d’incendie rencontrés dans la pratique (incendies de véhicules, incendies d’origine électrique) est ensuite exposée.
Aux Etats-Unis, devant les tribunaux, les experts doivent respecter la méthodologie du Guide NFPA 921 ou justifier les raisons pour lesquelles ils ne l’ont pas suivie (ce n’est pas le cas en Europe).
Autre ouvrage intéressant  » An Introduction to Fire Dynamics » de Dougal Drysdale qui met en évidence que l’étude des incendies ne peut pas se limiter à la connaissance des caractéristiques physico-chimiques des matériaux concernés mais qu’il est important de tenir compte de leur disposition et de leur environnement.

Il est donc fait appel à la chimie mais aussi à la thermodynamique (transfert de chaleur), la dynamique des fluides.
Un autre ouvrage, suisse cet fois « Incendies et explosions d’atmosphère » par Jean-Claude Martin aux Presses Polytechniques et Universitaires Romandes.

Cet ouvrage constitue une méthodologie de l’expertise fondée sur la physique des phénomènes qui régissent les incendies et qui s’appuie sur de nombreux exemples de feux réels.

Dans cet article je vais vous présenter une synthèse de l’expertise incendie accessible à un large public qui souhaite connaître la démarche des experts en matière d’incendie et d’explosions sans devoir approfondir les bases scientifiques sur lesquels ils s’appuient.

Il convient d’ailleurs de remarquer que s’il est important de pouvoir déterminer par le calcul les températures atteintes, les flux d’énergie, la chronologie de l’évolution des incendies, ces déterminations font encore l’objet de nombreuses études rendues compliquées par le nombre des variables à prendre en compte et la difficulté de disposer d’une connaissance précise des valeurs de toutes ces variables.

Les modélisations rendues possibles par le développement de codes informatiques, constituent une contribution intéressante, mais elles font aussi appel à des hypothèses simplificatrices et résolvent parfois le problème de l’insuffisance de la connaissance des grandeurs réelles en recourant à des valeurs probables déterminées à partir des valeurs provenant des incendies réels ou d’essais en vraie grandeur.
La démarche est prometteuse et elle fait l’objet de nombreuses recherches.

Expertise incendie : Définitions

Les notions de feu et d’incendie sont tellement familières qu’il paraît superflu de s’y attarder.
Le fait que tous les organismes normalisateurs y aient travaillé montre que le problème n’est pas si simple.

 Les définitions les plus simples et les plus généralement admises :

•  L’incendie est une combustion incontrôlée.
•  La combustion est une destruction par le feu.
•  Le feu est une réaction d’oxydation rapide auto-entretenue qui s’accompagne de chaleur et d’émission lumineuse.

Expertise incendie : Mécanisme de la combustion

Conditions d’apparition des flammes

Le feu implique donc la présence simultanée d’un combustible (réducteur), d’un comburant (oxydant) et d’un apport d’énergie.

La flamme est un milieu réactionnel gazeux hautement énergétique où se produisent et s’entretiennent des réactions chimiques, des phénomènes de diffusion d’espèces chimiques et de chaleur, ainsi que des émis- sions lumineuses.

D’une manière générale, les combustions se produisent en milieu gazeux.

La combustion implique, sous l’effet d’une source de chaleur, les étapes suivantes :

•  les solides commencent à se liquéfier ou à se sublimer sous l’effet de la chaleur ;
•  les liquides se vaporisent ;
•  les vapeurs en mélange avec l’air s’enflamment.

L’inflammabilité des solides, des liquides et des gaz dépend de leur nature chimique et de leurs caractéristiques physiques : point de liquéfaction, température d’ébullition.
Mais elle dépend aussi de leur état de division, de leur surface apparente.

Il existe une infinité de produits inflammables.
Le solide inflammable le plus simple et le plus courant est le carbone alors que le gaz inflammable le plus simple est l’hydrogène.

Les hydrocarbures, de formule générale CnHp, sont tous inflammables selon la réaction :
CnHp + (n+p/2)O2 = nCO2 + (p/2)H2O

Cette réaction est très simplifiée.
La combustion du méthane passe par de nombreuses étapes intermédiaires par lesquelles des radicaux libres sont produits et se combinent pour enfin se désactiver.

La flamme de la bougie donne un bon exemple de la combustion des solides.
La bougie ne brûle pas.
Pour l’allumer, on chauffe la cire qui imprègne la mèche.
La cire fond, les composés les plus légers de la cire liquide se vaporisent en même temps que les composés plus lourds se décomposent en produits légers qui se mélangent à l’air sous l’effet de la chaleur.
Toujours sous l’effet de la chaleur les gaz combustibles qui dans le cas présent sont constitués de molécules dans lesquelles sont associés l’oxygène, l’hydrogène et le carbone, réagissent avec l’oxygène de l’air dans un choc intermoléculaire qui produit de l’énergie.

L’énergie apportée au mélange gazeux entraîne la formation de radicaux libres qui sont des espèces chimiques très réactives.
La durée de formation-inflammation du mélange est de l’ordre de la milliseconde.
Cette énergie entretient la fusion (rayonnement) de la cire en partie haute de la bougie.
La cire liquéfiée monte dans la mèche, se vaporise, se décompose en produit gazeux inflammable et le processus s’auto-entretient.

Dans la flamme et autour de la flamme, des mouvements de gaz se produisent qui alimentent la combustion en air suivant le principe d’Archimède (les gaz chauds montent) et par l’aspiration d’air du fait de la diminution du volume d’oxygène consommé par la combustion.

Si cet exemple de la bougie peut paraître un exemple simple il conserve son intérêt notamment parce que les bougies sont souvent utilisées pour initier des incendies volontaires en permettant de constituer des systèmes à retard simples et son encore malheureusement à l’origine de nombreux incendies accidentels.
Une publication  [A. Hammins, M. Bundy, S.E. Dillon, Journal of Fire Protection Engineering. Nov. 2005]  lui est consacrée.
Elle rapporte l’étude théorique et expérimentale de la flamme de la bougie et conclut que de nombreux travaux restent à effectuer pour déterminer la propagation de la flamme aux matériaux environnants. L’exemple de la bougie reste donc d’actualité pour illustrer le phénomène de la combustion et démontre la complexité des phénomènes physiques qui interviennent lors d’un incendie.

Les flammes sont les manifestations lumineuses et thermiques qui accompagnent les combustions vives.

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Expertise incendie : Les gaz de pyrolyse

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Parmi les gaz combustibles qui résultent de la combustion et qui l’entretiennent, je mentionnerai le monoxyde de carbone (CO), le méthane (CH4), l’hydrogène (H2) et le benzène (C6H6).

L’hydrogène et le méthane proviennent de la désactivation des radicaux les plus simples qui proviennent de la fragmentation sous l’effet de la chaleur (pyrolyse) des molécules des composés organiques.

La formation du monoxyde de carbone et du benzène joue un rôle important dans les incendies.

Le monoxyde de carbone se forme dans toutes les combustions réelles de tous les produits organiques rencontrés dans les incendies, c’est-à-dire les composés chimiques contenant du carbone qui peut être associé à l’hydrogène, l’oxygène, l’azote et d’autres éléments.

Le monoxyde de carbone se forme selon les schémas réactionnels simplifiés de la combustion du carbone

2C + 2O2 → 2CO2

2C + O2 → 2CO

Cette 2ème réaction correspond à une combustion incomplète.
Elle intervient toujours dans les incendies réels car il existe toujours une zone des flammes dans laquelle la concentration d’oxygène n’est pas suffisante pour la 1ère des deux réactions qui aboutit à la formation du dioxyde de carbone.

Ces réactions extrêmement schématiques ne tiennent pas compte du fait que l’oxygène est apporté par l’air constitué de 78% d’azote, de 21% d’oxygène et de 1% de gaz rares.
Dans les flammes, la présence de l’azote provoque des réactions qui produisent notamment des oxydes d’azote.

La température d’auto inflammation du monoxyde de carbone est de 615° C.

La température d’auto inflammation du méthane est de l’ordre de 600° C.

Ces valeurs de température d’auto inflammation de l’ordre de 600° C expliquent l’apparition de phénomènes particuliers tels que l’embrasement éclair généralisé sur lesquels je reviendrai plus loin.

La structure électronique du benzène lui confère une très grande stabilité.
Il en résulte que dans les réactions de pyrolyse la recombinaison des radicaux libres conduit à la production de benzène.
L’analyse des prélèvements de résidus carbonisés après incendie fait toujours apparaître la présence de benzène.

De la même manière le benzène est présent dans les poumons de toutes les victimes d’incendie.
Cette présence est observée après les incendies, quelle que soit la nature des combustibles, y compris les combustibles d’origine végétale telle que le bois.

Expertise incendie : Le triangle du feu

Pour illustrer les conditions à rassembler pour que se produise un incendie, les pompiers proposent une schématisation par le triangle du feu.
C’est une présentation pédagogique commode des conditions nécessaires à la naissance d’un incendie que je vous ai exposée par l’approche des réactions d’oxydoréduction ( redox pour les intimes).

Les sommets du triangle représentent le combustible, le comburant, et l’énergie.
Certaines représentations font appel à un tétraèdre dans lequel la source d’inflammation constitue le quatrième sommet.

En fait chaque sommet du triangle ou du tétraèdre du feu fait l’objet de développements.
La détermination des causes d’un incendie consiste à identifier chacun des sommets et les relations qui les unissent.

L’énergie et le combustible sont liés par la notion de pouvoir calorifique qui est la quantité d’énergie que peut dégager le combustible lors de sa combustion.

Expertise incendie : Les limites d’inflammabilité

Les limites d’inflammabilité sont les quantités relatives de combustible et d’air, entre lesquelles le combustible peut donner lieu aux réactions de combustion.

Au-dessous de la limite inférieure d’inflammabilité, la quantité de combustible est trop faible pour donner lieu à la combustion.

Au-dessus de la limite supérieure d’inflammabilité, la quantité d’oxygène est trop faible pour permettre la combustion.

Pour calculer les limites inférieures (ou supérieures) d’inflammabilité des mélanges on utilise en général la relation de Le Chatelier mise sous la forme :

L = 100 / [P1/N1 + P2/N2 + P3/N3 +…]

L étant la limite inférieure (ou supérieure) du mélange final en %, P1, P2, P3… les pourcentages de chacun des combustibles avec (∑Pi = 1) et N1, N2, N3… les limites inférieures (ou supérieures) en % de chacun des constituants.

Remarquons que les limites d’inflammabilité dépendent, pour un mélange donné de gaz combustible et d’air, non seulement de la pression et de la température de ce mélange, mais encore, quoique dans une moindre mesure, du volume et de la forme du récipient qui le contient ainsi que de la source d’inflammation.

Expertise incendie : La température d’auto-inflammation

La température d’auto-inflammation est la température à partir de laquelle une substance inflammable s’en- flamme même en absence d’une source d’inflammation supplémentaire.

Il est important de comprendre que l’inflammation et la combustion d’un mélange gazeux n’impliquent pas que tout le volume occupé par le mélange combustible-comburant ait uniformément une concentration située entre les limites d’inflammabilité ni que tout le volume considéré soit porté à une température supérieure à la température d’inflammation.

Il faut et il suffit qu’une source d’énergie soit approchée dans une zone où les concentrations de gaz combustibles et d’oxygène correspondent à la constitution d’un mélange inflammable, pour que ce mélange s’enflamme localement autour de cette source d’énergie.
La combustion, par le dégagement d’énergie qu’elle provoque, se propagera de proche en proche.

En toute rigueur, les limites d’inflammabilité n’ont de sens que dans un système fermé.
C’est par exemple le cas d’un véhicule.

Dans un bâtiment, il existe généralement un volume suffisant pour qu’autour de la source d’énergie, la quantité d’air soit suffisante pour initier la combustion.

Expertise incendie : Evolution de la combustion

Après la mise à feu initiale, plusieurs situations peuvent se produire selon la quantité de comburant disponible.

Expertise incendie : La combustion lente

Si les locaux sont hermétiquement clos et que la quantité de combustible est suffisante, la combustion devient incomplète du fait de la raréfaction de l’air et produit une quantité importante de monoxyde de carbone et de fumées.

Il se produit une combustion lente dite aussi feu couvant.
La combustion lente est une combustion sans flamme vive.
Elle se produit dans les habitations lorsqu’une source de chaleur (cigarette, résistance chauffante) est au contact de matières inflammables, tissus de literies, garnissages de meubles.

Les combustions lentes se produisent aussi fréquemment lors de travaux par points chauds à proximité d’éléments de charpentes en bois.
Ces combustions lentes entraînent généralement l’incandescence des matériaux combustibles qui peut passer inaperçue plusieurs heures et même plusieurs jours, jusqu’à ce que la combustion amène les matières en combustion en contact avec l’air.
Si le milieu est ouvert, le feu se développe alors sous l’effet de la disponibilité d’oxygène.

Si des occupants sont restés à l’intérieur de locaux dans lesquels se produit une combustion lente, il est probable qu’ils mourront en raison d’une intoxication oxycarbonée aggravée par l’inhalation de gaz chauds et de fumées.

Il arrive que les feux couvants en espace clos s’éteignent d’eux-mêmes, laissant les locaux couverts de suie.

Il est fréquent que des ouvertures existent dans le bâtiment ou, qu’au cours de l’incendie, des portes soient ouvertes, des vitres brisées, et qu’un courant d’air puisse s’établir pour évacuer les gaz de combustion en partie haute de l’ouverture et faire entrer de l’air frais en partie basse.
Les conditions pour le passage à une combustion vive sont alors remplies.

Expertise incendie : La combustion vive

Lorsque la quantité d’oxygène est suffisante pour assurer la combustion des combustibles présents (ouver- ture des issues, grands volumes tels que les entrepôts), les flammes initiales propagent des gaz à une tem- pérature qui varie de 600° C à plus de 1 200° C.

Ces gaz chauds s’élèvent et propagent l’incendie par contact direct avec les matériaux inflammables présents.

Parallèlement, le rayonnement des flammes provoque la propagation à distance.

Voilà s’en est fini pour cet article de synthèse sur l’expertise incendie.

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