Flashover - Backdraft - Fire Gas Ignition - Les FGI (Fire gas Ignition)

Flashover et Backdraft remplissent régulièrement les colonnes des revues pour les sapeurs-pompiers. Décrits comme tueurs de pompiers ces phénoménes sont relativement connus, du moins en apparence. Evidement, une lecture de l'aticle sur le flashover induit par la ventilation permet de comprendre que le soit disant tueur n'est pas autonome et que dans bien des cas, les secours lui prétent involontairement main forte.
Ceci étant, la famille des flashovers ("classiques" et induits par la ventilation) et celle des backdrafts, ne constituent que deux des trois familles de phénomènes. Et paradoxalement, c'est bien la troisième famille qui pose le plus de problème.

Le triangle du feu
La représentation du feu par le triangle est la représentation la plus communément admise. Elle repose sur le fait que le feu a besoin de trois éléments: le combustible, le comburant et une source initiale d'énergie qui sera par la suite auto-générée par le feu.

Triangle ou tétraèdre ?
Le remplacement du triangle par le tétraèdre est un phénomène que l'on peut qualifier de mode. Partant du principe que le triangle représente les éléments par ses côtés, si l'on souhaite en ajouter un quatrième, il suffit de dessiner un carré et pas une forme géométrique que peu de gens sont capables de se représenter (ou de dessiner) en 3 dimensions. Si l'on veut montrer la réaction en chaîne, il suffit de regarder autour de soi pour constater que l'humain représente les cycles par des flèches qui tournent: rond-point, logo du recyclage etc. Il reste donc à utiliser le triangle en lui ajoutant une flèche "rotative" centrale. Pour l'anecdote, il faut savoir que la représentation du feu par le tétraèdre existe bel et bien, et ce depuis très longtemps. Nous en trouvons trace dans l'ouvrage de Platon (philosophe Grec né à Athènes en 428 avant JC) intitulé "Timée".
Sur Wikipedia, nous trouvons l'information suivante: "Les solides de Platon jouent un rôle premier dans la philosophie de Platon, à partir duquel ils ont été nommés. Platon, dans le dialogue Timée (env. 358 av. J.-C.), associait chacun des quatre Éléments physiques (la Terre, l'Air, l'Eau et le Feu) avec un solide régulier. La Terre était associée avec le cube (Timée, 55d), l'Air avec l'octaèdre, l'Eau avec l'icosaèdre et le Feu avec le tétraèdre. Il existait une justification pour ces associations : la chaleur du Feu semble pointue et comme un poignard (comme un peu le tétraèdre). L'Air est constitué de l'octaèdre ; ses composants minuscules sont si doux qu'on peut à peine les sentir."
Comme nous le voyons, nous sommes bien loin de la pédagogie et des sapeurs-pompiers. Restons donc au triangle.

Pour comprendre l'ensemble des phénomènes, revenons sur la combustion et la flamme.
Dans son développement le feu opère en plusieurs phases: le combustible solide est chauffé. Sous l'effet de la chaleur il se décompose et se met à émettre des gaz de pyrolyse, à forte teneur en carbone. Lorsqu'il n'y a pas de flammes ou que la production des gaz en est éloignée, ces gaz sont visibles sous forme de fumées blanches. Lorsqu'il y a une flamme très proche, ces gaz ne sont émis que sur quelques millimètres, puisqu'ensuite ils prennent feu. Une observation attentive d'un simple morceau de bois en feu montre que la flamme est à une courte distance de cette matière solide. Ce sont donc bien les gaz, émis par le bois chauffé, qui prennent feu.
Nous avons deux phénomènes distincts: d'un côté la pyrolyse donc la dégradation du combustible solide par la chaleur, et de l'autre la combustion, c'est à dire l'association de ces gaz avec le comburant (oxygène de l'air).
La pyrolyse et la combustion se distinguent par un point particulier: la pyrolyse ne consomme pas de comburant, alors que la combustion en consomme. Une recherche sur le mot "pyrolyse" sur Google vous amènera sur de nombreux sites internet concernant le traitement des déchets par pyrolyse car ce procédé permet de dissocier les composés chimiques, pour ensuite les récupérer. Or vous verrez que certains fours à pyrolyse travaillent même sous vide!

Cette distinction relative au besoin (ou non) de comburant est un des points clefs permettant de comprendre cette troisième famille de phénomènes.
L'autre compréhension nécessaire concerne la production de fumée lors de la combustion. Elle peut provenir de deux points: en premier d'un combustible dont la teneur en carbone est supérieure à ce qu'il est possible de faire réagir avec l'oxygène disponible.

C'est le cas des pneus: même en plein air, leur combustion produit beaucoup de fumée noire car même en les chauffant assez peu, l'émission de gaz carboné est importante. Malgré l'oxygène disponible, la réaction chimique ne peut se faire correctement. Le carbone qui, faute de comburant, ne peut réagir, est donc émis sous forme de suie ce qui explique la fumée noire.
Par contre, des pneus qui pyrolysent fument blanc, comme nous le voyons bien sur les vidéo montrant des "burns" effectués par des motards (blocage de la roue avant et forte accélération destinée à provoquer l'échauffement du pneu arrière)

Pour les combustibles moins carbonés (les plus courants en fait), l'explication est tout autre. Voir à ce propos les vidéos relatives à l'importante production de fumées avec une simple bougie.

Contrairement à un avis communément répandu, un feu sous ventilé ne fume pas. Il baisse en intensité et si la sous-ventilation s'accentue, il s'éteint. Le combustible, encore chaud, se met alors à produire une grande quantité de gaz de pyrolyse, blancs. Un feu fume noir lorsque le bas de la flamme est correctement oxygéné alors que d'autres parties supérieures de cette même flamme ne le sont pas. La partie basse chauffe le combustible, extrait les gaz carbonés qui sont propagés dans la flamme par un phénomène portant le nom de diffusion moléculaire. Ces gaz réagissent avec l'oxygène qui environne la flamme. Il suffit de toucher celle-ci ou de mettre le haut de la flamme dans une zone sous oxygénée pour que ces gaz ne puissent plus réagir et soient émis sous forme de suie, produisant ainsi la "fumée noire" typique des feux de locaux.

Nous avons donc deux types de réaction:

la pyrolyse qui n'a pas besoin de comburant et qui produit de la fumée blanche
la combustion qui a besoin de comburant et qui, dans certains cas de perturbation de la flamme, produit de la fumée noire.

Le flashover
Dans le cadre du flashover, le triangle du feu est complet. Il y a présence de combustible, de comburant et d'énergie. Le feu progresse, pour atteindre ce point de non retour qui lui permettra de se propager rapidement dans tout l'espace (local). Dans le cas du flashover, rien ne manque au triangle du feu: celui-ci se contente d'évoluer. Nous pouvons dire que le flashover se produit dans le local où se trouve le foyer. Evidement, les flammes peuvent en sortir, mais ce n'est là que le résultat de l'événement et pas un autre phénomène.

Le backdraft
Dans le cas du backdraft, un élément manque au triangle du feu: le comburant. Etant donné que la combustion consomme de l'oxygène, si le renouvellement ne se fait pas, au bout d'un certain temps le comburant va manquer. Le feu va alors baisser en intensité, puis s'éteindre. A partir de cet instant, il n'y aura donc plus de combustion dans le local, mais la chaleur des éléments leur permettra toujours de pyrolyser, puisque la pyrolyse n'a pas besoin de comburant. La diminution de quantité du comburant associée à la poursuite de production du combustible gazeux par la pyrolyse, va amener le mélange au delà de la limite supérieure d'inflammabilité: le mélange sera donc trop riche pour prendre feu, même si le local est très chaud.
A l'ouverture du local, l'air va entrer tandis que les fumées vont sortir. Le mélange va donc évoluer, pour entrer progressivement dans la zone d'inflammabilité. La puissance de cette inflammation et son éventuel caractère explosif, vont dépendre du moment où la mise à feu se produira. Celle-ci peut survenir par auto-inflammation du mélange gazeux ou par le fait que les braises redonnent des flammes.
Mais dans les deux cas, la situation initiale est la même: absence de comburant donc triangle du feu incomplet.

Les FGI
Les Fire Gas Ignition sont désormais assez faciles à comprendre. Cette troisième famille de phénomène se caractérise également par un triangle du feu incomplet. Mais cette fois, l'élément manquant, c'est l'énergie.

Exemple
Prenons comme exemple le plan de maison ci-dessous. Dans la pièce 1, le lit est en feu. Dans cette pièce, la fenêtre est ouverte donc le feu progresse. En partie basse du local se trouvent les trois éléments du triangle du feu: énergie produite par la chaleur de l'incendie, combustible (le lit) et comburant qui arrive par la fenêtre. Mais en partie supérieure de cette pièce 1 nous n'avons que 2 des côtés du triangle du feu: le combustible gazeux formé par les fumées et l'énergie car ces fumées sont très chaudes.
Le feu important qui se développe dans cette pièce, chauffe les parois et provoque la pyrolyse du canapé, situé dans la pièce 2.

Or nous savons que la pyrolyse ne consomme pas de comburant. Dans la pièce 2, nous avons donc un triangle du feu incomplet, mais dont il ne manque pas le même élément que dans le haut de la pièce 1. Dans la pièce 2 nous avons du combustible (gaz de pyrolyse) et du comburant. Mais il manque l'énergie.
Lorsque les secours vont arriver (trajet A), ils vont ouvrir la porte pour attaquer le feu. Ils vont alors mettre en communication les deux pièces. La pièce 1 est chaude, il y règne donc une pression assez forte. A l'ouverture de la porte, les fumées surchauffées présentent en haut de la pièce 1, vont sortir. Ces deux éléments du triangle du feu (combustible et énergie) vont trouver l'élément manquant (comburant) dans la pièce 2. Les fumées de la pièce 1, en passant dans le pièce 2, vont donc prendre feu et vont ainsi générer l'énergie nécessaire à l'inflammation des gaz de pyrolyse, qui attendent dans la pièce 2.

Ce phénomène d'inflammation des gaz de la pièce 2 n'est pas un flashover ni un backdraft. C'est un phénomène de la troisième famille: les FGI.
Dans le cas des inflammations non-explosives, le terme employé est celui de "flash-fire". Dans le cas des inflammations explosives (par exemple si le local est clos) nous parlons de "smoke explosion". Mais dans les deux cas, ce sont des Fire Gas Ignition (FGI) donc des inflammations des gaz issus (plus ou moins directement) du feu.

Dans le local ou en dehors...
Essayons maintenant de bien faire la différence entre les trois familles de phénomènes. Dans certains cas, la différence est évidente, dans d'autres elles est plus délicate à déterminer.
Ce que nous pouvons dire c'est que le flashover et le backdraft se produisent dans le local où se trouve le foyer. Le flashover est l'aboutissement de l'évolution d'un feu dont les trois éléments (combustible, comburant, énergie) sont présents. Le backdraft est un phénomène explosif (plus ou moins, suivant l'état du mélange gazeux au moment du déclenchement). Pour le backdraft, l'élément manquant c'est le comburant. Comme le flashover, le backdraft se produit dans le local où se trouve le feu. Un des points clefs du backdraft concerne le retour du courant de convection: le local étant clos, le courant de convection (courant d'air venant de l'extérieur et allant vers le foyer pour remonter le long de celui-ci), a disparu. A l'ouverture de la porte il va y avoir "retour du courant de convection" (traduction exacte du terme back-draft).
Les FGI sont des phénomènes pour lesquels l'élément manquant est l'énergie. Les FGI peuvent se produire dans des locaux où il n'y a pas eu le feu (comme dans l'exemple de notre chambre et du canapé), mais aussi dans le local où il y avait le feu. Attention, pas où il y a, mais où il y avait.
Exemple: imaginons un feu dans une chambre. Le lit est en feu et les secours éteignent. Le danger de type flashover est écarté tout comme le danger de type backdraft. Nous avons pourtant un combustible solide (le lit) qui est encore soumis à une chaleur importante et qui va sans doute continuer à pyrolyser. Une couche de fumée blanche va se créer en partie haute. Lorsque l'équipe retournera le matelas, il est possible que cela déclenche une ré-inflammation partielle du foyer, par le mouvement d'air ainsi provoqué. Cette ré-inflammation pourra mettre à feu la couche de fumée. Ce ne sera pas un flashober, ni un backadrft, mais un phénoméne de la famille des FGI, se produisant donc dans le local où il y avait le feu.

Comment éviter les FGI?
Se rappeler que le danger n'est pas toujours le local en feu, mais la structure dans sa totalité. Les analyses d'interventions réalisées avec soin le démontre nettement: les accidents ont lieu entre le point d'entrée dans la structure (porte de l'appartement ou de la maison) et le foyer, mais jamais (ou très rarement) dans le local en feu, durant l'attaque. C'est donc la progression qui est le moment le plus dangereux. Les moyens hydrauliques doivent être mis en place avant de pénétrer dans la structure. La progression doit se faire en réalisant des impulsions (pulsing) fréquentes. Ne pas oublier que les impulsions ont pour effet de rabaisser la température, mais également de diluer les gaz donc de les rendre plus difficilement inflammables. Lors du passage de porte, toujours se réserver une zone froide, au dessus de soi, en pulsant verticalement.
Idéalement, posséder une lance dont le débit maximal disponible est de l'ordre de 400 à 500lpm, mais qui sera utilisé à son plus petit débit pour le reroidissement gazeux. Les lances dites "automatique" sont à proscrire car les gouttes produites sont toujours de gros diamètres (résultat de la conception mécanique des têtes de diffusion) et ont un temps de contact réduit avec les gaz.

La couleur des fumées
Les fumées qui prennent feu dans le cadre des FGI peuvent être aussi bien des fumées blanches que noires ou un mélange des deux. En effet, si notre exemple prend comme base la production de fumées de pyrolyse (donc de fumées blanches) dans un local voisin de celui en feu, nous pouvons tout aussi bien imaginer un déplacement des fumées noires du local en feu vers un local voisin, parfois très éloigné, par les faux plafonds, par la porte très légèrement entre-ouverte, ou par une fissure dans le mur. Toutes les fumées, même très éloignées du local, peuvent prendre feu et doivent être traitées.

L'observation
Pour le chef de l'intervention, la connaissance du danger des FGI et du fait que les gaz de pyrolyse soient visibles sous forme de fumées blanches (que l'on confond aisément avec la vapeur d'eau) sont deux points essentiels. Imaginons là encore une intervention apparemment basique: un lit en feu est éteint par l'équipe. Dans cette pièce se trouvait donc une importante couche de fumée noire. L'équipe ventile un peu, fait disparaître cette fumée. A ce stade, la technicité des intervenants va avoir un impact important. S'ils ne savent pas utiliser correctement leur lance, ils vont envoyer beaucoup d'eau et créer beaucoup de vapeur. Il sera difficile de rester dans la pièce (perception de chaleur fortement accentuée par le taux d'humidité), mais surtout, il y aura présence d'une grande quantité de fumées blanches dont il sera difficile de savoir si c'est de la vapeur d'eau ou des gaz de pyrolyse, émis par le foyer éteint, mais insuffisamment refroidi.
Les intervenants sachant utiliser leur lance auront utilisé très peu d'eau et auront correctement refroidi le foyer, évitant ainsi le plus possible la production de gaz de pyrolyse. Il deviendra alors facile d'analyser la situation. Imaginons que, quelques minutes après une extinction parfaitement menée, avec très peu d'eau et un bon refroidissement du foyer, nous nous apercevions de la présence persistante d'une couche de fumée blanche au plafond. Puisque nous avons utilisé très peu d'eau, cela ne peut pas être de la vapeur. Puisque nous avons correctement refroidi le foyer, nous pouvons observer celui-ci pour constater qu'il ne produit pas de fumée de pyrolyse. La conclusion s'impose: il y a quelque part quelque chose qui chauffe encore. Un objet dans un placard, une fausse cloison qui cache des éléments, un meuble qui est en train de se consumer à notre insu. En tout cas, il faut chercher car cette production de gaz est potentiellement très dangereuse.
Comme nous le voyons, la technicité du porte lance peut avoir des implications très importantes!

Confusion backdraft et FGI-Smoke explosion
Il faut admettre que dans certains cas la distinction entre le backdraft et la forme explosive des FGI (smoke-explosion) est parfois délicate. Rappelons d'abord que la présence de braise ne suffit pas au déclenchement d'une explosion. Il faut soit une auto-inflammation des fumées (donc une température très élevée de celles-ci) soit une réapparition des flammes au niveau des braises.
Si nous prenons chronologiquement le déroulement du déclenchement du backdraft, que constatons nous: au départ, absence du courant de convection, local totalement enfumé (du moins s'il n'y a pas d'exutoire). A l'ouverture de la porte, apport d'air. Cet apport d'air modifie le mélange. Dans le cas de l'auto-inflammation, l'énergie est bien présente. Mais dans le cas du retour des flammes sur les braises, nous pouvons dire que l'énergie est présente, mais sous une forme insuffisante. L'apport d'air va accroître cette puissance en permettant la réapparition des flammes donc l'apparition d'une forme d'énergie plus "forte" que les braises.
Imaginons maintenant que les braises soient presque froides. Il va donc s'écouler un temps relativement long avant qu'elles ne redonnent des braises. Pendant tout ce temps, la fumée va s'échapper du local, mais les éléments mobiliers vont continuer à pyroliser. Le courant de convection va revenir, mais au bout de quelques instant, ne sera plus aussi présent. Progressivement le local va se ventiler et les signes du backdraft vont disparaître: plus de chaleur, plus de courant d'air violent à l'ouverture. Si des flammes réapparaissent alors sur les braises, nous pourrons tout aussi bien dire que l'effet explosif qui pourra s'en suivre sera un backdraft, ou une smoke explosion. Dans ce cas, la distinction sera difficile à établir.

Trois familles de phénomènes
Le fait de connaître désormais les trois familles de phénomènes, nous permet de reconsidérer bon nombre d'articles, de photo ou de vidéo. Trop souvent ces documents cherchent à mettre un nom sur les phénomènes décrits, en ayant un choix trop limité quant aux noms à donner puisque si nous ne connaissons que le backdraft sous sa forme de base et le flashover tel que nous le voyons dans les essais filmés, nous n'avons que deux termes à notre disposition. Si nous connaissons les particularités du backdraft haute pression, du backdraft "naturel" ou du backdraft avec exutoire, nous élargissons nos possibilité d'explication. Il en est de même avec le flashover et le flashover induit par la ventilation. Désormais, avec la connaissance de cette troisième famille, nous allons constater que souvent, nous trouvons désigné sous le terme de flashover tout ce qui n'explose pas et sous forme de backdraft tout ce qui explose. Ce qui est évidement très limité.
En voici un exemple frappant. Cet incendie dont la vidéo est disponible sur Youtube, y est présenté comme un "flashover".

Nous comprenons désormais que ce n'est pas le cas. Nous avons ici une inflammation des gaz, donc un phénomène de type FGI.