BACKDRAFT ET FLASH-OVER PAGE 3

Deuxième cas: la ventilation est très insuffisante pour alimenter efficacement le foyer. Là encore, il s'agit d'un phénomène intéressant les feux en milieu fermé, le terme fermé prenant ici tout son sens. A la manière du film de Ron Howard, Paul Grimwood (voir bibliographie) nous présente le backdraft: «Silencieusement derrière la porte, il attend; une bouffée d'oxygène, et il explose dans une fureur mortelle. » Le backdraft peut être défini comme une explosion de fumée contenant des imbrûlés. Comme pour le flash-over, il y a des conditions précises:
• une pièce quasi fermée (alors que le flash-over nécessitait une ouverture de ventilation);
• des matériaux combustibles à fort pouvoir fumigène ou une situation de feu permettant l'accumulation dans la pièce d'une grande quantité d'imbrûlés.

Dans cette pièce, la ventilation se fait par une très faible ouverture (par exemple, la fente sous la porte). Comme on l'a vu précédemment, le feu se développe avec l'oxygène présent dans la pièce. Mais dans ce cas, l'oxygène va manquer rapidement. L'apport se fera par la petite fente en bas de pièce., De ce fait, le feu ne s'éteindra pas et va couver, en générant des produits d'une combustion fortement incomplète: du monoxyde de carbone, des particules de carbone et d'autres produits incomplètement oxydés. La chaleur générée lors de la phase de croissance a chauffé la pièce et l'absence d'ouverture l'empêche de s'évacuer.

Si l'on raisonne avec le triangle du feu, deux des trois éléments sont présents:
• des gaz et particules combustibles dans les fumées;
• le milieu est chaud et il reste des points incandescents au niveau du foyer. Il ne manque qu'un seul élément pour qu'il y ait réaction: le comburant. Celui-ci pourra être apporté lors de la rupture du confinement:
• par une vitre qui vole en éclats sous l'effet de la chaleur; • par une porte ouverte par une per sonne qui vient voir ce qui se passe dans la pièce;
• par une vitre ou une porte brisée par les pompiers. Cet apport d'oxygène, en partie inférieure de la pièce à cause de la stratification, entre en contact avec des points incandescents du foyer qui continuait à couver. Cet apport d'air qui entre en contact avec les gaz imbrûlés amène le mélange air/gaz en dessous de la limite supérieure d'ex-plosivité (LSE). C'est alors la déflagration pouvant entraîner l'effondrement du bâtiment qui en est le siège.

Ils découlent de l'analyse du comportement du feu vue ci-dessus. Ils sont très largement décrits dans les règlements américains. Ils sont présentés ici avec explication de leur origine:
• fumée s'échappant sous pression par des petits interstices: à cause des mou vements de convection;
• fumée noire devenant gris jaune in tense: la combustion devient très in complète à cause du manque d'air. Les produits de combustion incomplète ont diverses couleurs selon la nature de leurs composants;
• confinement du feu (donc chaleur excessive): à cause de la construction;
• fumée s'échappant de la construc tion par petits nuages ou par intermit tence: à cause des mouvements de convection et des turbulences locales qu'ils créent;
• fenêtres salies par la fumée: à cause de la forte production de fumée et de suie due à la combustion incomplète;
• sons assourdis: à cause de la fumée qui remplit la pièce, les sons ne se pro pagent plus classiquement;
• mouvements d'air rapides et sou dains quand une ouverture est faite im prudemment: à cause des courants de convection et des turbulences qui créent des dépressions locales qui «aspirent» l'air frais. L'article de Paul Grimwood parle même de mouvements tellement rapides qu'ils sifflent, tel le vent à tra vers une ouverture de fenêtre;
• pas de flamme visible: le feu couve.

La modélisation du flash-over fait appel à une représentation mathématique de grandeurs physiques telles que le débit de gaz combustible, le débit calorifique, le débit d'air entrant dans le local, le débit de gaz chaud qui le quitte, les échanges de chaleur entre flamme, gaz chaud et solides exposés (combustibles ou non), la température dans gaz et solides ... L'ensemble de cette représentation mise en équations est un modèle de feu de local, compliqué par le fait que tous les phénomènes d'échanges de matière et d'énergie sont interdépendants. On aboutit à un système non linéaire d'équations elles-mêmes non linéaires.
Instabilités et flash-over. On a observé sur une maquette des phénomènes périodiques liés au flash-over (Center for Fire Research, National Bureau of Standards américain, en 1981). Le combustible solide était une plaque combustible de thermoplastique placée au niveau du sol: au moment du flash-over, une flamme sort de l'ouverture unique, puis s'éteint, peut-être parce que la surpression temporaire empêche l'air d'entrer. L'air entrant à nouveau rallume ensuite dans le local une flamme alimentée par les gaz libérés par le solide encore chaud, un nouveau flash-over se produit et les phénomènes se répètent jusqu'à consommation du combustible. De telles observations montrent que des états d'équilibres instables avec flash-over peuvent se succéder. Le phénomène de flash-over peut être vu comme une instabilité, voire comme une «catastrophe» (au sens de la théorie des catastrophes de René Thom). Nous nous limiterons ici à une présentation simple d'une approche thermique due à Thomas, Bullen, Quintiere et Mc-Caffrey (1980) * qui repose sur un modèle de feu très simple, utilisé pour montrer l'existence de certaines conditions de flash-over à partir de bascule entre des états d'équilibres énergétiques. La variation de l'énergie interne de la couche de gaz chaud sous plafond, = dU/dt , dépend de deux paramètres: un terme d'apport (A) de chaleur, la fraction du débit calorifique transporté dans les produits chauds quittant une flamme, positif, et correspondant au flux de chaleur que les foyers actifs envoient dans les gaz accumulés en partie haute du local; un terme de perte de chaleur pour ces gaz (noté P) regroupant le flux de chaleur perdu par le az chaud et entrant dans les parois et le ux de chaleur emporté hors du local par les effluents. Il se trouve que dU/dt est généralement petit devant A ou P. Le «point de fonctionnement» du feu correspond pratiquement à A = P. Ces termes d'apport et de pertes de chaleur dépendent de plusieurs paramètres, dont la température moyenne de la couche de gaz sous plafond, notée Tg. On a porté sur la figure, en fonction de Tg, le terme d'apport: il augmente lentement, puis plus vite, avec Tg. Si le débit calorifique devient contrôlé par la ventilation aux ouvertures, il n'évolue plus selon Tg, et A devient constant. Cette possibilité correspond à des valeurs élevées de la température et est traduite par un plateau sur la courbe A (Tg). L'importance de pertes augmente avec Tg. Trois courbes de pertes possibles ont été dessinées, auxquelles on a donné une allure linéaire pour simplifier le dessin. Selon la dépendance à Tg des courbes A et P, les points d'équilibre qui se succèdent au cours du temps correspondent à des durées plus ou moins longues et sont associés à des valeurs de A (ou P) et Tg très variables selon le feu. Certains points où A = P correspondent à des équilibres instables. Considérons la courbe d'apport A, en fonction de Tg, et la courbe de pertes P2. Quand Tg est peu élevée (au début du feu), on obtient un point d'équilibre tel que I, qui correspond à un équilibre tel que si Tg augmente, A augmente moins vite que P. Quand Tg augmente, on peut passer à un état représenté par le point J. L'équilibre en J est instable: si Tg augmente, A croît plus vite que P, et le système peut passer à un nouvel état, K; si Tg diminue, A diminue plus vite que P: on retombe à un équilibre du type I, stable. Une transition de J vers K représente sur cet exemple un changement marqué du régime de feu: passage du contrôle du débit calorifique par la vitesse de pyrolyse des foyers produisant les gaz combustibles (représenté par la partie concave de la courbe A) au contrôle de ce débit par la ventilation du local (représenté par le plateau). A température encore plus élevée, on observe un autre équilibre du type K sur la courbe P3. Si la forme de la courbe A et celle de la courbe P font que I et J sont voisines sur la courbe A et, à la limite, confondues (courbe A tangente à courbe P), une augmentation de température pourra rapidement faire passer le système à un point d'équilibre K qui correspond à une situation de «postflash-over» avec contrôle du débit calorifique par la ventilation du local par ses ouvertures. Cette transition de J à K est une représentation thermique d'un flash-over. Des modèles mathématiques permettent la représentation (la simulation) de tels événements. Le nombre de paramètres à considérer et auxquels il faut donner des valeurs ainsi que la complexité de ces modèles, font qu'il est difficile de donner des «formules simples» du flash-over. Les informations qualitatives données dans le corps de l'article sont ainsi précieuses. Pour préciser quantitativement les conditions d'occurrence d'un flash-over, la simulation sur ordinateur fournit des résultats intéressants sur la base d'une description assez détaillée des conditions d'un feu. Michel Curtat CSTB

* Flash-over and Instabilités in fire be-havior», Combustion and Flame, n°38, 1980.