Le feu dans les maisons

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Digeste de la construction au Canada, 1964-05

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Le feu dans les maisons

Digeste de la Construction au Canada

Division des recherches en construction, Conseil national de

recherches Canada

CBD 31F

Le feu dans les maisons

Publié à l'origine en mai 1964 G. W. Shorter

Veuillez noter

Cette publication fait partie d'une série qui a cessé de paraître et qui est archivée en tant que référence historique. Pour savoir si l'information contenue est toujours applicable aux pratiques de construction actuelles, les lecteurs doivent prendre conseil auprès d'experts techniques et juridiques.

Il est probable qu'au moins un incendie se déclare dans toutes les maisons du Canada au cours de leur vie. Le rapport de 1959 du Commissaire fédéral des incendies précise que pour la période 1950-1959 la moyenne annuelle des incendies enregistrés était de 73 000 et que 95% de ces incendies avaient éclaté dans des maisons. Les incendies varient beaucoup en importance: ils peuvent être très petits comme le feu d'une cigarette qui fait un trou dans un tapis ou immenses comme les incendies qui détruisent complètement les bâtiments et tout ce qu'ils contiennent. Il est important de ne jamais oublier que les feux qu'on n'éteint pas le plus vite possible donnent lieu non seulement à des pertes financières mais aussi à des blessures et dans certains cas à des pertes de vie.

Une indication des pertes financières encourues au Canada par suite du feu est fournie par les $100,000,000 de pertes immobilières enregistrés en moyenne chaque année. En fait, ce chiffre ne couvre pas toutes les pertes financières résultant des incendies car il ne tient pas compte, par exemple, des ouvriers qui perdent leur travail, des marchandises qu'on ne produit plus, des affaires qui ne se font plus et des facilités qui disparaissent.

De nos jours, au Canada, les pires incendies impliquent un ou deux bâtiments alors qu'au début du siècle des quartiers entiers brûlaient. Néanmoins, en 1959, plus de 40% des pertes dues au feu ont résulté de grands incendies ayant causé plus de $50,000 de dégât chacun. Pourtant, le nombre de ces incendies constituait à peine ½% du nombre total des incendies enregistrés cette année là. Naturellement cela s'explique par le fait que la majorité de ces incendies à grandes pertes se sont produits dans des bâtiments industriels et dans des immeubles commerciaux ou publics.

Les statistiques relatives aux personnes ne concernent que les blessures mortelles. Chaque année 540 vies sont perdues dans des incendies au Canada. Environ 75% des victimes meurent dans des incendies de maisons particulières et d'appartements. Le Canada a eu de la chance au cours des dernières années du fait qu'aucun incendie important n'a causé la mort d'un grand nombre de personnes. La mise en vigueur de règlements plus stricts en matière de prévention des incendies dans les grands immeubles a certainement fait beaucoup pour réduire les pertes de vie dans ce type de bâtiment. On ne doit en aucun cas prendre à la légère les questions

relatives à la sécurité. Même lorsque toutes les précautions sont prises des désastres peuvent se produire. On devra s'efforcer de réduire davantage les risques en ce qui concerne les nombreuses pertes de vie dans les grands immeubles et on devra faire baisser le total actuel des pertes, particulièrement celles qui se produisent dans les demeures.

Le principal objectif du présent Digeste est de passer en revue les principes et les caractéristiques de la protection efficace contre l'incendie. Dès qu'ils commencent à dresser les plans des maisons les architectes devraient tenir pleinement compte de ces principes et de ces caractéristiques, car c'est le seul moyen d'obtenir une protection efficace à bon compte. Quoique l'ignifugeage constitue une question très complexe, l'architecte peut, s'il a une bonne connaissance des principes de base impliqués, établir de façon rationnelle les caractéristiques ignifuges des maisons.

Combustion

La combustion est une réaction chimique impliquant principalement une oxydation laquelle produit de la chaleur. Une telle réaction chimique ne peut se faire rapidement que si les molécules de combustible sont intimement mélangées aux molécules d'oxygène avec lesquelles il faut qu'elles se combinent. Cette combinaison se produit très facilement avec les combustibles gazeux. Les combustibles liquides doivent tout d'abord être vaporisés avant que le mélange nécessaire avec l'oxygène puisse avoir lieu et les plus lourds peuvent nécessiter l'application d'une chaleur considérable. On doit toujours chauffer les combustibles solides pour les convertir à l'état gazeux c'est-à-dire à l'état qui permet un mélange rapide avec l'oxygène. Lorsqu'un combustible est disponible à l'état gazeux il se diffuse dans l'air et forme un mélange inflammable lorsque les proportions de gaz et d'air ne dépassent pas certaines limites dites de "flammabilité" qui déterminent les concentrations de combustible dans l'air permettant à l'allumage de se produire. L'allumage se produit lorsque le mélange est porté à une température à laquelle l'auto-allumage peut avoir lieu ou plus couramment lorsqu'une source d'allumage extérieure, à haute température, est présente. Une telle source extérieure petit être extrêmement petite à condition que sa température soit suffisamment élevée comme dans le cas des étincelles électriques, des petites flammes et des matières rougeoyantes comme les cendres et les cigarettes allumées.

Lorsque des solides sont divisés en fines particules comme les grains, le charbon, le bois et certaines poussières métalliques suspendues dans l'air, ils peuvent être presque aussi facilement allumés que des mélanges gazeux à condition qu'ils ne dépassent pas certaines limites de concentration. Un solide chauffé s'enflamme plus rapidement dans un faisceau de gaz chaud s'il a une surface spécifique élevée, c'est-à-dire une grande surface par rapport à son volume.

Le processus de la génération interne de la chaleur conduisant à ce que l'on appelle généralement l'allumage spontané est un phénomène intéressant que l'on donne souvent comme cause des mystérieux incendies de maisons. Il se produit moins fréquemment que l'on ne le suppose généralement étant donné que des conditions inusitées doivent exister. Un matériau qui s'oxyde assez rapidement aux températures ordinaires doit être présent. Dans la plupart des cas ces matériaux sont des huiles spéciales du type employé dans la peinture ou des huiles qu'on trouve dans certaines plantes. Les huiles de séchage de la peinture sont choisies pour le pouvoir qu'elles ont de s'oxyder et de faciliter ainsi le séchage des pellicules de peinture. Quand elles sont utilisées normalement, elles présentent peu de danger, mais lorsqu'elles sont dispersées dans un paquet de vieux chiffons à peinture le taux d'oxydation augmente avec la température. Quand les conditions le permettent la température peut éventuellement atteindre un point d'auto-allumage et un incendie peut en résulter.

Une autre forme de chauffage spontané peut se produire lorsqu'un matériau comme des panneaux de fibre de bois sont emmagasinés en grande quantité. Il existe une dimension critique des piles, dépendant de la température des panneaux à ce moment là, au-dessus de laquelle les panneaux se chaufferont d'eux-mêmes graduellement. Ceci peut élever la température du matériau au point de l'enflammer. Un phénomène semblable peut se produire

lorsque des produits agricoles sont entreposés. Dans ce cas, l'auto-chauffage peut être provoqué par l'action des bactéries et une oxydation peut résulter de la chaleur ainsi produite. Ensuite un auto-allumage pourra se produire suivi par un incendie.

On a suggéré de classifier les matériaux combustibles en trois catégories. Ceux de la première catégorie sont ceux que l'on peut enflammer au moyen d'une allumette et qui continuent à brûler par eux-mêmes; des exemples courants sont le papier, le carton et les liquides combustibles volatiles. Dans la deuxième catégorie on trouve n'importe quel matériau susceptible de s'allumer et de brûler s'il est associé à suffisamment de matière de la première catégorie quoiqu'une allumette ne suffise pas pour y déclancher un feu continu; le contre-plaqué entre dans cette catégorie. Les matériaux de la troisième catégorie sont difficiles à enflammer et ils ont généralement besoin d'un feu de support pour continuer à brûler. Les poutres de charpente et les marchandises combustibles empaquetées ou comprimées comme les textiles et les papiers entrent dans cette catégorie. Tout bois de construction ayant une épaisseur supérieure à ½ pouce peut être considéré comme faisant partie de la troisième catégorie. On peut en déduire par exemple, que le feu se développera beaucoup plus rapidement dans une fabrique de meubles que dans un entrepôt contenant du bois de construction.

L'oxygène est un ingrédient essentiel dans la réaction chimique du feu de telle sorte que le développement d'un feu est limité par les approvisionnements en oxygène. Lorsque ces approvisionnements sont restreints comme dans le cas extrême d'un feu se déclarant dans une pièce hermétiquement fermée l'oxygène disponible ne suffit qu'à la combustion d'une très petite quantité de combustible. La chaleur produite ne suffira probablement pas à provoquer des ouvertures qui laisseraient entrer davantage d'air et l'incendie s'éteindra par suite d'une absence d'oxygène. Il est rare qu'un bâtiment soit hermétiquement fermé, cependant, et s'il y a des ouvertures à deux niveaux la convection naturelle aidée peut-être par le vent facilitera l'échappement des produits de combustion à l'ouverture la plus haute tandis que l'oxygène continuera d'entrer par l'ouverture la plus basse. Ceci entraîne une augmentation de la température jusqu'à ce qu'un équilibre soit atteint entre la chaleur produite et la chaleur transmise. Le feu continuera alors à cette cadence jusqu'à ce que le combustible soit épuisé. En pratique, la chaleur peut causer de tels dommages à un ouvrage qu'elle améliorera l'approvisionnement de l'air avant que l'équilibre n'ait été atteint. Ce sont souvent les fenêtres qui craquent les premières. Ensuite la température peut s'élever rapidement jusqu'à ce que les surfaces reçoivent suffisamment de chaleur par radiation pour provoquer l'allumage.

La combustion peut donc être décrite comme étant une distillation des gaz provenant de matériaux combustibles, un mélange de ces gaz avec l'oxygène de l'air, puis un chauffage local du mélange, jusqu'à ce qu'il s'enflamme spontanément soit allumé par une flamme ou un matériau chaud adjacent. La réaction chimique qui suit, produit divers résultats: de la chaleur est produite laquelle peut soutenir et activer le feu; les gaz combinés produisent d'autres gaz, principalement des bioxydes de carbone et de la vapeur quoiqu'il puisse y avoir d'autres gaz toxiques ce qui dépend de la substance qui brûle. La combustion n'est pas toujours nécessairement complète et du carbone peut être libéré sous forme de fumée qui est la partie visible des gaz de combustion et qui varie en quantité selon la nature des matériaux. La vitesse a laquelle le feu se développe dépend de la vitesse à laquelle la chaleur est libérée et dissipée c'est-à-dire de ce que l'on peut appeler l'équilibre de chaleur.

Développement du feu

Pour que le feu se propage dans un bâtiment la chaleur doit passer d'une partie de ce bâtiment à l'autre afin de distiller et d'allumer les gaz combustibles. Ceci peut être réalisé de plusieurs façons. Le feu peut être conduit le long ou au travers de matériaux ayant une forte conductivité tels que les métaux qui ne sont pas, par eux-mêmes, facilement combustibles. De cette façon il traverse une paroi incombustible jusqu'à ce que la température du matériau combustible du côté éloigné soit élevée et atteigne le point d'allumage. Des courants de convection peuvent répartir des gaz chauds dans l'ensemble d'un bâtiment et peuvent également transporter des gaz combustibles distillés dans le matériau qui est adjacent au feu mais qui n'est pas brûlé par

suite d'une absence d'oxygène. En atteignant une nouvelle source d'oxygène, ces gaz peuvent alors s'enflammer. La chaleur radiante peut permettre au feu de faire de grands bonds et si les rayons de chaleur tombent sur une matière très inflammable comme les rideaux d'une fenêtre de l'autre côté de la rue les flammes peuvent se répartir sur la surface d'un matériau combustible et transporter le feu le long des corridors et dans d'autres pièces. Finalement, des matériaux incandescents peuvent être projetés par des explosions et permettre au feu de sauter par-dessus des zones ininflammables.

Le feu et les plans des maisons

En général les architectes ne s'occupent pas de la phase "allumage" d'un feu sauf dans le cas de zones particulièrement dangereuses. Dans toutes les zones où des vapeurs inflammables sont normalement présentes des dispositifs électriques à l'épreuve des explosions doivent être installés et des mesures doivent être prises pour que ces vapeurs ne séjournent pas. Comme il existe beaucoup de sources d'allumage dans la plupart des bâtiments comme les mégots que l'on jette imprudemment, l'architecte doit assumer qu'un feu peut toujours se produire n'importe où et faire ses plans en conséquence. Sa principale responsabilité consiste donc à faire des plans de bâtiments où la propagation du feu sera limitée et où seront minimisés les risques de perte de vie et les endommagements de propriété.

La vitesse à laquelle un feu se développe varie beaucoup. Elle dépend de la ventilation, de la quantité et de la répartition des produits combustibles et du type des revêtements. A l'heure actuelle on dispose de très peu de renseignements sur le comportement du feu une fois que les flammes ont commencé à jaillir. Plusieurs organisations de recherches dans divers pays ont cherché à étudier ce problème au moyen de modèles mais ces recherches sont loin d'être terminées. D'après une étude effectuée dans le passé au sujet des incendies, cependant, il est possible de tirer quelques conclusions de nature générale sur leur développement. On peut distinguer trois étapes. Il y a une période où la température s'élève rapidement et où le feu se propage; ce développement est limité par le réchauffage des surfaces du combustible et par la pénétration de l'oxygène dans le combustible. Il y a ensuite une période où la température s'élève plus lentement; c'est la période ou le feu est complètement développé mais est à son tour limité par l'accès de l'air au travers des ouvertures dans les murs périphériques du bâtiment. Finalement, il y a la période de décroissance lorsque la température baisse; durant cette période les fractions volatiles des combustibles sont épuisées.

La rapidité du développement du feu durant la première période influe sur le danger causé à la vie humaine, sur les possibilités d'endommagement des biens et sur l'importance du problème auquel devra faire face le service d'incendies. Un facteur qui affecte cette rapidité est le type des revêtements intérieurs qui sont installés. Les revêtements les plus inflammables, toutes autres conditions étant égales, permettent à un feu de se développer plus rapidement que les revêtements moins inflammables. L'architecte doit par conséquent les utiliser le moins possible afin de donner autant de temps que possible aux occupants pour qu'ils s'enfuient et pour que l'on puisse lutter contre le feu.

La période des feux pleinement développés et à un moindre degré la période de leur extinction déterminent en grande partie l'importance de l'endommagement causé à un ouvrage. C'est durant cette période également que le bâtiment menace le plus les bâtiments adjacents. L'un des facteurs les plus importants, en plus de la ventilation, en ce qui concerne la durée de cette période est la quantité et la répartition des matériaux combustibles par pied carré de surface de plancher. Plus le contenu calorifique des matériaux est grand dans un bâtiment plus sont élevées les possibilités d'aggravation du feu.

Le stade final dans la réaction est l'extinction. Les flammes prennent fin lorsque des vapeurs inflammables ne sont plus produites à une vitesse suffisante pour former avec l'air un mélange inflammable. L'extinction peut être due à une absence soit de combustible soit d'oxygène. Les extincteurs au bioxyde de carbone fonctionnent selon le principe d'un étouffement du feu par coupure de l'oxygène. L'eau permet également d'éteindre le feu de cette façon; de plus, elle refroidit le matériau qui brûle ce qui provoque un équilibre thermique négatif, et cela oblige le feu à s'éteindre.

Conclusion

Pour conclure, la combustibilité, l'inflammabilité et l'endurance au feu des matériaux de construction sont des facteurs qui doivent être considérés lorsque l'on fait les plans des maisons. Mais quoique la combustibilité totale soit importante c'est l'inflammabilité des revêtements intérieurs qui est critique. Elle influence la vitesse à laquelle un feu se développe; un corridor doublé avec des matériaux très inflammables peut souvent ne servir à rien comme issue de secours. Plusieurs méthodes d'essai sont disponibles lesquelles permettent de classer les matériaux quant à leur inflammabilité; un essai de propagation des flammes qui est extrêmement utilisé sur le continent Nord Américain est la norme E84 de l'ASTM (Surface Burning Characteristics of Building Materials).

La compartimentation est un autre système très efficace pour limiter la propagation d'un feu. Naturellement une bonne résistance au feu des revêtements rendra ce système encore plus efficace qu'il s'agisse de compartimentations verticales ou horizontales ou de cages d'escalier fermées.

Afin d'évaluer le comportement des murs, des colonnes, des planchers et autres éléments de construction, lorsqu'ils sont exposés au feu, des essais de résistance au feu ayant pour but de simuler le développement d'un feu ont été mis au point au cours des années. Pour subir l'épreuve avec succès, l'élément mis à l'essai doit empêcher le passage du feu; il ne doit pas s'effondrer ni donner lieu à des fissures et il ne doit pas non plus conduire la chaleur au point de porter le côté non exposé à des températures qui enflammeraient les combustibles qu'on y a placés. Sur ce continent les essais les plus utilisés sont les normes ASTM ci-dessous:

E119 - Fine Tests of Building Constructions and Materials E152 - Fire Tests of Door Assemblies

E163 - Fire Tests of Window Assemblies.

Dans chacun de ces essais, il y a une augmentation initiale rapide de température (la température dans les fours d'essais atteint 1000°F en 5 minutes), après quoi elle décroît. La durée du feu d'essai est mise en corrélation avec la "charge" du feu (poids des combustibles par pied carré de surface de plancher) c'est-à-dire qu'une endurance d'une heure correspond à une "charge" de feu de 10 livres par pied carré de matériaux combustibles ayant un coefficient calorifique de 8000 Btu par livre. Les mesures de température obtenues durant l'opération St Laurent Burns ont confirmé que les relations temps-température employées actuellement dans les essais d'endurance à l'incendie donnent une bonne idée des conditions auxquelles on peut s'attendre dans un incendie réel.

Quoique les architectes puissent réduire les risques d'incendie dans les maisons qu'ils conçoivent ils ne peuvent pas garantir que le feu n'éclatera jamais. Ils peuvent cependant faire beaucoup pour que les pertes en cas d'incendie soient réduites à un minimum. Une connaissance des principes de base impliqués est essentielle pour que les maisons soient ignifuges et qu'elles protègent les vies et les biens.