5.3.12. LES DÉTECTEURS DE FLAMME

Ils réagissent aux rayonnements émis par les flammes. Quelle que soit la nature du matériau en feu, les longueurs d'onde de ces rayonnements se répartissent de la bande du spectre correspondant à l'infrarouge à celle correspondant à l'ultraviolet. Seuls ces deux extrêmes sont utilisés par les détecteurs de flammes, les rayonnements dans le spectre visible étant difficiles à discriminer des rayons lumineux de l'environnement ambiant.

La répartition en longueur d'onde des rayonnements émis par les flammes va dépendre des gaz qui vont se former lors de la combustion : on peut citer par exemple 4.3 μm pour le dioxyde de carbone (CO₂), 2.7 μm pour la vapeur d'eau (H₂O) et 5.5 μm pour le monoxyde de carbone (CO). Un corps chaud (corps noir) va rayonner de manière plus continue sur le même spectre ; il va donc falloir discriminer le rayonnement d'un corps noir de celui d'une flamme, afin d'éliminer un maximum de détections intempestives. Ceci est notamment valable pour les détecteurs de flammes infrarouge.

Les détecteurs de flammes infrarouge

Les détecteurs de flammes infrarouge vont analyser les rayonnements dont la longueur d'onde se situe aux environs de 4.3 μm (ce qui correspond au rayonnement d'une molécule de CO₂) ; ils vont ensuite différencier le rayonnement produit par un corps noir à cette longueur d'onde de celui d'une flamme. Il existe principalement deux méthodes de discrimination :

- la première consiste à analyser les variations dans le temps du rayonnement reçu. Si ce rayonnement varie avec une fréquence comprise entre 1 Hz et 30 Hz (c'est-à-dire entre 1 et 30 fois par seconde), il s'agira très vraisemblablement du rayonnement d'une flamme, un corps chaud émettant ce rayonnement d'une manière quasi constante. Le détecteur fournira donc une information d'alarme s'il reçoit un rayonnement infrarouge de longueur d'onde voisine de 4.3 μm et de puissance supérieure à un seuil donné et que la fréquence de pulsation de ce rayonnement est comprise entre 1 et 30 Hz ; - une autre méthode consiste à faire la discrimination entre une flamme et un corps noir en analysant le rayonnement reçu à deux fréquences différentes. La première fréquence est toujours située à 4.3 μm pour analyser la formation de molécules de dioxyde de carbone, la seconde est une fréquence pour laquelle une flamme ne rayonne pas ou très peu (par exemple 3.7 μm). Dans le cas d'un corps noir, les niveaux d'énergie à ces deux fréquences sont très proches, alors que lorsqu'il s'agit d'une flamme, le niveau d'énergie reçu pour la longueur d'onde 4.3 μm est beaucoup plus important que celui reçu à 3.7 μm. Il suffit donc de faire la différence entre ces deux niveaux d'énergie pour savoir s'il s'agit d'une flamme ou d'un corps noir. Pratiquement, on place à la suite des deux récepteurs un différenciateur qui débouche ensuite sur un comparateur à seuil. Si le niveau fourni par le différenciateur est supérieur à un seuil prédéterminé, le détecteur fournira une information d'alarme.

Les détecteurs de flammes ultraviolet

Ces détecteurs vont analyser les rayonnements situés dans le domaine des ultraviolets, c'est-à-dire dont la longueur d'onde est comprise entre 0,1 et 0,4 μm. Les capteurs de ces détecteurs sont des tubes à quartz qui vont réagir selon la longueur d'onde et le niveau d'énergie de la particule de lumière qui va les traverser. L'énergie d'un photon (particule de lumière) étant caractérisée par sa longueur d'onde, les capteurs vont compter le nombre de photons d'une longueur d'onde donnée (et donc d'un niveau énergétique donné) qui les traverse dans un temps prédéterminé. Si le nombre de photons d'énergie suffisante qui traversent le capteur dans ce laps de temps prédéterminé (appelé temps d'intégration) est supérieur à une valeur prédéterminée, le détecteur va se mettre en état d'alarme.

Particularités d'installation des détecteurs de flammes

Un détecteur de flammes, qu'il soit infrarouge ou ultraviolet, possède un angle de vision qui est généralement de 120°. Ainsi, plus on installe un détecteur de flamme loin du sol, plus grande sera la surface surveillée. On constate, dans une salle de hauteur de plafond normale, que, si on installe un détecteur au centre du plafond, il faudra en installer quatre autres (un à chaque coin de la pièce) pour assurer la surveillance totale de la pièce. Or, si on place un détecteur dans un coin supérieur de la pièce et qu'on l'oriente vers le coin inférieur opposé, il n'en faudra qu'un deuxième, placé au plafond dans le coin supérieur opposé, pour assurer la surveillance complète de la pièce. A noter toutefois que cette approche ne peut se faire que dans le cas des détecteurs de flammes et à condition que la distance entre le détecteur et le point le plus éloigné à surveiller n'excède pas une dizaine de mètres (car l'énergie lumineuse décroît de manière inversement proportionnelle au carré de la distance).

Phénomènes gênant la détection

Il convient d'être particulièrement vigilant sur deux points :

- les obstacles physiques opaques pouvant former écran entre une source éventuelle de flamme et le détecteur ; - les sources de lumière parasites qui peuvent entraîner des déclenchements intempestifs, notamment : • pour les détecteurs ultraviolet, les sources de lumière comme le soleil ou les phares halogènes d'un véhicule (la parade commence par une implantation judicieuse du détecteur ; dans certains cas, l'installation de protections sur le détecteur peuvent être nécessaires), • pour les détecteurs infrarouge, les réverbérations de faisceaux lumineux sur des parois réfléchissantes mobiles, surtout pour les détecteurs basés sur la discrimination par analyse de la fréquence de pulsation de la flamme (cette pulsation est appelée « flickering »).

Domaine d'application

Ces détecteurs sont plus particulièrement adaptés à la détection des feux à évolution rapide, en particulier les feux liquides. Ils conviennent à la surveillance des volumes de locaux de grande hauteur (halls de stockage ou de fabrication) et des locaux fortement ventilés dans lesquels les autres types de détecteurs seraient inopérants.