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CNRC Construction
SOLUTION CONSTRUCTIVE
CNRC Construction
Nº 83, octobre 2014
Les systèmes d’extinction d’incendie
à canalisations fixes
Par Andrew Kim
Des chercheurs du CNRC ont réalisé des essais poussés pour évaluer la performance des systèmes d’extinction
d’incendie à base de mousse à air comprimé dans quatre scénarios d’incendie différents. Les résultats de ces
essais indiquent que ces systèmes sont efficaces pour éteindre des incendies avec de faibles quantités d’eau.
La Solution constructive no 75, Évolution des systèmes
d’extinction, examinait les caractéristiques et la performance
de plusieurs systèmes d’extinction d’incendie, dont les systèmes
à mousse à air comprimé (CAF, pour compressed-air foam).
Celle-ci se concentre uniquement sur les systèmes CAF et analyse
en détail leur performance, ainsi que les tests effectués pour
améliorer l’efficacité des systèmes CAF à canalisations fixes
et étendre les applications de la technologie CAF à la lutte
contre l’incendie.
La mousse à air comprimé est générée en combinant de l’air, des
agents chimiques et de l’eau afin de produire une mousse qui
est expulsée à très grande vitesse à travers des buses. Ce type de
système utilise beaucoup moins d’eau et de concentré moussant
– ou émulseur – que les systèmes à mousse classiques. Il permet
d’éteindre l’incendie en formant une couverture de mousse qui
bloque la progression des flammes et ralentit l’évolution du
combustible gazeux. La couverture de mousse fournit aussi une
source d’eau qui, parce qu’elle est confinée dans des bulles,
s’écoule plus lentement en refroidissant la charge combustible.
Les systèmes à canalisations fixes qui utilisent la technologie
CAF sont particulièrement appropriés pour éteindre les incendies
dans des lieux comme les entrepôts de combustibles liquides,
les locaux abritant des machines, et tout compartiment où
l’approvisionnement en eau est limité (figure 1).
Mise au point de la technologie
Les résultats des travaux antérieurs ont démontré que la capacité
de la CAF de retarder l’inflammation et d’éteindre l’incendie était
bien supérieure à celle de l’eau. Toutefois, la simple injection
d’une solution moussante et d’air dans la canalisation d’acier
entraînait une instabilité dans la pression de distribution et
générait un jet d’eau savonneuse inégal qui s’est avéré un agent
extincteur de piètre qualité.
Génération de mousse
à air comprimé (CAF)
tuyauterie
Buses CAF
tuyauterie
Buses CAF
Eau
Déclencheur
Air
Chambre
de mélange
Emulseur
Figure 1. Schéma d’un système CAF à canalisations fixes
La recherche subséquente a porté sur trois innovations qui ont
permis la production d’une mousse de bonne qualité dans un
système à canalisations fixes :
1.Injection d’air et chambre de mélange : a été injecté à
travers un petit orifice dans une canalisation de plus grand
diamètre transportant le jet de solution moussante. Cela a
permis d’éliminer les pulsations qui se produisent dans une
canalisation de large diamètre quand les pressions de l’air et
de l’eau ne sont pas équilibrées.
1
Solution constructive no 83
2.Zone de formation de la mousse : lorsque le mélange
de solution moussante et d’air traverse la longueur de la
canalisation souple et lisse, la friction sur les parois de même
que la souplesse de la canalisation produisent de petites bulles
de taille uniforme. Pour rendre le système CAF plus efficace,
on a utilisé un bout de tuyau de polypropylène de 10 m de
long et de 25 mm de diamètre pour la zone de formation de
la mousse. Cela a permis de produire une mousse uniforme
avec des ratios d’expansion entre 1:4 et 1:20.
Incendies dans des entrepôts de combustibles
liquides inflammables
3.Géométrie de la canalisation et zone de distribution :
on a déterminé qu’il était important que la canalisation soit
exempte de coudes aigus et de points d’impact, comme
des déflecteurs d’extincteurs, pour éviter que la mousse ne
s’affaisse. La géométrie de l’orifice de distribution a également
une incidence sur la qualité de la mousse. Une buse spéciale
a donc été conçue pour permettre l’écoulement fluide de la
mousse dans la canalisation de distribution afin de former un
schéma de distribution circulaire.
Quatre méthodes d’extinction ont été mises à l’essai : aucune
intervention (on a laissé brûlé le combustible); extinction au
moyen de gicleurs standards; extinction au moyen d’un système
par brouillard d’eau; et extinction au moyen d’un système CAF.
Ces expériences ont démontré que le système CAF parvenait
à éteindre complètement l’incendie, tandis que les systèmes
avec gicleurs et par brouillard d’eau pouvaient refroidir le
compartiment, mais ils n’arrivaient pas à éteindre l’incendie avant
que tout le combustible ne soit complètement brûlé. La figure 2
montre la capacité du système CAF d’abaisser la température de
l’incendie plus rapidement que le système par brouillard d’eau.
Les premières expériences comprenaient des essais du
système CAF à la fois dans des espaces ouverts et dans des
compartiments fermés, pour des feux d’heptane, de carburant
diesel et de caissons en bois. Cette recherche a permis de
mettre au point un système CAF à canalisations fixes capable
d’éteindre efficacement des incendies de classes A et B. Un tel
système a permis d’éteindre des incendies plus efficacement
que les systèmes de gicleurs standards ou que les systèmes par
brouillard d’eau, à la fois dans des espaces ouverts et dans des
compartiments fermés. Les essais ont démontré l’importance
de la distribution uniforme de la mousse, de même que de la
position des buses dans les systèmes à jets multiples. On a aussi
constaté que la présence d’une enceinte fermée, requise dans le
cas des systèmes d’extinction par brouillard d’eau, ne constituait
pas un facteur pour la CAF, qui s’est avérée efficace avec ou sans
enceinte. Enfin, la CAF a bien adhéré aux murs du compartiment
et aux autres surfaces verticales, fournissant une barrière efficace
pour retarder l’inflammation de ces surfaces.
Les types d’applications
Les chercheurs ont identifié et vérifié plusieurs applications où la
CAF offre une meilleure performance que les systèmes de protection
incendie actuels.
2
800
Inflammation
Activation
du système
d’extinction
CAF Classe A Essai 2
Brouillard d’eau Essai 1
600
Temperature (C)
La mousse utilisée pour les essais du système à canalisations
fixes a été produite en mélangeant l’eau avec un émulseur
dans un réservoir. Cette solution moussante a ensuite été mise
sous pression, à 690 kPa (100 psi). L’air comprimé a été injecté
dans la solution moussante qui circulait dans le tuyau, et le
mélange s’est transformé en mousse à mesure qu’il traversait
le système de canalisations. Tous les essais ont été effectués en
utilisant un émulseur de classe A à une concentration de 0,3 %,
ou un émulseur de classe B à 2 % – soit moitié moins que la
concentration requise pour un système à air aspiré.
La CAF a été testée pour éteindre des incendies de liquides
combustibles qui sont caractéristiques des incendies consécutifs
à un déversement et à des incendies d’entrepôts abritant des
peintures et des solvants, comme des quincailleries, des magasins
de matériaux de construction, et certains locaux d’entreposage
de plusieurs types d’immeubles.
400
Extinction
par CAF
Extinction par
brouillard d’eau
200
0
0 25 50 75 100125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400
Temps (s)
Figure 2. Extinction par mousse à air comprimé versus extinction par
brouillard d’eau
Les essais ont été répétés en enfermant les murs de l’espace
d’essai dans une cage de tôle d’acier de calibre 26, à l’exception
d’une ouverture pour la porte. Encore une fois, seul le système
CAF a pu éteindre l’incendie. Les systèmes avec gicleurs et par
brouillard d’eau ont réussi à refroidir l’enceinte, mais pas à
éteindre les flammes. Qui plus est, la CAF a adhéré solidement
aux murs de l’enceinte et aux étagères.
Ces expériences ont démontré la capacité des systèmes CAF à
canalisations fixes de pénétrer à travers des panaches de fumée
présentant des taux de dégagement d’énergie thermique de
plus de 2 MW et d’éteindre l’incendie, soit par contact direct
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depuis le plafond, soit par écoulement de la mousse vers le foyer
d’incendie. Les systèmes CAF ont affiché une bonne performance
autant pour des scénarios d’incendie dans un espace ouvert que
dans un compartiment fermé, et ils ont réussi à contrôler et à
éteindre l’incendie dans un délai d’environ 1 min 30 s et ce, même
lorsque le foyer d’incendie était protégé du jet direct de la CAF.
Un autre avantage de la CAF est que les pompiers peuvent
discerner les objets dans la pièce ou dans l’espace enflammé à
travers le jet de mousse pendant que celui-ci est projeté sur le feu.
Cela permet aux premiers intervenants d’identifier plus rapidement
la base du foyer d’incendie, ce qui est parfois difficile à faire avec
les systèmes d’extinction à gicleurs et par brouillard d’eau.
Incendies dans des hangars d’avions
Les systèmes d’extinction à eau et à mousse avec des buses
placées au niveau du plafond sont couramment utilisés pour la
protection des hangars d’avions. Le CNRC a testé un prototype
d’un système CAF grandeur réelle dans un hangar d’avions pour
déterminer s’il était aussi efficace, voire plus efficace, que les
systèmes d’extinction classiques.
Le CNRC a évalué le potentiel de la CAF pour éteindre des feux
de transformateurs électriques en construisant une maquette
à échelle réelle de la moitié frontale du transformateur de la
station Berri d’Hydro-Québec à Montréal (figure 3). Le scénario
d’incendie testé simulait l’explosion de la boîte du transformateur
principal à la suite d’un arc électrique interne. Cette explosion
a provoqué l’éjection d’une traversée haute tension à travers le
couvercle du transformateur et la rupture de son réservoir d’huile,
entraînant une projection d’huile sur le dessus du transformateur.
Plusieurs configurations de systèmes CAF ont été testées pour
déterminer la manière la plus efficace de distribuer la mousse
autour des obstacles verticaux et horizontaux du transformateur.
Le système CAF qui a finalement été sélectionné comportait deux
types de buses : une buse de décharge GDR (gear-driven rotary) à
grand débit, et une buse de décharge TAR (turbine-action rotary)
à faible débit. Un essai parallèle a été effectué en utilisant un
système par brouillard d’eau semblable à celui de la station Berri.
Une comparaison systématique de la performance du système
CAF et du système à gicleurs eau-mousse pour éteindre un
incendie a été effectuée en suivant des procédures similaires à
celles décrites dans la norme UL162, UL Standard for Safety for
Foam Equipment and Liquid Concentrates.
Les essais ont démontré que le système CAF était plus efficace
que le système de gicleurs à eau-mousse lorsqu’on utilisait des
concentrés de mousse de classe B. Le système CAF a utilisé 40 %
de la quantité d’eau consommée par le système de gicleurs et
a éteint l’incendie en moitié moins de temps. Le système CAF
utilisait un émulseur à une concentration de seulement 2 %,
comparativement à 3 % pour le système de gicleurs. Le délai de
réinflammation (le temps requis pour que l’incendie se rallume)
du système CAF était aussi beaucoup plus long que dans le cas
du système de gicleurs, en général 20 minutes pour le système
CAF et environ 10 minutes pour le système de gicleurs.
Il a aussi été démontré que la hauteur des buses du système CAF
au dessus du feu avait peu d’effet et que le système CAF offrait
une bien meilleure protection contre l’incendie dans les hangars
d’avions que les systèmes de gicleurs à eau-mousse utilisés
actuellement.
Feux de transformateurs électriques
Les transformateurs électriques contiennent des matières
dangereuses et la mise en place d’infrastructures pour contenir
l’eau de ruissellement à la suite de manœuvres de lutte contre
l’incendie peut s’avérer fort coûteuse. Les systèmes de protection
incendie par gicleurs pour les transformateurs électriques exigent
de grandes quantités d’eau, ce qui peut affecter leurs fonctions
électriques, entraîner des dommages par l’eau, et poser un risque
pour l’environnement.
Figure 3. Essai d’incendie du transformateur
Les systèmes CAF ont affiché une bien meilleure performance
que le système par brouillard d’eau. Le système CAF avec trois
buses TAR utilisant un concentré de mousse de classe A à 0,3 %
a permis d’éteindre l’incendie expérimental en 4 min 2 s, soit
presque le même temps que pour le système par brouillard d’eau.
Il a toutefois utilisé moins de 8 % de la quantité d’eau totale
consommée par le système par brouillard d’eau.
Le système CAF avec deux buses GDR utilisant un concentré
de mousse de classe B à 2 % a permis d’éteindre l’incendie en
3
Solution constructive no 83
1 min 58 s, soit environ la moitié du temps requis pour le système
par brouillard d’eau. Il a utilisé moins de 18 % de la quantité
d’eau totale du système par brouillard d’eau.
Le système CAF avec huit buses TAR utilisant un concentré de
mousse de classe B à 2 % a éteint l’incendie expérimental en
1 min 29 s, tout en nécessitant considérablement moins d’eau
que le système par brouillard d’eau.
Incendies résidentiels dans les régions nordiques
Les incendies résidentiels qui surviennent dans les régions
nordiques éloignées entraînent des pertes importantes en raison
du manque de services d’incendie adéquats à proximité. Les
coûts de remplacement sont aussi beaucoup plus élevés que dans
les régions urbaines. Même si des systèmes de gicleurs standards
demeurent une option, l’approvisionnement en eau est souvent
limité et leur coût d’installation est élevé. La technologie CAF
pourrait s’avérer une solution intéressante pour ces régions.
En coopération avec la Société canadienne d’hypothèques et
de logement (SCHL), le CNRC a mis au point un prototype
de système CAF pour protéger les maisons dans les régions
éloignées. Ce système a été testé dans une maison vacante
à Yellowknife, dans les Territoires du Nord-Ouest, dans deux
scénarios d’incendie résidentiel réalistes, soit un feu de cuisine
impliquant de l’huile à cuisson, et un incendie dans une salle de
séjour avec des meubles rembourrés.
Les essais ont montré que le système CAF était très efficace
pour éteindre un incendie de cuisine provoqué par de l’huile
à cuisson dans un délai plus court que le système de gicleurs
résidentiel. Dans le cas de la salle de séjour impliquant une charge
combustible importante et une configuration géométrique plus
complexe, le système CAF a permis de bien contrôler l’incendie
et l’a empêché de se propager du sofa aux autres matériaux
combustibles dans la pièce, évitant ainsi un embrasement général.
Le système CAF a produit une épaisse couche de mousse qui a
recouvert toutes les surfaces exposées des matières combustibles
présentes dans la pièce et sur le plancher, empêchant les petites
flammes résiduelles de se propager à d’autres combustibles et de
rallumer l’incendie une fois la projection de mousse terminée. Ces
petites flammes se sont finalement éteintes d’elles-mêmes après
que tous les matériaux combustibles du sofa ont été brûlés. Par
contre, le système de gicleurs résidentiel n’a pas réussi à prévenir
la propagation des flammes à d’autres combustibles, ce qui a
entraîné l’embrasement général de la pièce. Il a aussi nécessité
deux fois plus d’eau que le système CAF.
Conclusions
La recherche du CNRC a démontré que la technologie
d’extinction par mousse à air comprimé (CAF) est efficace pour
éteindre des incendies dans des lieux d’entreposage de liquides
inflammables, des hangars d’avions, des transformateurs
électriques et des maisons situées dans les régions nordiques.
Bien que les avantages de cette technologie varient selon le type
d’incendie, l’utilisation de la CAF se traduit généralement par
des délais d’extinction plus courts, une plus faible probabilité
que l’incendie se rallume, des températures plus basses, une
plus faible consommation d’eau, des efforts de nettoyage après
sinistre réduits, et une sécurité améliorée pour les pompiers.
La licence pour la commercialisation de la technologie CAF a été
octroyée à une entreprise qui fournit des services de génie et de
vente d’équipement de lutte contre l’incendie. Son système de
mousse à air comprimé intégré (ICAF) a reçu l’approbation de la
Factory Mutual (FM) pour des feux d’hydrocarbures de classe B,
des feux en nappe et des feux en cascade. Les systèmes CAF ont
été reconnus par la National Fire Protection Association dans les
normes 11, 850 et 851 de la NFPA.
Documents de référence
(Tous les références ci-dessous sont disponibles en anglais seulement.)
Madrzykowski, D., « Study of the Ignition Inhibiting Properties of Compressed Air Foam », NISTIR 88-3880, National Institute of Standards and
Technology, Gaithersburg, MD, 1988.
Madrzykowski, D. et Stroup, D., « Demonstration of Biodegradable,
Environmentally Safe, Non-Toxic Fire Suppression Liquids », NISTIR 6191,
National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD, 1998.
Kim, A.K. et Dlugogorski, B.Z., « An Effective Fixed Foam System Using
Compressed Air », Proceedings of the International Conference on Fire
Research and Engineering, Orlando, FL, 1995.
Kim, A.K. et Dlugogorski, B.Z., « Multipurpose Overhead CompressedAir Foam System and its Fire Suppression Performance », Journal of Fire
Protection Engineering, vol. 8, no 3, 1997.
UL 162 – UL Standard for Safety for Foam Equipment and Liquid Concentrates,
septième édition, Underwriters Laboratories Inc., Northbrook, IL, 1994.
Andrew Kim et un agent de recherche supérieur en sécurité incendie à CNRC
Construction.
Pour connaître les spécifications techniques du système, veuillez contacter
FireFlex Systems Inc. http://www.fireflex.com/
Solutions constructives : une collection d’articles techniques renfermant de l’information pratique
issue de récents travaux de recherche en construction.
Pour obtenir de plus amples renseignements, communiquer avec CNRC Construction, Ottawa K1A 0R6. Tél : 613-993-2607
Courriel : [email protected] Web : www.cnrc-nrc.gc.ca/sc
© 2014 Conseil national de recherches du Canada, octobre 2014 ISSN 1203-2751
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