5.3.10. LES DÉTECTEURS DE FUMÉE

LES DÉTECTEURS PONCTUELS DE FUMÉE À IONISATION

Tous les foyers, qu'ils soient couvants ou ouverts (c'est-à-dire avec présence de flammes), entraînent une décomposition de la matière qui se traduit par l'émission dans l'atmosphère d'aérosols (solution de particules dans l'air). Ces aérosols de combustion, qui constituent la fumée, commencent à se former à une température très inférieure à la température d'inflammation. Cette caractéristique est utilisée pour détecter précocement des feux produisant des particules de fumée.

Le détecteur de fumée à ionisation se compose essentiellement d'une chambre d'analyse, en communication permanente avec l'air ambiant. Il se présente le plus couramment dans une configuration ponctuelle, mais il existe également dans une configuration multi-ponctuelle.

Les détecteurs ioniques doivent répondre aux conditions suivantes :

- la fabrication, l'importation et la distribution de détecteurs de fumées à chambre d'ionisation sont soumises à autorisation de la CIREA (Commission Interministérielle des Radio Eléments Artificiels) ; - les sources radioactives utilisées doivent être conformes aux spécifications de la norme NF M 61-002 « Sources radioactives scellées - Généralités et classification » ; - les sources radioactives, une fois fixées dans le détecteur, constituent un ensemble identique au prototype qui aura subi avec succès les épreuves décrites aux paragraphes 2-1, 2-2, 2-3, 3-1, 3-2 de l'annexe « essai sur prototypes » des « recommandations relatives aux détecteurs de fumée à chambre d'ionisation » de l'Agence pour l'Energie Nucléaire de l'OCDE ; - le fournisseur doit indiquer dans ses notices commerciales et techniques les informations relatives aux sources radioactives, notamment l'activité contenue dans le détecteur et les précautions d'emploi. Il doit aussi assurer la traçabilité des sources en tenant à jour un registre de mouvement des détecteurs qu'il fourni.

Principe de fonctionnement d'une chambre à ionisation

Une chambre à ionisation est composée de deux électrodes (une positive et une négative). Sur une des électrodes, se trouve une source radioactive scellée qui émet un rayonnement radioactif α ayant la particularité de pouvoir ioniser les molécules d'air qu'il rencontre sur son passage (c'est-à-dire de donner une charge électrique positive ou négative aux molécules d'air et ainsi former des ions). Ces molécules ainsi chargées vont être attirées vers l'électrode de polarité opposée. Ce déplacement d'ions à l'intérieur de la chambre à ionisation est assimilable à un courant électrique circulant entre les deux électrodes.

En outre, avec l'effet d'ionisation des molécules de gaz, se produit un autre phénomène : Lorsqu'un ion négatif vient au contact d'un ion positif, les deux ions se neutralisent pour donner à nouveau deux molécules électriquement neutres.

La combinaison de ces deux phénomènes donne à l'atmosphère de la chambre une ionisation statistiquement constante. Ainsi, si l'atmosphère qui se trouve dans la chambre à ionisation n'est pas perturbée par des éléments extérieurs, le courant provoqué par le déplacement des ions entre les deux électrodes reste constant.

Lorsque des particules de fumée entrent dans la chambre à ionisation, elles ont une taille généralement comprise entre 0,01 μm et 10 μm. Elles sont beaucoup plus volumineuses que les molécules de gaz qui composent l'air et vont freiner le déplacement de ces dernières, ce qui va diminuer la valeur du courant électrique entre les deux électrodes.

L'analyse du détecteur de fumée va donc porter sur la valeur du courant produit dans la chambre d'ionisation. Plus il y aura de particules de fumée dans la chambre d'analyse, plus la valeur du courant produit dans la chambre va s'affaiblir. Il suffit donc de définir un seuil de courant au-dessous duquel le détecteur devra passer en alarme.

Influence de l'environnement

L'efficacité du détecteur et particulièrement la valeur du courant de repos dans la chambre d'analyse peuvent être affectés par un certain nombre de facteurs liés à l'environnement :

• L'empoussièrement peut entraîner un déclenchement intempestif du détecteur :
- si l'accumulation de poussières entre les deux électrodes est tel que celles-ci sont court-circuitées. Le courant ne traverse alors plus la chambre d'analyse mais passe directement par le court-circuit. Ce phénomène est appelé « perte d'impédance de la chambre » ; - si des particules de poussière pouvant être, par leur taille, assimilées à des aérosols issus de combustion pénètrent dans la chambre d'analyse ; - si des poussières s'accumulent sur la source radioactive, réduisant ainsi le nombre de particules α rayonnées dans la chambre et, partant, le nombre de molécules de gaz ionisées. Le courant d'ionisation est donc affaibli, ce qui entraîne une plus grande sensibilité du détecteur.
• La présence d'aérosols non issues de combustion (vapeurs de solvant ou d'alcool, gaz de fermentation, etc.) peut, compte tenu de la taille des particules correspondantes, entraîner des déclenchements intempestifs.
• En altitude, la baisse de la pression atmosphérique a pour effet de réduire le taux de molécules d'air dans un volume donné. Les particules α vont donc ioniser moins de molécules de gaz, avec pour conséquence une chute du courant dans la chambre et donc une augmentation du risque de déclenchements intempestifs.
• L'humidité de l'air peut provoquer :
- des déclenchements intempestifs, favorisés par la chute du courant de chambre, le mouvement des ions étant ralenti par la présence de vapeur d'eau ; - un défaut de perte d'impédance, la condensation de la vapeur pouvant provoquer un court-circuit entre les deux électrodes.
• Les courants d'air auront pour effet de diluer la fumée, rendant sa détection plus difficile, voire d'entraîner la fumée hors de portée du détecteur, rendant la détection impossible.

Domaine d'application

Ce type de détecteur est le plus couramment utilisé en raison de son aptitude à déceler les feux d'une manière très précoce, qu'il s'agisse de feux couvants à développement particulièrement lent ou des premières émanations d'un départ de feu appelé à se développer rapidement. Il convient donc tout particulièrement pour assurer la surveillance de risques à évolution lente : stockage de papiers ou de tissus, matériel informatique, galeries de câbles, etc.

LES DÉTECTEURS DE FUMÉE OPTIQUES PONCTUELS

Le fonctionnement de ces détecteurs est fondé sur la propriété qu'ont les particules contenues dans la fumée de réfléchir la lumière (comme on voit la poussière dans un rayon de soleil, le brouillard dans les phares...). Ce phénomène de diffusion de la lumière porte le nom d'effet Tyndall.

Principe de fonctionnement

Le capteur optique de ce type de détecteur est constitué principalement :

- d'une diode qui émet un rayon lumineux ; - d'une cellule réceptrice sensible à la lumière ; - d'une chambre de mesure ne laissant pas pénétrer la lumière extérieure mais autorisant l'accès à la fumée ; - d'un écran situé entre la diode émettrice et la cellule réceptrice empêchant, en l'absence de fumée, la cellule réceptrice de recevoir les rayons lumineux provenant de la diode émettrice.

Lorsque la fumée pénètre dans la chambre d'analyse, les particules qui la constituent réfléchissent des rayons de lumière en traversant le faisceau émis par la source lumineuse. Il en résulte, à l'intérieur de la chambre, l'apparition d'une lumière diffuse. Cette lumière est mesurée par le récepteur qui se trouve de l'autre côté de l'écran. La quantité de lumière diffuse reçue est analysée par la partie « traitement » du détecteur ; si elle dépasse un certain seuil, le détecteur passe en alarme.

Influence de l'environnement

Deux risques sont liés à la présence de poussière :

- un déclenchement intempestif peut être provoqué par des poussières ayant une taille semblable à celle des particules de fumée ; - l'affaiblissement de la sensibilité du détecteur par un dépôt de poussière sur la diode émettrice de lumière ou sur la cellule de réception. En effet, si le faisceau émis est amoindri, la fumée qui pénètre dans la chambre d'analyse réfléchit moins de lumière et il faudra beaucoup plus de fumée pour que le détecteur passe en alarme. De même, s'il y a de la poussière sur la cellule de réception, celle-ci sera moins sensible à la lumière reçue. A noter que l'affaiblissement de la puissance lumineuse émise par la diode peut être du à une cause autre que l'influence de l'environnement, une défaillance interne du détecteur par exemple.

La présence d'humidité dans l'air de la chambre d'analyse peut produire une lumière diffuse qui peut être comparable à celle de la fumée et engendrer dans certains cas une alarme. En outre, la condensation qui peut se produire au niveau de l'émetteur et du récepteur peut aussi être une source d'affaiblissement de la sensibilité du détecteur.

Les lumières parasites peuvent provoquer une alarme intempestive. En effet, si une source lumineuse est directement dirigée vers le détecteur, malgré les labyrinthes placés à l'entrée de la chambre d'analyse, il est possible qu'une partie de cette lumière arrive jusqu'à la cellule de réception (par réflexion sur les parties du labyrinthe).

Les courants d'air auront pour effet de diluer la fumée, rendant sa détection plus difficile, voire d'entraîner la fumée hors de portée du détecteur, rendant la détection impossible.

Domaine d'application

Ces types de détecteurs sont de plus en plus utilisés et conviennent particulièrement à la détection de feux couvants à évolution plus ou moins rapide.

LES DÉTECTEURS DE FUMÉE OPTIQUES LINÉAIRES

A l'inverse des détecteurs optiques ponctuels de fumée, les détecteurs optiques linéaires fonctionnent sur le principe du phénomène d'absorption de la lumière, selon la loi de Lambert-Beer. Ils sont plus particulièrement adaptés à la détection de fumées grises ou noires.

Principe de fonctionnement

Un détecteur optique linéaire de fumée est composé de deux parties :

- soit d'un émetteur et d'un récepteur (système barrage) ; - soit d'un émetteur/récepteur et d'un réflecteur (système reflex).

L'émetteur émet un rayonnement lumineux qui, en l'absence de fumée ou d'autres particules, arrive sur le récepteur avec une certaine puissance. Lorsque la fumée traverse le faisceau, cette puissance se trouve atténuée. Le récepteur, qui mesure le niveau de puissance reçu, passera en alarme lorsque la puissance reçue sera en-dessous d'un certain seuil.

Dans le cas d'une perte totale du faisceau au niveau du récepteur pouvant être provoquée par un désalignement du détecteur ou par un obstacle qui traverse le faisceau, le détecteur devra se mettre en état de dérangement.

La configuration de ce détecteur est dite linéaire car la détection de la fumée se fait tout au long de la ligne qui relie l'émetteur (ou l'émetteur/récepteur) au récepteur (ou au réflecteur). Sa portée (distance de détection entre les deux parties du détecteur) peut aujourd'hui atteindre 100 mètres.

Quelques précautions sont à prendre quant à l'installation d'un tel détecteur. Il devra être installé sur des supports très rigides et très stables ; un soin tout particulier devra être apporté à son alignement afin que le faisceau arrive au niveau du récepteur avec une puissance maximale. Il convient enfin de vérifier qu'aucun obstacle physique (pont roulant, chariot élévateur, etc.) ne puisse venir couper le faisceau et entraîner ainsi la mise en dérangement du détecteur.

L'avancée la plus significative réalisée au cours de ces dernières années sur ce type de détecteur a été l'introduction, dans les systèmes reflex, de la réflexion catadioptrique. Avec cette technique, l'élément passif renvoyant le faisceau lumineux vers son émetteur utilise à la fois la réflexion et la réfraction, alors qu'auparavant seule la réflexion était utilisée. Ceci a pour conséquence d'accroître la tolérance au désalignement du détecteur. Celle-ci peut alors atteindre, avec les meilleurs produits aujourd'hui disponibles, 15°.

Influence de l'environnement

La présence de poussières peut provoquer des alarmes intempestives :

- en se déposant sur le récepteur, l'émetteur ou le réflecteur, la poussière peut entraîner une dérive du niveau reçu en ambiance propre et rendre le détecteur beaucoup plus sensible ; - si un nuage de poussières traverse le faisceau optique, il atténuera le faisceau et pourra de la sorte conduire à des alarmes intempestives.

Un nuage de vapeur d'eau traversant le faisceau lumineux peut en atténuer la puissance et provoquer une alarme intempestive. L'humidité peut également se déposer sur la vitre de l'émetteur ou du récepteur avec les mêmes conséquences.

En présence de courants d'air chaud, le faisceau lumineux peut traverser une zone dont l'indice optique est différent de l'indice optique de l'ambiance à surveiller. Ceci va provoquer une légère réfraction du faisceau optique (même phénomène qu'un rayon lumineux traversant un prisme optique). Cette réfraction va, soit modifier le niveau de puissance reçue par le récepteur et risquer de déclencher une alarme intempestive, soit provoquer une perte d'alignement.

Domaine d'application

Le détecteur optique linéaire de fumée est particulièrement adapté aux locaux de grande dimension, la distance possible entre l'émetteur et le récepteur permettant de surveiller des grandes longueurs. Pour des locaux particulièrement hauts (atriums par exemple), on peut disposer les émetteurs et les récepteurs sur deux niveaux, afin de détecter à la fois les feux couvants et les feux ouverts. 

LES DÉTECTEURS DE FUMÉE MULTIPONCTUELS
(DÉTECTEURS À ASPIRATION)

Ces détecteurs sont constitués d'un dispositif d'analyse (capteur optique ou ionique), d'un système d'aspiration et d'un réseau aéraulique formé de tuyaux percés de trous. Chaque trou constitue un point de captation de l'ambiance (ou des ambiances) à surveiller.

L'air prélevé dans le ou les volume(s) à surveiller, par aspiration continue, est acheminé vers le dispositif d'analyse par le réseau aéraulique.

Une coupure du réseau aéraulique ou un encrassement des points de captation constituent une cause de dérangement.

Ce type de détecteurs est intéressant pour les faux-planchers, les faux plafonds et les endroits où les détecteurs ponctuels ne sont pas adaptés (hauteur de plafond supérieure à 12 mètres, esthétique, volume réduit, ambiances particulières nécessitant un éloignement du capteur telles que chambres froides...). Il convient également aux bâtiments dont les volumes se suivent de manière répétitive (cas des chambres d'hôtels par exemple).