Le Repaire des Sciences
Sciences Physiques et Chimiques

 

 

 

 

     Pourquoi l'eau éteint-elle le feu ?



 

 

Sur la flamme elle-même, le moyen d'extinction le plus connu est l'eau : au contact de la chaleur, l'eau se vaporise, et la vapeur d'eau ainsi crée chasse l'air (la vapeur occupe 1 700 plus de place que le volume d'eau qui a servi à sa génération à 100 °C, et 4 200 fois le volume à 650°C), privant le feu de comburant (l'élément nécessaire pour nourrir la flamme : l'oxygène de l'air).

Par ailleurs, l'eau participe au refroidissement (la vaporisation absorbe la chaleur) : la montée en température de l'eau (passage d'une eau à 15 °C à une eau à 100 °C à pression atmosphérique) consomme beaucoup d'énergie (pour 1 gramme : 85 calories soit 356 J), mais le passage d'un état à l'autre (vaporisation) consomme encore plus d'énergie (pour 1 gramme : 539 cal, soit 2 258 J). Ainsi, l'eau refroidit l'atmosphère, les fumées, les objets, murs… et favorise l'extinction de l'incendie. Une fois le feu éteint, on continue le refroidissement à l'eau si nécessaire pour empêcher le feu de reprendre.

L'extinction est donc une combinaison de l'« étouffement » par la vapeur et du refroidissement. Une idée très répandue est que c'est le refroidissement qui éteint en priorité le feu. On peut se convaincre du contraire en craquant un allumette et en la mettant au-dessus d'une casserole d'eau bouillante : l'allumette brûle dans l'air froid mais s'éteint dans la vapeur chaude.

Il faut en fait distinguer deux types de flamme :
  • la flamme de diffusion, c'est celle qui « danse » au dessus de l'objet en feu ;
  • la flamme de prémélange : c'est celle qui se propage dans les fumées (rouleaux de flammes, phénomènes de propagation rapide du feu).

Dans le cas de la flamme de diffusion, le facteur limitant est l'alimentation en oxygène (en supposant que le combustible est abondant) : la chaleur est fournie par la flamme elle-même. L'étouffement par la vapeur est donc le plus important. À l'inverse, dans la fumée, le combustible et le comburant sont déjà mélangés, la vapeur ne chasse donc pas le comburant mais se contente de diluer le mélange. La température est un facteur critique dans la propagation de la flamme de prémélange, le refroidissement permet donc de réduire considérablement le risque, l'extinction se fait donc par une combinaison refroidissement/dilution.



En conclusion
* L'étouffement éteint la flamme, (d'ailleurs, on peut éteindre des flammes en jetant simplement une grosse couverture dessus : plus d'air, plus de flamme)
* en milieu clos, du fait de la complexité des phénomènes (notamment accumulation des gaz de pyrolyse et mobilité de la fumée chaude), c'est la combinaison refroidissement/étouffement qui éteint l'incendie.

 

TOUS les feux sont-ils donc maîtrisables avec de l'eau ?

Si c'était le cas, on ne s'amuserait pas à installer différents types d'extincteurs dans les lieux publics ! Il y a des exceptions à l'utilisation de l'eau :

  • De nombreux produits chimiques réagissent avec l'eau, provoquant un dégagement de gaz toxiques, ou même s'enflamment sous l'action de l'eau (par exemple le sodium).
  • Dans le cas d'un réservoir de gaz sous pression, il faut éviter un choc thermique qui pourrait entraîner une rupture du réservoir et une décompression suivie d'une ébullition-explosive (BLEVE, boiling liquid expanding and vapour explosion).
  • Certains produits hautement inflammables flottent sur l'eau, comme par exemple les hydrocarbures, et l'huile, si les pompiers arrosent l'incendie pour l'éteindre un effet inverse à celui recherché sera obtenu : des nappes d'hydrocarbures ou d'huile enflammées remonteront à la surface de l'eau, étendant potentiellement l'incendie.

Sur de tels feux, l'eau est remplacée par des produits « étouffant l'incendie », c'est-à-dire privant les flammes du contact avec l'air permettant l'apport du dioxygène indispensable à la combustion. Cet « étouffement » est réalisé à l'aide de mousse recouvrant le produit enflammé. La mousse se fabrique en introduisant un émulseur dans l'eau.

Sur les camions-citernes transportant des matières dangereuses (TMD), l'identification du produit transporté se fait grâce aux codes inscrits sur les plaques orange fixées à l'avant et à l'arrière du véhicule. Lorsque l'utilisation de l'eau est interdite, le code est précédé d'un « X ».

Remarque : résumé des techniques d'extinction

Une fois le feu éteint, il faut effectuer un déblai au risque de voir le feu reprendre. En effet, le feu a laissé des zones chaudes, des braises ou des objets chauffés, qui peuvent faire reprendre le feu.

Pour un volume clos, il faut effectuer une ventilation afin de chasser les fumées et la chaleur, et bouger les objets, les retourner, pour vérifier qu’ils n'abritent pas de braises. Au cours de ces opérations, les braises, en volant, peuvent mettre le feu à un nuage de fumées résiduel, et provoquer une explosion de fumées (smoke explosion), et ce même plusieurs heures après l'extinction.

 

Remarque : incendie en volume clos

L'arrosage direct du foyer en jet droit peut avoir des conséquences dramatiques : le jet d'eau pousse devant lui de l'air qui va activer les flammes quelques secondes avant l'arrivée de l'eau, et va également mélanger les gaz, pouvant ainsi provoquer un embrasement généralisé éclair. Par ailleurs, le jet d'eau étant compact, seul l'extérieur du jet va se vaporiser dans l'atmosphère chaude de l'incendie (on estime qu'environ 20 % de l'eau se vaporise), donc 80 % de l'eau ruisselle, crée un dégât des eaux, mais ne participe pas à l'extinction. De plus, la vapeur d'eau crée va avoir des mouvement non maîtrisés et peut revenir sur les pompiers, créant des brûlures (la vapeur d'eau porte plus de d'énergie thermique que l'air).

L'important n'est en fait pas l'extinction en elle-même, mais la maîtrise du feu, c'est-à-dire essentiellement le refroidissement des fumées qui propagent l'incendie sur de grandes distances et mettent en danger le personnel. Il faut donc refroidir le volume avant de traiter le foyer. On parle donc parfois d'attaque à trois dimensions ou d'attaque 3D.

Le premier à avoir proposé l'utilisation d'un jet diffusé fut le chef Lloyd Layman du Parkersburg W V Fire Department, lors de la Fire Department Instructor's Conference (FDIC) de 1950 (Memphis, Tennessee).

Il est essentiel d'avoir un jet diffusé, en petites gouttelettes : le nuage de gouttelettes couvre un grand volume et les gouttelettes s'évaporent avant de toucher les surfaces (murs, plafond), c'est donc réellement les gaz qui sont refroidis.

On procède donc d'abord à un refroidissement des fumées par petites impulsions d'un jet diffusé au plafond ; cela permet :

  • de refroidir les fumées, et donc d'éviter une propagation de la chaleur, donc de l'incendie ;
  • le refroidissement provoque également une diminution de la pression des gaz (loi des gaz parfaits), qui évite d'avoir un retour de vapeurs brûlantes ;
  • cela crée un « ciel de vapeur » inerte, donc empêche la création de « rouleaux de flammes » au plafond.

Par rapport à l'arrosage indirect, on ne crée que la quantité de vapeur nécessaire (il est totalement inutile de saturer tout la pièce puisque la partie dangereuse est uniquement le haut), et à un rythme maîtrisé.

Il est important de procéder par petites impulsions : un arrosage massif perturberait l'équilibre des gaz (stratification) et mélangerait les gaz chaud (initialement au plafond) au gaz froids (initialement en bas) ; il en résulterait une élévation de température au sol, dangereuse pour les pompiers, ainsi qu'un retour de vapeur d'eau brûlante. Une alternative consiste à refroidir toute l'atmosphère en faisant des zig-zag dans l'air (technique du crayonnage).

Les méthodes actuelles d'extinction utilisent un fort débit initial, de l'ordre de 500 L/min : le but est d'absorber un maximum de chaleur dès le départ pour supprimer les risques d'extension du sinistre. L'utilisation d'un débit trop faible ne refroidit pas suffisamment, et la vapeur produite peut provoquer des brûlures des intervenants (l'effet de contraction des gaz est insuffisant). Paradoxalement, l'utilisation d'un fort débit avec une lance et une technique adéquate (jet diffusé, en petites gouttelettes) permet de diminuer la quantité d'eau utilisée : une fois la température de la pièce abaissée, une faible quantité d'eau est nécessaire pour éteindre le foyer en jet droit(le foyer peut même s'être éteint tout seul par manque d'air). On estime qu'il faut environ 60 L bien utilisés pour éteindre un incendie dans une pièce d'habitation de 50 m2.

L'utilisation d'une attaque 3D est devenu indispensable car dans les villes modernes, les incendies sont maintenant attaqués en phase d'éclosion, de développement, alors qu'auparavant, l'attaque se faisait en phase de déclin :

  • les délais d'intervention se sont raccourcis (utilisation de bips pour prévenir le personnel, optimisation de la répartition géographique des moyens) ;
  • les habitations ont une isolation thermique, ce qui provoque un confinement thermique (la chaleur ne peut plus s'évacuer).

Par ailleurs, les matériaux modernes (notamment les polymères) ont un potentiel calorifique plus important que les ancien matériaux (bois, plâtre, pierre). Il faut donc arroser massivement au début.