Évolution des systèmes d'extinction - Solution constructive no75
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Solution constructive n o 75
Évolution des systèmes d’extinction
par Andrew Kim
Les systèmes d’extinction servant à la protection des bâtiments ont évolué en
réponse aux exigences nouvelles, aux pressions environnementales et aux
progrès technologiques. Ce numéro présente un aperçu de quatre systèmes
récemment mis au point, examine les résultats des travaux de recherche sur
la performance de chacun, et fournit des indications sur la sélection, la con-
ception et l’utilisation de ces systèmes.
Éteindre un feu en jetant de l’eau sur les qui dit que « l’huile et l’eau ne se mélangent
flammes est une méthode d’extinction en pas ». Les systèmes d’extinction pour com-
usage depuis les temps anciens. Les systèmes bustibles liquides utilisent typiquement des
de gicleurs automatiques ont été mis au point mousses ou des poudres qui couvrent la sur-
à la fin du XIXe siècle et visaient à permettre face combustible, limitant ainsi la rétroaction
l’extinction d’incendies grâce à la projection thermique vers la surface du combustible
de jets d’eau automatiques. Depuis, les liquide et la vaporisation de ce dernier.
systèmes de gicleurs automatiques sont Les incendies dans les installations
devenus les systèmes d’extinction fixes les électriques et électroniques nécessitent des
plus répandus pour assurer la sécurité solutions d’extinction spéciales. Les systèmes
incendie dans les bâtiments. au gaz carbonique (CO2) sont utilisés depuis
Les gicleurs arrêtent le développement d’un longtemps. Ils projettent de grandes quantités
incendie en mouillant et refroidissant la de CO2 sur les flammes de manière à réduire
surface combustible. Ils sont efficaces contre la concentration d’oxygène sous le niveau
les incendies de matières solides (appelées nécessaire à la combustion. Pour les systèmes
combustibles solides), mais pas contre les d’extinction par saturation, dans lesquels des
incendies de liquides inflammables (appelés bouteilles sous pression sont reliées à un
combustibles liquides), comme l’essence, le système de canalisations et de buses fixes
carburant diesel et le carburant aviation. en vue de la projection du gaz dans une
Il convient de garder à l’esprit le vieil adage, enceinte fermée, la concentration d’oxygène
peut être réduite sous le niveau requis par les
Il existe deux méthodes de base en vue de l’application d’un occupants. Les systèmes au CO2 sont donc
agent extincteur : l’application par saturation et l’application typiquement limités aux espaces inoccupés.
locale. L’application par saturation consiste à appliquer un Dans les années 1940, des efforts importants
agent extincteur dans une enceinte fermée tridimensionnelle ont été faits pour trouver un agent d’extinc-
de manière à parvenir à une concentration de l’agent extincteur tion plus efficace que les agents utilisés à
suffisante pour éteindre l’incendie. Ces types de systèmes l’époque. Ces efforts ont mené à la mise au
peuvent être à fonctionnement automatique ou manuel. point des halons, y compris le Halon 1301,
L’application locale consiste à appliquer un agent extincteur qui était typiquement utilisé pour les appli-
directement sur les flammes (habituellement une zone bidi- cations d’extinction par saturation. Les
mensionnelle) ou dans la région tridimensionnelle entourant halons sont d’excellents agents extincteurs,
immédiatement la substance ou l’objet en flammes. La prin- mais ils contribuent considérablement à
cipale différence entre l’application locale et l’application l’appauvrissement de l’ozone stratosphérique.
par saturation est l’absence d’obstacles physiques limitant le L’utilisation des halons comme agents
foyer d’incendie. extincteurs a donc graduellement été éliminée
dans les pays développés autour des années
1990, un consensus international (le Protocole manière à réduire ou éliminer les atomes de
de Montréal) ayant été atteint en matière chlore et de brome, qui sont responsables de
d’utilisation réglementée des substances l’appauvrissement de la couche d’ozone.
appauvrissant la couche d’ozone. Ces agents éteignent les incendies princi-
L’élimination graduelle des halons a mené palement par refroidissement.
à d’importants travaux de recherche visant à L’acceptation d’un halocarbure par les
trouver des substituts des halons qui seraient autorités de réglementation dépend de la
efficaces pour diverses applications sans toxicité de ce dernier. Deux aspects toxi-
nuire à l’environnement et à la santé humaine. cologiques doivent être pris en considération.
Plusieurs nouveaux systèmes d’extinction ont Un premier aspect est la toxicité de l’agent
été mis au point et certaines approches plus lui-même et l’autre est la toxicité des sous-
anciennes ont suscité un regain d’intérêt. Ce produits de combustion générés par l’agent
numéro examine quatre de ces technologies : sous l’action des flammes.
les systèmes à gaz inertes et à halocarbures Les résultats des essais à petite échelle et
gazeux, les systèmes à brouillard d’eau, les à l’échelle réelle ont montré que les halocar-
systèmes à mousse à air comprimé et les bures éteignent bien les incendies, mais pas
générateurs de gaz solide. Un numéro sub- aussi efficacement que les halons. Pour
séquent portera uniquement sur les systèmes fournir le même niveau de protection incendie
à mousse à air comprimé et sera fondé sur que les halons, des quantités plus grandes
les travaux de recherche considérables effec- d’halocarbures sont nécessaires. Ceci signifie
tués par l’Institut de recherche en construc- que des bouteilles plus grandes et plus lour-
tion du CNRC (IRC-CNRC). des sont requises, ce qui peut créer des
problèmes de poids et d’espace (figure 1).
Systèmes gazeux Les résultats des essais montrent également
Deux types d’agents gazeux
que les halocarbures produisent de cinq à
peuvent être utilisés dans les
dix fois plus de gaz toxiques que le Halon
systèmes d’extinction par satura-
1301 pendant l’extinction. Ces gaz toxiques
tion : les halocarbures et les gaz
incluent le fluorure d’hydrogène (HF) et le
inertes. Une exigence générale
difluorure de carbonyle (COF2). Les niveaux
applicable à ces systèmes est
produits dans des essais dépassent de façon
que l’enceinte doit être capable
importante toutes les limites d’exposition
de retenir le gaz et de résister
humaine. Les niveaux de HF et de COF2
aux pressions élevées produites
susceptibles d’être produits dans des applica-
pendant la projection.
tions réelles dépendront de nombreux facteurs,
Pour traiter des limitations et
comme le type d’agent et sa concentration,
de l’usage approprié des systèmes
le type et la taille de l’incendie, et les durées
qui utilisent des agents gazeux,
de projection et d’extinction. Les halocarbu-
la National Fire Protection
res produisent également du monoxyde de
Association a publié la norme
Figure 1. L’utilisation de carbone (CO) pendant l’extinction, ce qui
NFPA 2001[1], Standard on
bouteilles peut créer des pourrait constituer un autre problème de
Clean Agent Fire Extinguishing
problèmes de poids et sécurité, selon les concentrations et l’utilisa-
Systems. La norme NFPA 2001
d’espace tion de l’espace.
n’est pas un manuel de concep-
Certains halocarbures ont une longue
tion, mais plutôt un guide qui s’adresse à ceux
durée de vie atmosphérique et pourraient
qui conçoivent les systèmes à agent extinc-
contribuer au réchauffement planétaire.
teur propre afin d’aider à garantir que ces sys-
Dans l'avenir, ce point peut devenir un
tèmes fonctionneront de la façon prévue. La
facteur déterminant dans le choix des agents
norme contient de l’information sur l’utilisa-
d’extinction appropriés.
tion et les limitations des agents extincteurs
propres, comme les propriétés physiques des Gaz inertes
halocarbures et des gaz inertes, les concen- Les gaz inertes sont utilisés comme agents
trations maximales permises et la toxicité de d’extinction par saturation. Ils éteignent les
ces agents extincteurs. Elle traite également incendies en déplaçant l’oxygène dans
des composants et du matériel utilisés dans l’enceinte fermée et en réduisant la concen-
ces systèmes, ainsi que de la conception, tration d’oxygène sous le niveau nécessaire
l’inspection, l’entretien et la mise à l’essai à la combustion. Les gaz inertes, comme
de ces derniers, et de la formation connexe. l’azote, l’argon et l’hélium, sont des gaz pro-
pres d’origine naturelle, présentent un
Halocarbures
potentiel d’appauvrissement de la couche
Les halocarbures sont des produits chimiques
d’ozone nul et un potentiel de réchauffe-
similaires aux halons à la différence qu’on
ment planétaire nul. Ils ne sont soumis à
en a modifié la structure moléculaire de
2
aucune décomposition thermique sous ment sur son efficacité. Les caractéristiques
l’action des flammes et ne génèrent donc pas du brouillard d’eau, comme la variété des
de produits de combustion. tailles de gouttelettes et la vitesse du jet, ont
Un des désavantages de l’utilisation des un effet direct sur l’efficacité. Pour éteindre
systèmes à gaz inertes est qu’un large volume efficacement un incendie, un système à
de gaz est nécessaire pour éteindre un incendie. brouillard d’eau doit générer et livrer des
En outre, les gaz inertes ne peuvent pas être gouttelettes d’une taille optimale en concen-
liquéfiés et doivent être stockés dans des tration adéquate. La sélection de la taille
bouteilles sous forme de gaz haute pression, optimale des gouttelettes, en vue de la con-
ce qui a des implications sur l’espace et le ception du système, est tributaire de la taille
poids. Les gaz inertes requièrent aussi un possible de l’incendie, des propriétés des
système de projection suffisamment robuste matières combustibles, et du degré d’ob-
pour résister aux pressions élevées néces- struction et de ventilation dans le comparti-
saires. Le déplacement rapide de l’oxygène, ment. Il n’existe pas une distribution de la
les niveaux élevés de bruit et le refroidisse- taille des gouttelettes qui soit appropriée
ment rapide font également problème si le pour tous les scénarios d’incendie.
gaz doit être projeté dans un espace occupé. Plusieurs systèmes à brouillard d’eau sont
disponibles dans le commerce. Certains font
Brouillard d’eau appel à des pressions d’eau élevées ou inter-
L’expression « brouillard d’eau » s’applique médiaires traversant les petits orifices d’une
à une pulvérisation fine d’eau dans laquelle buse pour produire le brouillard, tandis que
99 % du volume est pulvérisé sous la forme d’autres utilisent des buses doubles (proje-
de gouttelettes de moins de 1000 microns tant eau et air).
de diamètre. Les systèmes à brouillard d’eau ont fait la
La norme NFPA 750[2], Standard on Water preuve d’un certain nombre d’avantages,
Mist Fire Protection Systems, a été élaborée dont une bonne capacité d’extinction, l’ab-
par la NFPA pour les systèmes à brouillard sence de répercussions sur l’environnement
d’eau. La norme précise les exigences mini- et l’absence de toxicité. Ils ont en conséquence
males applicables à la conception, l’installa- été pris en considération pour de nombreuses
tion, l’entretien et la mise à l’essai des applications. La protection des compartiments
systèmes de protection incendie à brouillard machines des navires est une de ces applica-
d’eau. Elle ne fournit pas de critères de tions possibles. Les systèmes à brouillard
performance définitifs ni d’indications sur d’eau peuvent éteindre une grande variété
la façon de concevoir un système. d’incendies en présence de ventilation
L’extinction par brouillard d’eau est prin- naturelle, par exemple lorsque des portes
cipalement assurée par des mécanismes et des écoutilles sont ouvertes, conditions
physiques. Elle ne fait appel à aucun effet dans lesquelles les agents gazeux ne sont
chimique important. Si des études antérieures pas efficaces. Les systèmes à brouillard
ont déterminé que le refroidissement des d’eau réduisent en outre rapidement la tem-
flammes et le déplacement de l’oxygène pérature du compartiment et améliorent la
étaient les principaux effets relevés, des études visibilité de façon marquée. Ces avantages
récentes suggèrent l’existence de mécanismes permettent l’accessibilité au compartiment
additionnels. Le principal est l’atténuation pendant l’extinction.
du rayonnement, qui peut arrêter la propaga- La protection d’équipement électronique
tion des flammes à la surface d’un combustible est une autre application où le brouillard d’eau
non enflammé et réduit la vaporisation à la peut être une solution de rechange efficace
surface du combustible. Des essais menés à en remplacement des halons. L’industrie des
l’IRC-CNRC ont montré que le transfert du télécommunications et les services publics
flux thermique rayonnant aux murs du com- ont généralement été hésitants à utiliser de
partiment d’essai était réduit de plus de l’eau comme agent extincteur en raison des
70 %. Les autres mécanismes d’extinction possibilités d’endommagement de l’équipement
secondaires incluent la dilution des vapeurs électrique et électronique. Une étude prélimi-
inflammables dégagées par les objets enflam- naire de l’IRC-CNRC sur la faisabilité de
més, et le mouillage et le refroidissement de l’utilisation d’un système à brouillard d’eau
ces objets par incidence directe. contre les feux d’équipement électronique
Le brouillard d’eau ne se comporte pas dans des armoires a montré que le système
comme un véritable agent gazeux. Les essais était efficace sans causer de courts-circuits
en compartiment menés par l’IRC-CNRC ont ou de dommages à l’équipement.
montré que la taille de l’incendie, le degré Une étude récente de l’IRC-CNRC [3]
d’obstruction, la hauteur de plafond et les menée dans un compartiment d’essai a mon-
conditions de ventilation influent substantielle- tré que la performance du brouillard d’eau
3
comme agent extincteur peut être améliorée
par l’utilisation d’une projection cyclique
assurée par alternance des modes marche et
arrêt des buses. Dans le cas d’un incendie
mineur, l’extinction a été facile et la contri-
bution apportée par une projection cyclique
a été peu importante. Dans le cas de scéna-
rios d’incendie plus difficiles, toutefois,
comme en présence de ventilation, la pro-
jection cyclique a réduit considérablement
les durées d’extinction et les besoins en eau.
Plus de vapeur d’eau et de produits de com-
bustion ont été produits, ce qui a augmenté
la vitesse de raréfaction de l’oxygène. De
plus, le mélange dynamique récurrent créé
par une projection cyclique dilue l’oxygène
et la vapeur de combustible susceptibles
d’alimenter l’incendie.
Mousse à air comprimé
Pendant des décennies, les systèmes à
mousse ont servi à la protection contre les
incendies dans les industries chimique et
pétrolière, ainsi que dans les installations
militaires. L’efficacité générale des systèmes
à mousse à canalisations fixes actuels, qui
incluent des buses ventilées et des généra-
teurs de mousse de type soufflante, est Figure 2. Schéma d’un système de mousse
limitée car ces systèmes ne peuvent pas à air comprimé
fournir des vitesses d’injection élevées.
Également, la mousse produite au moyen une vitesse d’injection substantielle, en plus
des systèmes classiques n’est pas stable et d’exiger une quantité d’eau et de concentrés
uniforme, et les ratios d’expansion ne sont de mousse beaucoup plus petite.
pas aussi élevés qu’on le voudrait pour cer- La mousse à air comprimé est générée par
taines applications parce que l’air servant à injection d’air sous pression dans un flux de
produire la mousse à la buse, provenant de solution de mousse (figure 2). Le processus
la zone de l’incendie, peut être contaminé. de déplacement du mélange de solution et
Lorsque de l’air comprimé est utilisé pour la d’air dans le tuyau ou la canalisation, s’il est
génération de la mousse, toutefois, cette exécuté correctement, produit une mousse.
dernière présente une qualité supérieure et L’énergie nécessaire à la production de la
mousse à air comprimé provient de la vitesse
combinée de la solution de mousse et de
Inflammation Activation du sytème l’air. La vitesse accrue de la mousse est un
d’extinction avantage important de ces systèmes. Elle
permet à la mousse de pénétrer les flammes
et d’atteindre la surface du combustible. Un
autre avantage de la mousse à air comprimé
est qu’elle possède une plus grande stabilité
Température (C)
Extinction de drainage (la mousse ne s’affaisse pas
par CAF Extinction par brouillard d’eau
facilement) que les mousses à air aspiré parce
qu’elle se caractérise par une distribution
restreinte de la taille des bulles.
Les premières tentatives pour adapter la
mousse à air comprimé aux installations
fixes ont échoué en raison de deux difficultés
techniques fondamentales : en premier lieu,
les buses classiques de type à extincteur
automatique ne peuvent pas distribuer la
mousse sans qu’elle s’affaisse, et deuxième-
CAF Classe A Essai 2 Temps (s) ment, la mousse elle-même dégénère dans
Brouillard d’eau Essai 1 des canalisations fixes. L’IRC-CNRC a récem-
ment vaincu ces difficultés et a mis au point
Figure 3. Extinction par mousse à air comprimé versus extinction un moyen de produire de la mousse à air
par brouillard d’eau
4
Générateurs de gaz
À partir de la technologie développée pour
les coussins de sécurité des automobiles,
des générateurs de gaz ont été mis au point
en vue de l’extinction des incendies. Les
générateurs de gaz peuvent produire une
grande quantité de gaz (principalement du
N2, du CO2 et de la vapeur d’eau) par com-
bustion d’accélérateurs à poudre. Ces derniers
se composent de comburants et d’ingrédients
combustibles, et peuvent brûler sans air
ambiant. Les générateurs de gaz peuvent être
très compacts et peuvent assurer une projec-
tion très rapide (en quelques millisecondes).
Deux types de générateurs de gaz sont
actuellement disponibles : les générateurs
Figure 4. Extinction d'un feu de transformateur par mousse classiques et les générateurs hybrides.
à air comprimé Les générateurs classiques contiennent un
comburant et un initiateur électrique. Lorsque
comprimé dans un système à canalisations le générateur reçoit un signal d’un détecteur/
fixes à partir de concentrés de mousse de contrôleur, l’initiateur électrique enflamme
classe A et de classe B. Ce moyen consiste à une charge afin d’amorcer un processus de
utiliser une nouvelle buse de distribution combustion dans le comburant. La combus-
novatrice. La décomposition de la mousse, tion rapide du comburant génère de grandes
qui empêchait le développement de cette quantités de N2, de CO2 et de vapeur d’eau,
technologie dans le passé, a été évitée grâce ce qui fait augmenter rapidement la pression
à une conception attentive de la buse et du interne. Un joint hermétique est rompu et les
système de canalisations. produits gazeux sont projetés dans l’espace
L’IRC-CNRC a mené des essais au feu à protégé en quelques millisecondes. L’extinction
échelle réelle en vue d’évaluer la performance est assurée par déplacement de l’oxygène et
d’un prototype de système à mousse à air projection de gaz (effet de soufflage).
comprimé (figure 3). Les essais ont démon- Un générateur hybride se compose d’un
tré la performance d’extinction supérieure du initiateur électrique, d’une chambre de propul-
système tant pour les feux de combustibles seur solide et d’une chambre d’agent extinc-
liquides que les feux de caissons de bois teur (figure 5). La chaleur et la pression
avec une petite quantité d’eau. Également, la
mousse à air comprimé requiert une faible
quantité de concentré de mousse pour assurer
une extinction efficace, comparativement
aux systèmes à buses à air aspiré. Dans les
essais de l’IRC-CNRC, moins de la moitié de
la quantité de solution de mousse de classe Initiateur
A et de classe B normalement recommandée
(pour les systèmes à air aspiré) a été utilisée
sans compromettre l’efficacité extinctrice
des mousses à air comprimé [4].
L’IRC-CNRC a récemment mis au point un
prototype de système à mousse à air com- Propulseur
primé en vue de la protection de très grandes à poudre
structures, comme les hangars d’aviation et
les transformateurs. Les expériences en
échelle réelle effectuées au moyen du proto- Agent
type ont montré la performance supérieure extincteur
des mousses à air comprimé pour l’extinction liquéfié
de feux de déversement simulé de carburant
et de feux de transformateurs (figure 4).
Des systèmes à mousse à air comprimé
industrialisés sont actuellement en cours de
mise au point pour une variété d’applica-
tions commerciales. Figure 5. Générateur de gaz hybride
5générées par la combustion du propulseur ou lorsqu’une extinction rapide est nécessaire.
servent à chauffer et expulser l’agent extinc- Ils peuvent seulement être utilisés dans des
teur liquéfié. endroits inoccupés, comme des compartiments
L’utilisation des générateurs de gaz est moteurs ou des locaux de stockage.
limitée aux espaces inoccupés en raison de
la température et de la vitesse de projection Conclusions
élevées qui leur sont propres. Depuis l’élimination graduelle des halons,
les efforts majeurs de développement de
Indications à l’intention nouveaux systèmes avancés d’extinction ont
des utilisateurs mené à plusieurs options efficaces. Ces
Chacun des systèmes d’extinction dont options incluent les systèmes à halocarbure
nous avons traité ici est efficace, et présente ou à gaz inerte, les systèmes à brouillard
certains avantages et désavantages selon d’eau, les systèmes à mousse à air comprimé
l’application envisagée. Ces avantages et et les générateurs de gaz.
désavantages sont résumés ci-dessous. Tous ces systèmes éteignent les incendies
lorsqu’ils sont utilisés dans les conditions
Les systèmes gazeux doivent être utilisés dans prescrites. Aucun ne peut toutefois constituer
des enceintes fermées. Si le local comporte le meilleur système pour toutes les applica-
de nombreuses ouvertures, un système tions. Certains procurent une meilleure per-
gazeux peut ne pas être en mesure de main- formance que d’autres pour une application
tenir sa concentration théorique et ne pas spécifique. Tous ont des limites et soulèvent
réussir à éteindre le feu. Également, parce des préoccupations qui doivent être prises
que les halocarbures produisent des gaz en considération. Il est important de tenir
toxiques, des mesures doivent être prises compte de tous les avantages et les désavan-
pour minimiser la production de gaz et tages de chaque système d’extinction par
l’exposition à ces derniers. rapport aux exigences spécifiques, de
Les systèmes à brouillard d’eau sont efficaces manière à choisir le meilleur système pour
contre les feux importants dans une enceinte l’application considérée.
raisonnablement fermée, comme un local
dont les portes et les fenêtres sont ouvertes. Bibliographie
Si les flammes sont cachées ou à l’abri du [1] NFPA 2001 (2000), « Standard on Clean
brouillard d’eau, le système risque de ne pas Agent Fire Extinguishing Systems »,
réussir à éteindre le feu. L’efficacité extinc- National Fire Protection Association,
trice dépend de nombreux facteurs, comme Quincy, MA, U.S.A., 2000 Edition,
la géométrie du local, l’emplacement du p. 1-104.
feu par rapport à la buse et les obstructions. [2] NFPA 750 (2010), « Standard on Water
Un système à brouillard d’eau peut remplacer Mist Fire Protection Systems », National
un système à extincteurs automatiques Fire Protection Association, Quincy,
lorsqu’il est important de réduire les dom- MA, U.S.A., 2010 Edition, p. 1-69.
mages causés par l’eau, dans les musées et [3] Kim, A.K., Liu, Z. et Su, J.Z. (1999),
les galeries d’art par exemple. « Water Mist Fire Suppression using
Cycling Discharges », Proceedings of
Les systèmes à mousse à air comprimé sont Interflam ’99, Édimbourg, R.-U., p. 1349.
d’une efficacité maximale contre les feux de [4] Kim, A.K. et Dlugogorski, B.Z. (1997), «
combustibles liquides. Ils peuvent éteindre Multipurpose Overhead Compressed Air
les feux dans des aires ouvertes et n’exigent Foam System and its Fire Suppression
pas d’enceintes. Ils requièrent également Performance », Journal of Fire Protection
beaucoup moins d’eau que les systèmes à Engineering, Vol. 8, No 3, p. 133.
eau classiques. Un système à mousse à air
comprimé aura toutefois de la difficulté à M. A.K. Kim, Ph.D., est agent de recherche
éteindre les incendies tridimensionnels, supérieur au sein du programme Recherche en
comme les feux de liquides pulvérisés. incendie, à l’Institut de recherche en construction
Les générateurs de gaz sont efficaces dans du Conseil national de recherches du Canada.
les compartiments relativement petits et
étanches. Ils sont typiquement utilisés
lorsque la pose de canalisations pour des © 2011
Conseil national de recherches du Canada
systèmes d’extinction classiques est difficile Mars 2011
ISSN 1206-1239
« Solutions constructives » est une collection d’articles techniques renfermant
de l’information pratique issue de récents travaux de recherche en construction.
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