Flashover - Backdraft - Fire Gas Ignition - Contrôle du feu: combustible ou comburant?

Au fur et à mesure des formations, nous échangeons avec les stagiaires et nous accentuons les explications sur divers points. L'importance de ces points, ou du moins l'importance que nous y accordons, varie progressivement, au long des échanges. Ainsi, certains éléments qui semblaient importants s'avèrent en fait primordiaux pour la compréhension des phénomènes et surtout dans le cadre de l'impact sur les interventions (aspect tactique et opérationnel). C'est le cas de la différence entre feu contrôlé par le combustible et feu contrôlé par le comburant que nous allons détailler ici.

Le feu est représenté traditionnellement par le triangle du feu. C'est une représentation simple, mais qui suffit dans le cadre de l'étude des feux de locaux. Initialement, le combustible est un combustible solide, par exemple le canapé ou la télévision, tandis que l'oxygène de l'air constitue le comburant. Il n'est disponible qu'à hauteur de 21% dans l'air ambiant, mais en dessous de 15% environ, il n'y a plus de combustion vive. Le volume de comburant utilisable pour un feu vif dans un local n'est donc que de 21-14=7% du volume total de ce local. Le comburant disponible pour le feu est donc limité. Le fait que les fenêtres soient ouvertes ou fermées ne changent rien à ce volume. En effet nous devons considérer le feu comme un phénomène qui se renouvelle: la fenêtre ouverte amènera un renouvellement du comburant, mais ne pourra pas influer le volume maximal disponible. Ce n'est pas parce que la fenêtre est ouverte qu'il y a un volume d'air plus important dans une pièce! Le feu pourra donc continuer d'exister en fonction du renouvellement de comburant (donc sur une notion de pérennité du feu), mais son seuil maximal sera dépendant du volume du local.

Feu contrôlé par le combustible
Au départ, le feu est de petite taille et son besoin en comburant est inférieur à ce qui est disponible. L'ampleur du feu ne dépend donc que du combustible en cours de réaction, puisque le comburant est disponible en quantité supérieure aux besoins.
Nous disons donc que le feu est "contrôlé par le combustible".

Feu contrôlé par le comburant
Puisque le feu dispose de plus de comburant que nécessaire, il progresse, afin d'équilibrer son fonctionnement. En effet, toutes les réactions chimiques cherchent à s'équilibrer et dans le cas présent, il y a déséquilibre par sur-abondance de comburant. Le feu va donc progresser sur le combustible solide (le canapé par exemple). Au fur et à mesure de l'évolution, la quantité de combustible en cours de réaction, va augmenter. Et comme la combustion consomme du comburant, la consommation d'oxygène va également augmenter.
Nous aurons donc 3 paramètres

L'augmentation de la consommation de comburant
Le volume initial de la pièce (dont le volume est fixe), qui sert de zone tampon
Le renouvellement du comburant par les ouvertures existantes

Pour comprendre l'évolution, nous pouvons prendre l'exemple d'une personne qui travaille, à un salaire et gagne à la loterie. Pendant quelques mois cette personne va pouvoir dépenser plus qu'elle ne gagne avec son salaire. Le gain à la loterie servira en quelque sorte de "zone tampon".

Mais cette situation de "sur-consommation" ne pourra durer que tant que la réserve initiale (le gain à la loterie) ne sera pas épuisée. Lorsqu'elle le sera, la consommation mensuelle ne pourra se faire qu'en fonction du salaire. Dans notre incendie, il va se produire la même chose: au départ, le volume de comburant présent dans le local, va permettre au feu de prendre de l'ampleur jusqu'à un certain seuil. Ensuite, le feu va moduler son intensité en fonction du renouvellement de comburant. Il va donc baisser en intensité, en arrêtant de s'étendre puisque même si le combustible est disponible, c'est le comburant qui devient l'élément limiteur.

C'est en quelque sorte la situation dans notre cheminée à foyer fermé: le feu démarre, prend de l'ampleur, puis se stabilise. Si nous ouvrons un peu plus l'arrivée d'air, il reprend de l'ampleur, si nous la fermons, il baisse en intensité, alors même que nous ne changeons pas la quantité de combustible.

L'ampleur du feu ne va plus dépendre du combustible, mais bien du comburant, dont les variations de renouvellement vont avoir un impact majeur sur l'ampleur du feu. Nous parlerons alors d'un feu "contrôlé par la ventilation" ou d'un feu "contrôlé par le comburant".

Pris de façon isolé, ce changement de dépendance (combustible puis comburant) est un point intéressant. Mais pris dans l'ensemble de l'évolution du feu, l'impact est nettement plus important.

Situation de contrôle par le combustible
Analysons la situation au moment où le feu est contrôlé par le combustible, donc au démarrage. Dans un feu de local, le combustible est solide. C'est par exemple le canapé qui brûle. Ce canapé est fixe: il ne va certainement pas se déplacer tout seul! La vitesse de propagation est lente: il va s'écouler plusieurs dizaines de secondes, voir plusieurs minutes pour que le feu passe d'un côté à l'autre du canapé. L'approche va se faire assez facilement : le canapé émet principalement sa chaleur par rayonnement donc tout autour de lui, car à ce stade la colonne de flamme et la production des fumées sont encore minimes.
Face à un tel objet, les techniques d'extinctions sont connues et efficaces: un seau d'eau, une lance même mal réglée, une pelle avec laquelle on va taper etc... Le choix est vaste. Enfin, les actions des secours (autres que l'extinction) n'ont pas d'impact sur l'évolution du feu: l'ouverture d'une porte, le bris d'une vitre... apporteront du comburant mais comme celui-ci est déjà disponible en quantité supérieure aux besoins, cela n'aura pas d'impact.

Situation de contrôle par le comburant
Le fait que le feu devienne contrôlé par le comburant, s'accompagne de nombreux changements. En premier une forte production de fumée. Sans rentrer dans les détails, il faut savoir que cette production de fumée n'est pas liée à la pauvreté en comburant. L'appauvrissement en comburant baisse l'intensité du feu, mais ne produit pas de fumée, du moins dans un feu "naturel". Pourtant, lorsque l'on ferme l'entrée d'oxygène sur un chalumeau, ça fume! Exact, mais cela fume car on continue à envoyer du combustible. Dans la réalité d'un incendie, lorsque le comburant diminue, le feu se régule et baisse en intensité.

D'ailleurs dans le foyer fermé de la cheminée, la fermeture partielle de l'arrivée d'air baisse l'intensité du feu, mais ne produit pas plus de fumées (le feu fume quelques instants simplement parce que le combustible qui était précédemment en feu, pyrolyse un peu).

La raison principale expliquant la production massive de fumée dans un local, c'est la présence du plafond. La flamme est une flamme de type "diffusion" c'est-à-dire une flamme qui capte le comburant sur toute sa surface. Or le bas de la flamme est bien oxygéné par l'apport de comburant (et continue donc à grossir,) mais le haut de la flamme se trouve dans une zone sous-oxygénée (CO et CO2) et touche le plafond. Nous avons donc une flamme qui est correctement oxygénée en bas, mais dont le haut ne peut plus capter de comburant: c'est donc le haut de la flamme qui fume. Or, ces fumées étant composée principalement de carbone, elles sont inflammables.

Nous allons donc avoir un changement dans le type de combustible présent dans le local. Au départ, le combustible est essentiellement solide, mais progressivement la proportion de combustible gazeux va augmenter dans des proportions importantes. La chaleur augmentant, la sur-pression se fait de plus en plus forte par rapport à l'extérieur du local ou de la structure. Forte surpression, surtout en partie haute, dépression par endroits: tout est en place pour permettre le déplacement de la fumée. Le combustible a donc changé de type: il est désormais gazeux et mobile. Il se déplace sur de grandes distances et se laisse difficilement approcher à cause de la chaleur qu'il émet. En effet, la présence de particules de carbone fait que cette fumée se met à rayonner et transmet sa chaleur à tous les éléments du local. Sa légèreté est telle que le moindre geste la perturbe et pénalise en quelques secondes les intervenants, en leur faisant perdre tous leurs repères. Dans ce combustible, la vitesse de propagation est extrême et les techniques d'extinction habituelles sont inopérantes.

Enfin, l'élément dont dépend le feu pour sa croissance, n'est plus facilement identifiable. Dans le cadre d'un feu contrôlé par le combustible, celui-ci est visible et solide. Mais lorsque le feu devient contrôlé par le comburant, alors même que le combustible gazeux provoque l'augmentation rapide du risque, l'élément "déclencheur" du changement de situation devient invisible puisqu'il s'agit désormais du comburant donc en partie de l'air ambiant. La pénétration du comburant dans la structure est quasi inévitable puisqu'elle se fera avec la pénétration des secours. Même le simple fait de chercher à ouvrir pour extraire les fumées, aboutira à la pénétration de l'air, sauf si la sortie des fumées se fait exclusivement en partie haute, ce qui n'est pas toujours simple à réaliser.

Cette variation dans l'évolution du feu peut se résumer dans un tableau:

Feu contrôlé par	L'élément contrôlant est	Type de Combustible	Position du combustible	Propagation	Impact de la pénétration	Modes d'extinction traditionnels	Approche générale
Combustible	Visible	Solide	Fixe	Lente	Aucun	Adaptés	Adaptée
Comburant	Invisible	Gazeux	Mobile	Rapide	Important	Inadaptés	Inadaptée

Une évolution historique
L'incompréhension de nombreux sapeurs-pompiers face aux Progressions Rapides du Feu et leur difficulté à prendre conscience des dangers, vient sans doute du fait que l'enseignement traditionnel porte exclusivement sur les feux contrôlés par le combustible.
Cette phase du feu existe au début, mais également à la fin de l'incendie: une fois que le feu est extériorisé (fenêtre éclatée, toiture arrachée...), il redevient "contrôlé par le combustible" car l'apport d'air est redevenu important. Le feu va donc mourir, plus ou moins rapidement, mais toujours en fonction de la diminution de la quantité de combustible puisque le comburant est disponible en sur-quantité.

Nous avons donc trois périodes: une première avec un feu contrôlé par le combustible, une seconde, avec un contrôle par le comburant et enfin le déclin du feu avec à nouveau contrôle de celui-ci par le combustible.

La pression engendrée par un incendie est insuffisante pour provoquer la rupture des vitres (nous parlons ici de pression par augmentation de température et pas par explosion): c'est la différence de température entre les deux faces qui en provoque la rupture. Tant que les habitations n'étaient équipées que de simples vitrages ou de doubles vitrages de mauvaise qualité, les vitres cédaient rapidement sous l'effet de la chaleur et le comburant pouvait alors pénétrer dans la structure, en grande quantité. Il n'y avait donc pratiquement pas de feux contrôlés par le comburant.

Le changement dans les habitations s'est produit suite au premier choc pétrolier de 1973 (Guerre Israélo - Arabe ou "Guerre du Kipour"). A partir de cette date, l'augmentation du prix du pétrole a aboutit à la mise en oeuvre d'une politique d'économie d'énergie et d'isolation des habitations. Initialement réalisée de façon très imparfaite, cette isolation est aujourd'hui très efficace.

Il y a quelques années, la phase de "contrôle par le comburant" était donc très courte et même parfois absente. Les sapeurs-pompiers ne se trouvaient donc confrontés qu'à des feux contrôlés par le combustible, alors que nous sommes, et que nous serons, de plus en plus confrontés à des feux contrôlés par le comburant. Or, la majeur partie des formations données encore aujourd'hui aux services de secours, prend en compte des paramètres datant d'avant cette période, et l'encadrement (officiers, sous-officiers) a évidemment été formé sur ces principes, qui ne sont plus en adéquation avec l'habitat actuel.

Impact sur les tactiques
Ce changement profond dans le type de feu nécessite une remise en cause profonde. En terme de moyens hydrauliques, le refroidissement des gaz chauds ne peut se faire qu'avec un petit débit de l'ordre de 115 à 150 lpm et une lance ouverte pendant 1/2 seconde au maximum, ce qui ne s'improvise pas. Il semble possible de lutter avec des moyens hydrauliques restreints, sauf que nous sommes face à des feux à propagation rapide, dont l'ampleur risque de rapidement dépasser la capacité de tels moyens. Une simple chambre à coucher de 4m x 4m et de 2,40m de hauteur de plafond, peut contenir 38m3 de fumées, donc 38m3 de combustible gazeux...

Il faut donc prévoir des moyens puissants, permettant d'obtenir des débits de l'ordre de 400 à 500 lpm, qui eux seuls permettent d'enrayer la propagation du front de flamme dans la zone gazeuse lors du déclenchement des phénomènes. Cette propagation se faisant en quelques secondes, partir avec des petits moyens en se disant que l'évolution des moyens se fera suivant l'évolution de la situation, est totalement irresponsable.
Ceci engendre de profonds changements dans les modes d'établissement (mise en oeuvre des tuyaux) puisque ces débits ne sont disponibles qu'avec des tuyaux souples de 40 à 45mm. Les mises en oeuvre avec des écheveaux, des caisses ou des sacs doivent donc être étudiées et mises en place.
Au niveau purement tactique, l'approche ne peut plus se faire en prenant seulement en compte la recherche d'un local en feu dans une structure, mais en prenant en compte la pénétration dans la structure elle-même, puisque le simple fait de rentrer va apporter du comburant. La moindre ventilation va donc avoir un impact important: il faut suivre parfaitement les ordres donnés et établir des communications radios, constantes.

Impact sur les rôles
Le rôle des intervenants doit également être revu. Face à un feu extériorisé, chacun fait à peu prés la même chose que le voisin. On arrose, sans trop savoir où, ni quoi, et on court dans tous les sens. Un petit coup de fatigue? Il suffit de donner la lance au voisin. Lors d'un feu traité de l'intérieur, les choses changent radicalement. Les sapeurs-pompiers qui entrent doivent être bien équipés et ne doivent pas découvrir l'usage de la lance! Ils doivent répéter les gestes en exercices et doivent savoir faire preuve de calme. A l'extérieur, le reste de l'équipe doit prendre conscience de l'impact des actions. La moindre fenêtre que l'on va briser peut mettre très rapidement en danger ceux qui sont dans la structure, puisque cela va avoir un impact sur la ventilation. On ne décide plus unilatéralement de ce que l'on va faire et on prend les ordres auprès du sous-officier, qui va devenir le véritable chef d'orchestre de l'intervention.

La ventilation interne
Afin d'illustrer les changements, nous allons prendre l'exemple d'une action dans un local, en nous basant sur une simulation informatique, réalisée avec l'outil FDS.

Le plan ci-contre représente une habitation avec un feu dans le salon, à gauche. La petite fenêtre est ouverte, ainsi que la porte donnant sur le couloir. Repérée A, la porte donnant sur l'extérieur, est fermée, tout comme la porte B donnant sur le local de droite dans lequel nous soupçonnons la présence d'une victime. Le feu démarre rapidement, consomme le comburant contenu dans le local en feu et dans le couloir, puis stagne avec un apport de comburant qui ne dépend plus que des dimensions de la petite fenêtre. Dans le local en feu, le courant de convection (courant d'air venant des ouvertures et se dirigeant vers le foyer) permet d'entretenir une température importante, empêchant toute survie au-delà de quelques minutes

Dans le couloir, l'absence du courant de convection empêche une augmentation trop importante de la température, mais provoque un effet pervers: n'étant pas soumis à une différence de pression haut-bas, les fumées descendent jusqu'au sol. Dans le couloir, c'est donc la toxicité qui empêche la survie, là encore au-delà de quelques minutes. En clair, les personnes qui seraient dans le salon ou le couloir, sont mortes avant l'arrivée des secours.

A leur arrivée, les secours ouvrent la porte A. Comme nous le voyons sur la courbe, la puissance chute (extraction des gaz chauds) puis remonte par l'apport de comburant.

Après avoir ouvert la porte d'entrée (A) les secours ont sans doute reculé devant la sortie rapide des fumées, puis se sont avancés dans le couloir. Une minute après, ils se trouvent face à un dilemme: faut-il tourner à gauche et attaquer, ou tourner à droite et procéder à l'exploration de la chambre, jusqu'alors épargnée, en ouvrant la porte B?
La courbe montre qu'à cet instant, le feu a gagné en intensité, mais que celle-ci est toujours contrôlable. Par contre, à l'ouverture de la porte B, les choses s'aggravent très rapidement.
En quelques secondes, le feu va profiter d'un apport massif de comburant, monter rapidement en puissance, et atteindre le flashover (flashover induit par la ventilation). Cette rapidité dans l'apport du comburant peut s'expliquer par plusieurs points:

La distance séparant ce volume du local en feu est très faible
Alors que l'apport d'air par la porte A ne peut se faire que par la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur, l'extraction de l'air du local (porte B) se fait non seulement par la différence de pression, mais aussi par l'effet de piston des fumées qui entrent
Sur son trajet, l'air venant de ce local, n'est pas bloqué par l'extraction des fumées puisque à cet instant le courant de convection a été remis en place dans le couloir.
L'arrivée de comburant par la porte A provoque sans doute un mini-effet Venturi, favorisant l'extraction de l'air de ce local, et son transport vers le foyer.

Dans le cas présent, si l'ouverture de la porte A a produit une aggravation de la situation, l'ouverture de la porte B a fortement accentué cette progression.

Note, à titre informatif: quelques dizaines de secondes après l'ouverture de la porte B, la température monte à plus de 200°C dans le local et la toxicité est également telle que la vie devient très vite impossible. N'étant pas ouvert sur l'extérieur, le local n'est pas sensible au courant de convection et la fumée descend rapidement jusqu'au sol.

Reconnaissance, sauvetage...
Cette petite analyse peut sembler "virtuelle". Pourtant elle correspond parfaitement à de très nombreux accidents durant lesquels les sapeurs-pompiers se sont engagés pour effectuer des sauvetage, en laissant le feu de côté. Cependant, la marche générale des opérations, encore enseignée en formation, précise bien qu'il faut d'abord faire la reconnaissance puis les sauvetages, l'attaque venant ensuite. Mais là encore nous sommes sur des données qui correspondent à des feux contrôlés par le combustible, c'est-à-dire des méthodes datant d'avant l'isolation des habitations. Ce choix de faire la reconnaissance et les sauvetages correspond a des actions menées depuis l'extérieur de la structure. Ce qui est logique: à l'époque de la mise en place de cet ordre des choses, les feux étaient traités de l'extérieur, par du personnel qui ne possédaient de toutes façons pas le matériel pour entrer dans les structures en feu.

Cet ordre des choses reste parfaitement valable: à l'arrivée sur les lieux, il faut faire une reconnaissance totale (mais extérieure!) de la structure. Ensuite, il faut effectuer le plus rapidement possible les sauvetages (là encore par l'extérieur!) des personnes qui ont été repérées visuellement lors de la reconnaissance. Ensuite il faut mettre en oeuvre des moyens hydrauliques et il faut attaquer, rapidement, avec le maximum de force, pour tuer le feu avant qu'il ne s'extériorise. Avec des moyens puissants, cette extinction sera menée en quelques instants. Il faudra ensuite ventiler et explorer la totalité de la structure, pour sortir les seules personnes qui ont réellement des chances d'être vivantes: les personnes qui étaient confinées. Ainsi, ces personnes sortiront en traversant des zones qui ont été sécurisées et ventilées. Si la vision extérieure impliquait et implique toujours de faire les sauvtages avant d'attaquer, dès que l'on passe en vision intérieure, il faut attaquer pour sauver. Car à part James Bond, il y a peu de gens capables de courir plus vite qu'un front de flamme qui progresse dans un combustible gazeux...

Conclusion
L'arrivée sur les lieux, face à un feu contrôlé par la ventilation, devient désormais la règle, compte tenu de l'habitat. L'évolution des structures doit nous inciter à regarder les feux de façon différente. La moindre action doit être réfléchi et concerté. Les feux ont changé: il faut changer les habitudes.�