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Modélisation Informatique

Modélisation - FDS & Smokeview (IV)
- Paru le 17/02/2007
- Déjà lu 9655 fois.

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Tactique et Pratique bulletArticle: Flashover induit par la ventilation


Le phénomène de flashover a déjà été traité dans de nombreux articles. Nous entendons dire qu'il n'est pas prévisible, qu'il tue de nombreux sapeurs-pompiers etc... A chaque fois les conclusions sont globalement les mêmes: dangereux et imprévisible.
Mais s'il existe réellement un problème lié au flashover, inutile de dire que les réponses apportées ne sont pas convaincantes: s'il est imprévisible, cela s'appelle de la loterie et le métier de sapeur-pompier ne doit pas être une loterie. Or, lorsqu'une réponse n'est pas convaincante, il faut se demander pourquoi. Dans le cas présent, le flashover est-il réellement imprévisible, ou bien sommes-nous simplement, dans l'état actuel, incapables de le prévoir? En clair, sommes-nous compétents, face à un phénomène totalement aléatoire, ou manquons-nous simplement de connaissances sur le sujet?

Dans cet article, nous allons donc clarifier certains points. Nous affirmerons en fin de compte deux choses: le flashover tel que définie habituellement ne tue pas les sapeurs-pompiers et s'il n'est pas aisément prévisible, il est néanmoins assez facile de le contrôler.

Pour arriver à bien comprendre nous devons analyser. Nous allons chercher des informations fiables, à plusieurs niveaux: des vidéos montrant des reproductions de flashover dans des habitations, des simulations réalisées sur de petits simulateurs et des analyses d'accidents. Commençons par chercher sur YouTube ou Dailymotion. Nous y trouvons une multitude de vidéos, montrant des reconstitutions de feux. Des pièces (chambre, salle à manger, salon...) sont meublées, le feu est mis à un des éléments (rideaux, tapis, fauteuil...) et la progression du feu est observée. Dans toutes ces vidéos nous constatons que le temps qui s'écoule entre l'inflammation, généralement très faible (simple allumette) et le flashover est de l'ordre de 3 à 5 minutes, mais jamais plus.

Poursuivons avec des mini-simulateurs. Utilisés en formation flashover, ils sont construits en bois. Le combustible utilisé est composé de papier, de carton et de petits morceaux de bois. Depuis la mise à feu avec une simple allumette jusqu'au flashover, il s'écoule généralement entre 5 et 8 minutes, mais jamais plus.
Sachant que nous avons, entre les vidéos et nos mini-simulateurs, une différence de combustible, nous pouvons déduire que la différence de vitesse vient certainement du fait que, dans une habitation, le combustible dégage une plus forte puissance thermique que ce que dégagent les petits morceaux de bois de notre petit simulateur.

Poursuivons maintenant avec les analyses de quelques accidents.
  • Le 5 février 1992, flashover de l'Athletic Club (Indianapolis - USA). Le rapport indique que les employés ont perçu une odeur de brûlé entre 11H45 et 12H00. A 12H06, ils ont appelé les secours. Vers 12H23 l'Engine 7 s'est présenté sur les lieux et ce n'est qu'après que l'accident a eu lieu. En admettant que les employés n'aient perçu l'odeur de brûlé qu'à 12H00, l'accident s'est donc produit au minimum 25 minutes après la première perception de la présence d'un feu.
  • Le 1er Février 1996 deux sapeurs-pompiers Britanniques décèdent dans l'incendie d'une habitation à Blaina (Pays de Galles). L'embrasement de tout l'étage se produit à 6H15 alors que l'alerte a été donné à 5H48. Il s'est donc écoulé 27 minutes entre la découverte du feu et l'accident.
  • Le 22 décembre 1999, Keokkuk (Iowa). Le central transmet l'alerte aux sapeurs-pompiers à 8H24. Le rapport indique que le feu a pris peu de temps après 8H00. L'accident, qui a coûté la vie à trois sapeur-pompier, semble s'être produit aux alentours de 8H35. En prenant comme hypothèse que le feu a débuté vers 8H15, nous avons donc un écart de 20 minutes entre le début du feu et l'accident.

Il est possible de continuer à analyser des dizaines de cas, mais à chaque fois nous arrivons à la même conclusion: le temps qui s'écoule entre le moment ou le feu démarre et le moment de l'accident n'est jamais en accord avec les vidéos ou les essais en mini-simulateur. Il y a là un véritable point à éclaircir.

Qu'est ce que le flashover?

La meilleure définition de que l'on trouve du flashover est celle donnée par Kennedy, définition complétée par celle de la NFPA 101: Life Safety Code 3.3.79 Flashover. "A stage in the development of a contained fire in  which all exposed surfaces reach ignition temperatures more or less simultaneously and fire spreads rapidly throughout the space." (une étape dans le développement d'un feu de compartiment, durant laquelle toutes les surfaces exposées prennent feu plus ou moins simultanément, et le feu se propage rapidement au travers de tout l'espace)

Passons de ces définitions à une situation réelle: le feu, correctement ventilé, se développe. Il produit une grande quantité de fumée (nous verrons ultérieurement pourquoi un feu bien ventilé produit de la fumée dans un local). Cette fumée se stratifie au plafond et commence à rayonner vers le bas, chauffant progressivement les éléments mobiliers, qui se mettent alors à pyrolyser. Au bout d'un certain temps, la croissance du feu porte la fumée à un tel niveau de chaleur que celle-ci met à feu pratiquement tous les objets soumis à sa chaleur, et elle-même prend feu. La propagation du feu se faisant alors dans une zone gazeuse, elle est très rapide et les éléments mobiliers, chauffés depuis plusieurs minutes, prennent feu de façon quasi-simultanée.
Pour se produire, le flashover a donc besoin de 3 choses: une réserve de combustible assez importante pour que feu ait la possibilité de monter en puissance. Nous avons cela dans les habitations actuelles. Un plafond de fumée qui va permettre de chauffer les éléments mobiliers même à une grande distance du foyer principal. Un apport d'air assez conséquent pour que le feu dégage la puissance nécessaire à l'élévation en température de ce plafond de fumée.

Car pour que le phénomène se déclenche, il faut une certaine puissance thermique. Le rayonnement thermique de la fumée vers le bas (nommé feedback radiatif) doit être de l'ordre de 20kw/m2 et nous ne pouvons atteindre ce rayonnement qu'avec un feu bien ventilé et lorsque le feu est bien ventilé, il progresse très vite. C'est ce que nous avons sur les vidéos ou dans notre mini-simulateur: le feu est bien ventilé, il progresse vite, le plafond de fumée se met en place, monte en température, les éléments pyrolysent puis tout prend feu. Mais cela se fait sur une durée beaucoup plus courte que ce qui est constaté en intervention.

Ralentir le processus
Comment ralentissons-nous la progression d'un feu dans notre cheminée? Simplement en fermant un peu l'arrivée d'air.
Nous avons donc deux cas extrêmes: si les ouvertures sont très faibles, le feu ne va pas avoir assez de comburant et il va s'éteindre. Nous aurons alors des conditions de type backdraft. Si au contraire les ouvertures sont importantes, le feu va croître rapidement, et nous aurons un flashover en 4 à 5 minutes (dans le cadre d'une chambre par exemple). Mais entre les deux?

Imaginons que nous puissions réaliser plusieurs essais, avec une même chambre, meublée. Nous allumons le feu et nous laissons la porte grande ouverte. Le flashover va se produire en 4 min (environ). Recommençons en fermant légèrement la porte. Nous observerons que le feu a globalement moins d'intensité, mais qu'il en a assez pour chauffer la fumée et obtenir ce rayonnement de 20kw/m2. Nous atteindrons donc le flashover mais cette fois (par exemple) en 5 minutes. Si nous fermions encore plus la porte, nous aurons le flashover en 6 min etc... Mais plus nous fermons la porte, plus nous baissons l'intensité du feu. A un certain moment, bien que la porte ne soit pas totalement fermée, son ouverture ne permettra plus de fournir assez d'air au feu. Attention, il y aura assez d'air pour le feu continue, mais sa puissance ne sera plus assez forte pour qu'il puisse déclencher le flashover. Nous aurons donc une situation d'attente: le feu est assez ventilé pour être vif, il progresse d'élément mobilier en élément mobilier, il produit de la fumée, celle-ci est très présente, mais le feu ne peut pas monter en puissance puisque l'apport d'air est insuffisant. Il se trouve donc dans un état stable, comme le feu de notre cheminée.

En fait, alors que le feu était dans sa phase de croissance et se dirigeait vers le "pic" du flashover, sa croissance s'est trouvée arrêtée par l'insuffisance de ventilation. Le feu reste alors dans un état intermédiaire dont il pourra sortir de trois manières:
  • Par manque de combustible. Lorsqu'il aura consommé tout le combustible présent, il s'éteindra. Nous avons ainsi l'explication des cas d'appartements totalement carbonisés, découverts par les propriétaires au retour de vacances. Mais dans les habitations actuelles, avec la quantité de meubles que nous avons, ceci peut prendre un temps très long.
  • Par manque de comburant. Le feu dégage de la chaleur, donc de la pression et nous pouvons imaginer que la chute d'un élément en feu ou cette surpression ferme une entrée d'air. Le feu va alors s'éteindre, faute de comburant. Si les secours interviennent à ce moment-là, il y a risque de backdraft.
  • Par apport supplémentaire de comburant. Dans ce cas, le feu reprendra son cycle et évoluera certainement jusqu'au flashover soit en une fois, soit en plusieurs comme nous le verrons plus loin dans nos exemples.

Ce troisième cas produit ce que nous appelons un flashover induit par la ventilation, c'est-à-dire un flashover qui a été produit non pas par une ventilation qui était correcte dés le départ, mais par une évolution de la ventilation, insuffisante au départ et qui est devenue suffisante par la suite.

Qui change la ventilation du feu?

Mais comment cette ventilation peut-elle changer? Pour cela deux solutions: La première c'est la rupture des vitres. Des études (Fang et Breese en 1980 [2] et Skelly en 1990 [3]) ont montré que la rupture des fenêtres ne pouvait venir que de la différence de température entre l'intérieur et l'extérieur. Aujourd'hui, avec les fenêtres à double vitrage, cette rupture est quasi impossible ou en tout cas, elle ne survient que très rarement. Avec les fenêtres simple vitrage, soit le profil de ventilation initial sera suffisant pour produire une puissance permettant rapidement cette rupture (le flashover se produira alors avant l'arrivé des secours) soit le profil de ventilation est insuffisant, cette rupture ne se produira pas et le flashover ne surviendra pas .

Etant donné que cette solution ne présente pas de risque pour les sapeurs-pompiers,  penchons-nous sur la seconde solution, beaucoup plus réaliste: le changement de profil de ventilation est le résultat d'une action humaine.

Reprenons tous les récits d'accidents et relisons les avec soin: nous découvrons de grandes similitudes. Les sapeurs-pompiers arrivent alors que le feu est vif, mais généralement assez petit et localisé. Ils sont sur les lieux largement plus de 10 voir 20 minutes après la mise à feu. Donc si le flashover devait se produire, il aurait déjà eu lieu. Ils entrent pour chercher de soi-disant victimes, cassent les vitres pour soi-disant évacuer les fumées. En tout cas, ils se présentent face à un feu stable, qui n'attend qu'une chose: que l'on améliore son profil de ventilation. Et c'est ce que font les secours. Soit ce sont les personnes qui entrent et augmentent la ventilation sans s'en rendre compte, soit ce sont d'autres personnes, croyant bien faire et qui changent ce profil en brisant des vitres ou en défonçant des portes. Mais dans tous les cas, le résultat est le même: le feu regagne en intensité et quelques instants après tout prend feu, au mieux en détruisant simplement l'habitation, au pire en piégeant les victimes et les secours de façon quasi définitive.

Et en fin de compte, les sapeurs-pompiers ne décèdent pas dans des flashover: ils décèdent dans des flashover induit par la ventilation et ce sont très souvent les sapeurs-pompiers qui changent le profil de ventilation et permettent au feu de reprendre sa progression.

Quelques analyses
Pour bien visualiser ce qui se passe, nous pouvons utiliser les modélisations informatiques. La première a été réalisée dans le cadre du cours de formateurs flashover Tantad.
Elle montre l'évolution de la puissance thermique dans une habitation. Le feu (A) se trouve dans une pièce dont la ventilation est réalisée par une petite fenêtre (B). Cette ouverture est suffisante pour maintenir le feu, mais insuffisante pour lui permettre d'atteindre le flashover. La porte principale (C) est fermée, tout comme la porte (E) qui donne dans la pièce (D) où sont supposées être les victimes.
Le feu démarre (1) mais cette évolution s'arrête rapidement par une petite pointe (2). Il a consommé la réserve de comburant initial (air contenu dans le local) et se trouve désormais dépendant de l'apport de comburant, fourni par la petite fenêtre (B). Il va varier en intensité, mais ne pourra jamais atteindre une forte puissance. Sur toute la durée marquée 3, il attend que les secours arrivent et entrent pour sauver les victimes. Pourtant les secours devraient savoir deux choses: d'abord que les victimes qui sont confinées seront encore vivantes, pendant un temps très long et chercher à les sortir va les exposer au feu et aux fumées. Ensuite que les victimes non-confinées sont déjà décédées: comment  imaginer qu'un enfant, en pyjama, soit encore vivant dans un environnement dans lequel le sapeur-pompier ne peut rester que quelques minutes avec un ARI et une tenue de feu?


Dans notre simulation, nous ouvrons la porte principale (C) de l'habitation, au moment noté 4 sur la courbe de puissance thermique. La situation se dégrade, mais pas instantanément. Les secours auraient le temps de se diriger vers le feu et de l'attaquer. Mais la simulation se poursuit sans attaque, en prenant comme hypothèse l'ouverture successive de la porte (E) pour chercher les victimes. L'issue est facilement observable: le feu est mieux ventilé, progresse et atteint le flashover. Nous notons d'ailleurs que si l'ouverture de la porte principale (C) favorise beaucoup le feu, c'est l'ouverture de la porte de la chambre (E à l'instant 5), qui dégrade le plus la situation. Cette pièce étant à une pression plus faible que le reste de la structure (pièce froide, structure chaude), dès que la porte s'ouvre, l'air chaud et les fumées s'engouffrent dans la chambre (tuant les victimes en quelques secondes) tandis que l'air frais en est extrait rapidement et va immédiatement favoriser le feu.

La seconde simulation reproduit fidèlement un incident qui s'est produit le 4 Mars 2006 à 8H15 du matin, sur le secteur de Bully-les-Mines (Nord de la France). Les secours arrivent sur les lieux et sont accueillis par un homme et son fils, seuls habitants de la maison. Le feu a pris dans la chambre (C) et ils sont sortis, sains et saufs. Le binôme pénètre (A) dans une première pièce, enfumée, mais sans percevoir de chaleur. Les deux sapeurs-pompiers cherchent le feu et ne le trouvent pas. Ils passent (B) alors dans la seconde pièce, sans plus de succès: le feu, faiblement ventilé et peu visible, se trouve derrière le lit (C). A cet instant les fenêtres D et E sont fermées.



Toute cette phase de recherche se déroule sur la période 1 de l'évolution du feu. Revenus sur leurs pas, ne percevant aucune chaleur et se trouvant en présence d'une fumée moyennement dense, les sapeurs-pompiers pensent qu'il y a eu du feu, mais que tout est éteint. Il décident donc d'ouvrir la fenêtre D, afin de gagner en visibilité. Rapidement (2) le plafond de fumée remonte, la visibilité s'améliore, mais le feu reçoit donc de l'air. Il progresse, durant la phase 3. Le binôme perçoit alors une chaleur croissante et voit par la porte, des lueurs orangées. Alors qu'il se dirige vers le feu (B), celui-ci a progressé, et provoque la rupture de la vitre de cette pièce (simple vitrage de mauvaise qualité - rupture de E au moment 4) et amène le flashover, parfaitement visible sur la courbe de puissance. Le front de flamme passe dans la pièce où se trouvent les deux sapeurs-pompiers qui ne doivent leur survie qu'au fait qu'ils ont une lance débitant 500lpm (135GPM) avec laquelle ils se protègent.

Que faire?
Il est désormais clair que si le profil de ventilation est suffisant, le flahover se produira avant l'arrivée des secours. Dans le cas contraire, il est primordial de conserver le feu dans cet état d'attente. Casser des fenêtres, ouvrir "pour voir", est sans doute la pire des choses car le feu n'attend que cela. Il faut prendre son temps (cela ne veut évidemment pas dire qu'il faut traîner...) établir des moyens hydrauliques puissants, puis pénétrer en changeant le moins possible l'état de ventilation de la structure et en refroidissement systématiquement les fumées, car c'est cet élément qui favorise la propagation aux fronts de flammes.
L'anti-ventilation, consistant à refermer les portes ouvertes, possède de nombreux inconvénients. La VPP en possède tout autant.
Quant à croire que la création d'exutoires résoudra tous les problèmes, c'est une utopie: si l'apport d'air est limité, cela peut être simplement parce que la sortie des fumées occupe la partie haute des ouvertures et diminue ainsi la surface d'entrée de l'air. En créant un exutoire, le plafond de fumée remonte, dégageant ainsi le haut des ouvertures et facilitant cette entrée d'air. Si l'exutoire est bien placé et d'une taille suffisante, l'évacuation de fumée sera rapide et l'augmentation de puissance du feu n'aura que peu d'impact. Mais si l'exutoire est légèrement trop petit, ou s'il est mal placé, ou si, plus souvent, une zone piège des fumées, alors la remonté du plafond de fumée donc l'accroissement de l'apport d'air par le bas, aura des conséquences souvent désastreuses.

C'est suite à ces analyses que le groupe de formateurs flashover Tantad a démarré une étude sur les moyens tactiques. C'est dans ce cadre de recherche que la Capitaine Karla Marina Gomes-Pereira des sapeurs-pompiers de Brasilia a énoncé le principe  de la "ventilation discrète", système visant à laisser le plus possible la structure dans l'état ou les secours la trouve en arrivant. Tels des voleurs pénétrant discrètement dans une habitation à l'insu des habitants, les sapeurs-pompiers pénétrent dans l'habitation à l'insu du feu, discrètement: ce qui est ouvert reste ouvert, ce qui est fermé reste fermé. Si le feu est presque endormi, autant le laisser dormir, le surprendre et le tuer dans son demi-sommeil.


Conclusion
Le flashover induit par la ventilation est sans doute le pire ennemi des sapeurs-pompiers, d'autant que ce sont eux qui, généralement, le provoquent. C'est bien la compétence du personnel engagé à l'intérieur, mais aussi la compétence du commandement qui fait la différence. Faire entrer du personnel sans moyen hydraulique est une erreur fondamentale. Et lorsque nous parlons de moyens hydrauliques, nous parlons évidemment de lance et pas d'extincteur! Le rôle du chef doit être de surveiller la structure et d'empêcher les actions extérieures qui vont perturber celle-ci. L'ordre de ventiler ne peut venir que de ceux qui ont trouvé le feu et qui vont subir les effets positifs ou négatifs de cette action. Ventiler, percer, casser: tout aura un impact sur le feu au détriment des secours et des victimes.


1 - "A Discussion of the  Practical Use of Flashover  In Fire Investigation"  Patrick M. Kennedy, Kathryn C. Kennedy,
2 - J.B. Fang, J.N. Breese, Fire development in residential basement rooms, NBSIR 80-2120, National Bureau of Standards, Gaithersburg, MD, 1980.
3 - Skelly, M. J., ?An Experimental Investigation of Glass Breakage in Compartment Fires,? NIST- GCR-90-578, (Gaithersburg, MD: National Institute of Standards and Technology, 1990).

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Re: Flashover induit par la ventilation (Score: 1)
par PAT40 le 20 septembre 2010 à 22:30:53
(Profil Utilisateur | Envoyer un message)
Félicitations P.L, trés bon article !



Re: Flashover induit par la ventilation (Score: 1)
par stoller le 21 septembre 2010 à 09:48:38
(Profil Utilisateur | Envoyer un message)
Bel article , une fois de plus! Il aurait été intéressant d'avoir un peu plus de précisions sur le fait que " l'anti-ventilation possède de nombreux inconvénients". En effet, si l'on comprend bien qu'il faut essayer de laisser la structure dans l'état où les secours la trouvent en arrivant, je serais tout de même un peu emprunté de citer de 'nombreux inconvénients' de l'anti-ventilation.

Merci et bravo aux auteurs de l'article. ...et félicitations au passage à la nouvelle capitaine du Service du feu de Brasilia!



Re: Flashover induit par la ventilation (Score: 1)
par tipi007 le 21 septembre 2010 à 19:06:59
(Profil Utilisateur | Envoyer un message)
tres interressant, et la réponse a la question de Stoller est bien illustré.

mais stp PL meme si je croit avoir compris la definition en anglais... je prefererai que tu la traduise... ( et je pense que je suis pas le seul a avoir seché qq cours d'anglais!)
amitiés. tipi007


 
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