2.1.14. LES FEUX D'HYDROCARBURES ET LE BOIL-OVER

Les feux d'hydrocarbures

Présents partout dans notre environnement : traitements industriels, wagons ferroviaires, citernes routières, réservoirs d'usines, cuves de stations-service, stockage domestique, les hydrocarbures constituent un danger omniprésent d'incendie.

Issus du pétrole brut, les hydrocarbures, à des conditions normales de température et de pression, se présentent sous forme solide (paraffine, asphalte), gazeuse (butane, propane, méthane) ou liquide (essence, fioul, white-spirit, huiles lubrifiantes). Constitués uniquement d'atomes de carbone et d'hydrogène, ils ont une très grande affinité pour l'oxygène avec lequel ils se combinent donnant des fumées et un dégagement important de chaleur. C'est évidemment cette dernière propriété qui justifie universellement leur présence, en même temps qu'elle peut mener à la catastrophe dans le cas d'une combustion incontrôlée.

Si la masse de combustible est à l'état gazeux, la propagation du feu est très rapide. Dans le cas le plus fréquent d'une fuite, le jet de gaz brûle au fur et à mesure qu'il se dilue avec l'air extérieur, à la manière d'un chalumeau. Si la vitesse de propagation de la flamme est supérieure à la vitesse de sortie des gaz, le feu peut se propager de l'extérieur vers l'intérieur du récipient et provoquer une explosion. Dans le cas d'hydrocarbure liquide, le comportement du feu sera fonction de la nature du combustible, de la surface de la nappe exposée à l'air, de son épaisseur et, bien entendu, des conditions atmosphériques. Pour des foyers de petite dimensions disposant d'un afflux d'air suffisant, la combustion est vive et relativement stable. En revanche, lorsque la nappe s'étend sur plusieurs dizaines de mètres carrés, les échanges thermiques sont importants, l'apport d'oxygène est irrégulier, les flammes sont hétérogènes et il se produit des tourbillons transportant de grandes quantités de fumées et de suies. La puissance d'un feu d'hydrocarbure est de l'ordre de 1 à 4 MW/m².

Les températures atteignent en quelques secondes 1 200 à 1 300 °C à un mètre au-dessus de la nappe ; elles décroissent au sein du panache en fonction de la vitesse du vent, mais peuvent encore, dans les zones élevées de réinflammation des gaz, atteindre 1 200 °C. Les hydrocarbures étant de médiocres conducteurs, la chaleur rayonnante provenant des flammes est absorbée dans une couche relativement mince du liquide combustible, à proximité de la surface en combustion. Cette couche s'épaissit avec la durée du feu et l'onde de chaleur se propage lentement (ou pas du tout, dans le cas du pétrole ou de l'essence) du front de zone chaude vers le fond de la nappe. Dans un réservoir, l'onde de chaleur se propage à vitesse constante, en fonction de la nature du combustible et de sa teneur en humidité. Pour du fioul sec, elle varie de 7,5 à 50 cm par heure ; pour du fioul humide (plus de 0,3 % d'eau), elle varie de 30 à 170 cm par heure.

Les feux d'hydrocarbures transmettent une grande quantité d'énergie par rayonnement, capable d'échauffer des éléments voisins jusqu'à l'inflammation. Ces effets sont, bien entendus, favorisés ou inhibés en fonction des conditions météorologiques.

Le Boil-Over

Ce type de phénomène affecte principalement les réservoirs atmosphériques de « lourds » (gazole, fuel, brut) dans le fond desquels il existe un résidu d'eau libre ou en émulsion, alors qu'un feu s'est déclaré à la surface, détruisant ou expulsant le toit. La présence d'eau dans le fond du réservoir peut s'expliquer soit par la pénétration accidentelle d'eau de pluie au travers des évents, la condensation de l'humidité de l'air à l'intérieur du réservoir, la teneur en eau de l'hydrocarbure ou l'introduction d'eau d'extinction du feu. Le feu en surface fait distiller l'hydrocarbure dont les divers composants ont des points d'ébullition différents. Les fractions légères alimentent le feu, tandis que les fractions plus lourdes, à haut point d'ébullition, s'enfoncent graduellement et forment un front chaud (d'une température de l'ordre de 150 °C ou plus) réchauffant les couches froides par convection et conduction. L'onde de chaleur est alimentée en continu par les résidus de combustion des composants légers qui brûlent en surface et s'épaissit plus rapidement que ne diminue la hauteur d'hydrocarbure dans le réservoir. Quand l'onde de chaleur atteint la couche d'eau, celle-ci se trouvant portée à une température supérieure à sa température d'ébullition, se vaporise. La création de vapeur d'eau génère un accroissement de volume considérable (un litre d'eau donne environ 1 700 litres de vapeur) qui agit à la manière d'un piston sur la masse d'hydrocarbure. L'émulsion en feu est violemment expulsée du réservoir transportant l'incendie alentour et engendrant, dans de nombreux cas, une boule de feu, phénomène spectaculaire et dévastateur.