Transferts thermiques et propagation du feu : principes clés

Dans la réalité d’un incendie ces trois formes du transfert de l’énergie calorifique coexistent, interfèrent et agissent les unes sur les autres ou conjointement. Selon les circonstances de l’incendie, l’un de ces trois modes de transfert pourra paraître prédominer à un moment ou un autre du développement du feu.

Si l’on ajoute à ces incertitudes les paramètres liés à l’environnement, on comprend aisément la difficulté qu’il y a à prévoir l’évolution d’un incendie, celui-ci se développant dans un système mettant en jeu un grand nombre d’éléments.

Plus le niveau de température d’un corps est élevé, plus ses atomes sont soumis à des vibrations dues à l’excitation thermique et plus il émet d’énergie sous forme de rayonnement électromagnétique. Ce rayonnement se propage en ligne droite, sans support matériel, à la vitesse de la lumière. Lorsqu’il atteint un corps, une partie de ce rayonnement est réfléchie, l’autre est absorbée et se transforme en chaleur dans le corps récepteur. Ce dernier, à son tour, dissipe l’énergie reçue, à la fois par convection et par rayonnement (vers d’autres corps plus froids que lui). Ce double phénomène produit le rayonnement thermique.

Ainsi, le rayonnement électromagnétique sert de relais ; il permet entre autres l’échange calorifique dans le vide spatial (chaleur solaire).

Les échanges thermiques entre deux corps sont d’autant plus rapides que leur différence de température est grande. On aboutit ainsi à une température d’équilibre lorsque le flux émis par un corps est égal au flux venant du récepteur. Cette température d’équilibre dépend de nombreux facteurs, en particulier de la couleur du récepteur et de l’émetteur.

Si un corps est très absorbant, il sera très émissif et inversement. Le coefficient d’absorption est faible pour les corps blancs ou brillants et élevé pour les corps sombres. Le corps idéal, appelé corps noir, qui absorberait totalement l’énergie incidente pour toutes les longueurs d’onde, n’existe qu’en théorie. Dans la réalité, le soleil ou un local soumis à l’inflammation généralisée représentent une bonne approximation de ce corps idéal.

L’énergie thermique peut être transférée par l’intermédiaire d’un fluide en mouvement.

Dans le cas de l’incendie, les échanges de chaleur par convection se font essentiellement à partir des gaz de combustion vers l’air ambiant. Les fluides se dilatent avec la chaleur et leur masse volumique diminue. Devenus plus légers que les parties qui l’entourent, ils s’élèvent par rapport à elles. Le volume libéré par ce mouvement est comblé par une partie du fluide qui se trouve encore à une température plus basse.

Ainsi, le champ de température généré entraîne une poussée d’Archimède qui met en mouvement vers le haut les parties les plus chaudes du fluide. Les échanges d’énergie engendrés par ces contacts créent des différences de densité des masses gazeuses entraînant des mouvements ascensionnels. Ce sont les courants de convection.

Sont entraînés dans ce panache où se forment des tourbillons : les gaz brûlés, l’air et divers produits de combustion.

Dans un foyer, dont la température peut facilement atteindre 1 000 °C, la masse gazeuse subit, dans la région de la flamme, des dilatations considérables et sa densité diminue. Les courants ascendants sont alors très énergiques, provoquant à leur tour l’arrivée compensatrice de l’air frais à la base du foyer. Ce phénomène de tirage active le feu, apportant continuellement l’oxygène frais nécessaire à la combustion, créant, dans le cas de sinistres importants, un courant violent appelé vent d’incendie.

C’est le phénomène par lequel la chaleur est transmise par contact direct entre solides ou fluides en repos, des parties chaudes vers les parties froides, jusqu’à uniformisation de la température.

Pour les solides, l’élévation de température correspond à un accroissement de l’énergie de vibration du réseau cristallin et, pour les fluides, à une transmission d’énergie cinétique opérée par les chocs entre les molécules.

La quantité d’énergie thermique transférée par conduction entre deux corps est fonction de la source de chaleur, de la conductibilité du matériau et de la surface de contact. Le solide chaud, ayant une amplitude et une fréquence moyenne de vibrations supérieures à celles du solide froid, va transmettre un flux thermique proportionnel à la surface de contact entre les deux corps. Ce flux sera d’autant plus important que le corps chaud sera apte à transmettre ces vibrations dans un temps donné.

Source : Traité pratique de sécurité incendie – CNPP Éditions.