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Présentation
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RÉSUMÉ
Dans les incendies, la visibilité au travers des fumées peut conditionner l'évacuation des personnes. Les phénomènes de génération des fumées, et en particulier celle des suies qui en sont l'un des composants principaux, sont ainsi décrits. La quantité de fumée produite est mesurée à l'aide de systèmes optiques appelés opacimètres, ou évaluée indirectement au travers d'une méthode basée sur un rapport entre combustible brûlé et suies produites. L'article présente ensuite les modèles liant opacité des fumées et visibilité. pour teriner, il s'attarde sur la prise en compte de l'opacité des fumées et de l'évaluation de la visibilité dans différentes réglementations.
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Eric GUILLAUME : Responsable recherche et développement - Direction des essais - Laboratoire national de métrologie et d'essais, Paris, France
INTRODUCTION
Les incendies produisent rapidement de grandes quantités de fumées. La fumée est composée de gaz de combustion, de gouttelettes d'eau ou de combustible en suspension et de suies. Les conditions de génération de la fumée dépendent du matériau considéré, mais aussi de ses conditions de combustion. Les phénomènes de génération de la fumée, et en particulier des suies, sont ainsi très complexes.
L'une des caractéristiques de la fumée est l'opacité. L'opacité représente la propriété optique des fumées à atténuer un faisceau lumineux entre une source et un observateur. L'effet de cette opacité sur l'observateur se traduit sous forme de visibilité. Cette visibilité dépend donc de chacun, ainsi que de l'objet à discerner au travers des fumées. La visibilité au travers des fumées est l'un des paramètres conditionnant l'évacuation des personnes. Néanmoins, le lien entre les deux grandeurs opacité-visibilité reste difficile à établir.
La mesure d'opacité prend globalement en compte l'atténuation lumineuse due à toutes les composantes de la fumée en évaluant l'atténuation de la lumière par le milieu. Les dispositifs de mesure sont des opacimètres et plusieurs essais ont été développés et normalisés pour quantifier la propension d'un matériau à produire de la fumée lorsqu'il est soumis à un scénario d'échauffement.
Pour considérer le risque que représente la perte de visibilité, il convient de déterminer ensuite la relation entre l'atténuation lumineuse observée et la visibilité. Différents modèles ont ainsi été établis pour représenter ce lien, dans un domaine de validité restreint. Ces modèles sont entachés d'une forte incertitude.
La mesure d'opacité des fumées est reprise en tant que caractéristique essentielle dans différentes réglementations du bâtiment et des transports. La visibilité est quant à elle considérée dans les approches d'ingénierie de la Sécurité Incendie, par exemple du fait de son interaction avec l'évacuation des personnes. Cela nécessite de calculer l'opacité, puis d'utiliser l'un des modèles opacité-visibilité pour en déduire l'effet sur les personnes.
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Évaluation de la quantité de fumée
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2. Approche théorique de la production de fumées
2.1 Processus de génération des fumées
La fumée issue de la pyrolyse et de la combustion des matériaux dépend de la nature du matériau et des conditions de dégradation et de combustion. Cette fumée est constituée d'aérosols solides en suspension appelés suies et ayant un fort pouvoir opacifiant, ainsi que de gouttelettes liquides (eau et éventuellement combustible en suspension) et de gaz. Les gaz ont en général peu d'incidence sur l'opacité totale des fumées. Le processus de formation des suies est le plus complexe et est détaillé ci-après.
Les suies contenues dans la fumée sont principalement formées lors de la cokéfaction des combustibles, car la température en phase gazeuse est insuffisante pour oxyder tout le carbone. Ainsi, des noyaux aromatiques s'accolent pour former des composés allant des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) à des réseaux macromoléculaires (cokes). La formation des suies est donc liée de manière importante à la présence de noyaux aromatiques dans le combustible et à la facilité qu'ont ceux-ci à se former (rapport molaire de carbone dans le monomère, nombre de liaisons C—C, présence de doubles liaisons).
L'énergie pour que ces noyaux s'assemblent est inférieure à celle nécessaire à leur destruction et les suies se forment donc préférablement. Les composés comme le toluène ou les polystyrènes par exemple, présentent dans leur structure des noyaux aromatiques. Ils auront tendance à produire de grosses quantités de suies lors de leur combustion. Des exemples de production de suies pour différents combustibles figurent dans le tableau 1. Ce dernier montre la présence de structures plus ou moins « fumigènes ». En effet, le polyoxyméthylène (POM) ne présente pas de liaisons C—C et sa combustion ne génère pas de suies. Le poly(méthyl méthacrylate) (PMMA) présente des liaisons C—C, mais certains atomes de carbone sont déjà liés à des atomes d'oxygène et la configuration spatiale de la molécule ne facilite pas le repliement des atomes en un cycle aromatique. Le polypropylène (PP) est composé de trois liaisons C—C disposées spatialement à 120o. Le monomère forme alors déjà un demi-cycle aromatique et la formation de suies est favorisée. Le polystyrène (PS) comporte déjà des noyaux aromatiques. L'énergie...
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Approche théorique de la production de fumées
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - HAMINS (A.) - Soot. - In Environmental Implications of Combustion Processes. Chapter 3, CRC Press, BOCA RATON (F.L.), PURI (I.K.), Editor, 71-95 p. (1993).
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(3) - DRYSDALE (D.) - Production and measurement of smoke. - In An Introduction to Fire Dynamics, 2nd edition, Wiley ed., ISBN 0-471-97291-6.
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(4) - BOUGUER (P.) - Essai d'Optique sur la Gradation de la Lumière. - Éd. JOMBERT (C.), Paris (1729).
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(5) - LAMBERT (J.H.) - Photometria, sive de mensura et gradibus luminis, colorum et umbrae, Sumptibus Vidae Eberhardi Klett. - (1760).
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(6) - BEER (A.) - Bestimmung der Absorption des rothen Lichts in farbigen Flüssigkeiten. - Annalen...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
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Chimie de la combustion – Production et mesurage des aerosols http://www.iso.org - ISO 29904 - 2013
-
Essais de réaction au feu – Débit calorifique, taux de dégagement de fumée et taux de perte de masse – Partie 1 : débit calorifique (méthode au calorimètre conique) http://www.iso.org - ISO 5660-1 - 2002
-
Essais de réaction au feu – Débit calorifique, taux de dégagement de fumée et taux de perte de masse – Partie 2 : taux de dégagement de fumée (mesure dynamique) http://www.iso.org - ISO 5660-2 - 2002
-
Standard Test Method for Smoke Obscuration of Insulating Materials Contained in Electrical or Optical Fiber Cables When Burning in a Vertical Cable Tray Configuration http://www.astm.org - ASTM D 5424 - 2010
-
Mesure de la densité de fumées dégagées par des câbles brûlant dans des conditions définies – Partie 1 : appareillage d'essai http://www.afnor.org - NF EN 61034-1 - 2005
-
Méthodes d'essai au feu – Détermination de l'opacité des fumées en atmosphère non renouvelée – Partie 1 : description du dispositif d'essai...
ANNEXES
Arrêté du 21 novembre 2002 relatif à la réaction au feu des produits de construction et d'aménagement, JO du 31 décembre 2002 – p. 22126-22133.
Arrêté du 25 juin 1980 modifié portant approbation des dispositions générales du règlement de sécurité contre les risques d'incendie et de panique dans les établissements recevant du public.
Arrêté du 22 mars 2004 relatif à la révision des articles DF sur le désenfumage et à l'Instruction Technique 246, JO du 1er avril 2004 – p. 6343-6358.
Article R 235.4.8 du décret no 92.332 du 31 mars 1992 (JORF du 1er avril 1992) modifiant le code du travail (deuxième partie : Décrets en Conseil d'État) et relatif aux dispositions concernant la sécurité et la santé que doivent observer les maitres d'ouvrage lors de la construction de lieux de travail ou lors de leurs modifications, extensions ou transformations.
APSAD R17. Règles d'installation. Désenfumage. Systèmes de désenfumage naturel.
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