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2.1.4. L'ÉNERGIE LIBÉRÉE | |
Le pouvoir calorifique
Partant du principe que la combustion d'une masse déterminée d'un corps, dans des conditions d'essai définies, dégage toujours la même quantité d'énergie calorifique, il est possible de quantifier la chaleur dégagée par la combustion complète de l'unité de masse d'un combustible donné. Cette énergie libérée est exprimée généralement en joules par kilogramme pour les solides et les liquides et en joules par mètre cube pour les gaz. C'est le pouvoir calorifique.
En pratique, on distingue le Pouvoir calorifique supérieur (PCS) et le Pouvoir calorifique inférieur (PCI) :
- le Pouvoir calorifique supérieur (PCS) est l'énergie libérée par la combustion d'un kilogramme ou d'un mètre cube (gaz) de combustible, après avoir ramené les produits de combustion à la température à laquelle était le combustible avant l'inflammation et dans l'état naturel de ces produits à cette température. Ainsi, dans le cas fréquent de dégagement de vapeur d'eau, on tiendra compte de la chaleur dégagée par la condensation de la vapeur d'eau, puis du refroidissement de l'eau jusqu'à condensation et remise à température initiale ; - le Pouvoir calorifique inférieur (PCI) est également l'énergie libérée par la combustion d'un kilogramme ou d'un mètre cube de combustible, mais sans tenir compte de la chaleur restée dans la vapeur d'eau.
La différence entre PCS et PCI est de l'ordre de 10 %. Les mesures - normalisées - se font dans une enceinte close calorifugée emplie d'oxygène pur sous pression et saturé d'humidité, dite bombe calorimétrique. On obtient ainsi le pouvoir calorifique supérieur à volume constant. On calcule, à partir de ce dernier, le pouvoir calorifique inférieur à pression constante qui est celui à prendre en considération en cas d'incendie, ce dernier se développant généralement à l'air libre ou en local non hermétiquement clos. Et la vapeur d'eau ne se condense souvent qu'en des points éloignés du foyer.
C'est le pouvoir calorifique supérieur qui est pris en considération pour la classification des matériaux quant à leur réaction au feu, mais, c'est le pouvoir calorifique inférieur qui est pris en compte pour le calcul du potentiel calorifique dans le cadre de l'évaluation des risques d'incendie. D'une façon générale, lorsqu'il n'est pas fait mention de spécifications particulières, le pouvoir calorifique donné d'un matériau correspond au PCI, à pression constante, rapporté au kilogramme.
Le pouvoir calorifique s'exprime en MJ/kg (ou, rarement, en MJ/m3 pour les gaz). Les anciens tableaux donnent les pouvoirs calorifiques exprimés en kcal/g. La conversion est de 1 cal = 4,1855 J.
Matériau
PCI (MJ/kg)
Éléments
Carbone
33
Soufre
9,3
Hydrogène
143
Azote
2,4
Cuivre
2,5
Substances naturelles
Bois
17-19
Foin
17,5
Cuir
17
Graisses animales
40
Latex
44
Matériaux
Coton
17
Laine
20
Papier, carton
17
Matières plastiques
PVC rigide
18
PVC souple
22
Polyuréthane
23
Polystyrène
42
Polyéthylène
44
Polyamides
19-37
Polycarbonate
29
Polyesters insaturés
18-30
Résine phénolique
25
Résine époxy
29
ABS
31
Combustibles
Charbon gras
35,5
Gaz naturel
52
Carburants
44
Le débit calorifique
Le débit calorifique est la quantité de chaleur produite, par unité de temps et par unité de masse, par une matière combustible.
Si l'on prend l'exemple d'un volume cubique d'1 m3 contenant en suspension 40 g de poussière de bois. Son potentiel calorifique sera de 40 g/m2, chiffre très faible. Cependant, toute l'énergie de ces 40 grammes est susceptible d'être délivrée en une fraction de seconde, avec une énergie d'activation minime, par explosion de poussières, par exemple. En admettant que la déflagration des 40 grammes ait lieu en une seconde, elle fournira une puissance de 670 kJ/seconde, soit 670 kilowatts.
Ainsi, un phénomène de combustion ne fournit pas seulement une énergie totale, considération statique, mais aussi une puissance dont la valeur influe sur le milieu ainsi que sur son propre développement. Plus la puissance fournie est grande, plus la température s'élève. Le débit calorifique s'exprime donc soit en KJ/kg/s (kilojoules par kilogramme et par seconde), soit en Watt/kg.
Élément essentiel caractérisant l'élévation de température, le débit calorifique dépend des facteurs suivants :
- l'alimentation du combustible en comburant ; - l'état de division des matériaux combustibles ; - le mode d'implantation et de rangement des combustibles ; - la température ambiante, l'humidité, les catalyseurs...
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