Le concept de combustion. Modes d'apparition de la combustion. Informations générales sur le processus de combustion, le feu et son développement
1.1. Information brève sur le processus de combustion et la nature de la combustion des combustibles les plus courants.
La combustion est complexe physique procédé chimique, qui repose sur des réactions d'oxydation rapides, accompagnées d'un dégagement de chaleur et, en règle générale, d'un rayonnement lumineux. La combustion se produit et se poursuit en présence d'une substance combustible, d'un agent oxydant (généralement de l'oxygène) et d'une source d'inflammation.
Il existe deux types de combustion : homogène et hétérogène. La combustion homogène se produit lorsqu'une substance combustible est à l'état gazeux. Si la réaction a lieu entre une substance combustible solide et un comburant gazeux, on parle alors de combustion hétérogène.
Un signe externe de combustion homogène est une flamme, hétérogène - lueur. La flamme est une zone où se produit la réaction de la combinaison de vapeurs (gaz) d'une substance en combustion avec l'oxygène. La température de flamme est aussi la température de combustion. En cas d'incendie dans les résidences et bâtiments administratifs il fait en moyenne 850-900°, en forêt - 500-900°.
La durée et l'intensité de la combustion dépendent de nombreux facteurs et, tout d'abord, de l'apport d'oxygène au processus, de la quantité et de l'état du matériau. La vitesse de combustion des substances combustibles solides dépend largement de leur surface spécifique et de leur degré d'humidité. La combustion de la tourbe est particulièrement dangereuse. La tourbe a une température d'auto-inflammation basse (225 - 280°C) et une fragmentation élevée, ce qui détermine sa combustion stable. Lorsqu'il n'y a pas de vent ou de vent léger, la tourbe brûle très lentement. Sur les sites d'extraction de tourbe, la combustion de la tourbe commence à la surface de la tourbe extraite des gisements et se propage progressivement dans la profondeur de la couche extraite. L'inflammation de la tourbe peut se produire lors de son séchage. Rôti heure d'été en hauteur, la tourbe s'assèche à tel point qu'elle peut s'enflammer à la moindre étincelle. La combustion de la tourbe s'accompagne d'un dégagement abondant d'une épaisse fumée blanche. Avec une combustion prolongée de la tourbe sur de grandes surfaces, lors d'une augmentation du vent, d'énormes masses de tourbe sèche et de poussière de tourbe peuvent s'élever des lieux de tourbe extraite, qui brûlent avec une flamme, formant ce que l'on appelle des tornades. Les tornades de feu peuvent entraîner la mort de personnes, ainsi que la destruction des colonies voisines.
La combustion des poussières (farine, charbon, sucre, etc.) se produit à la vitesse d'une explosion, des morceaux massifs de ces substances s'enflamment difficilement. L'augmentation de la quantité d'humidité dans les matériaux combustibles réduit le taux de combustion.
Les liquides inflammables (FL) et les liquides combustibles (FL), qui comprennent l'huile et les produits pétroliers, sont particulièrement dangereux lors de la combustion.La vitesse de combustion des FL et FL est déterminée par leur capacité à s'évaporer. Cela est dû au fait que ce n'est pas le liquide lui-même qui brûle, mais ses vapeurs. Le pétrole et les produits pétroliers sont généralement stockés verticalement dans des réservoirs cylindriques, ainsi que dans de petits conteneurs (fûts, bidons). La combustion dans un réservoir avec des liquides inflammables et des liquides combustibles commence, en règle générale, par une explosion d'un mélange vapeur-air, accompagnée d'une séparation partielle ou complète du toit du réservoir et d'une inflammation du liquide sur toute la surface libre. La combustion du pétrole et des produits pétroliers à la surface libre après l'explosion se produit relativement calmement. La température de la partie lumineuse de la flamme, selon le type liquide inflammable fluctuer entre 1000 et 1300°C. L'essence et les autres produits pétroliers légers brûlent relativement silencieusement. La vitesse de combustion des produits pétroliers noirs est très inégale. Le taux de combustion des substances gazeuses peut changer encore plus fortement. Lorsque des gaz combustibles s'échappent sous pression, ils brûlent sous la forme d'une torche, mais si le gaz s'accumule progressivement avec la formation d'un mélange combustible avec l'air, une explosion se produit.
Huiles et fiouls longue combustion dans les réservoirs, ils se réchauffent en profondeur, de sorte que la combustion s'accompagne d'ébullition et d'éjection du liquide brûlant. L'essence et les autres produits pétroliers légers ne chauffent pas lorsqu'ils sont brûlés dans de grands réservoirs.
Lors de la combustion de produits pétroliers, la fumée est noire, provenant de la combustion du bois - noir grisâtre, les fumées de phosphore et de magnésium sont blanches.
Dans le cas où le processus de combustion est sous la surveillance d'une personne, cela n'est pas dangereux. Cependant, échappant à son contrôle, l'incendie se transforme en une terrible catastrophe, dont le nom est le feu.
1.2. Concepts généraux sur l'incendie et son évolution.
Un incendie est une combustion incontrôlée, en dehors d'un foyer particulier, accompagnée de la destruction de valeurs matérielles et mettant en danger la vie des personnes.
Les principaux paramètres caractérisant un incendie sont : la surface du foyer, l'intensité de la combustion, la vitesse de propagation et la durée de l'incendie.
Le foyer d'incendie est compris comme le lieu (zone) de la combustion la plus intense sous trois conditions principales :
apport continu d'un agent oxydant (air);
approvisionnement continu en carburant (matériaux combustibles);
dégagement continu de chaleur nécessaire pour entretenir le processus de combustion.
Trois zones sont distinguées dans le foyer d'incendie : la zone de combustion, la zone affectée par la chaleur et la zone de fumée.
La zone de combustion est une partie de l'espace dans lequel les substances combustibles sont préparées pour la combustion.
La zone d'impact thermique est une partie de l'espace adjacent à la zone de combustion, dans laquelle l'effet thermique rend impossible le séjour des personnes sans protection thermique particulière.
Zone de fumée - une partie de l'espace adjacent à la zone de combustion et de la fumée des gaz de combustion à des concentrations qui menacent la vie et la santé des personnes ou entravent les actions de l'unité de sauvetage.
L'intensité des incendies dépend largement de la résistance au feu des objets et de leurs composants.
Tous les incendies peuvent être classés selon les signes extérieurs de combustion, le lieu d'origine de l'incendie et l'heure d'arrivée des premiers pompiers.
A) Par des signes extérieurs de combustion les incendies sont divisés en externes, internes, à la fois externes et internes, ouverts et cachés.
à l'extérieur comprennent les incendies dans lesquels des signes de combustion (flamme, fumée) peuvent être visuellement identifiés. De tels incendies se produisent lors de l'incendie de bâtiments et de leurs structures, de piles de bois scié, de charbon, de tourbe et d'autres actifs matériels situés dans des zones ouvertes. des zones de stockage; lors de la combustion de pétrole et de produits pétroliers dans des réservoirs, etc. Les feux extérieurs sont toujours ouverts.
à l'interne comprennent les incendies qui surviennent et se développent à l'intérieur des bâtiments. Ils peuvent être ouverts et cachés.
Signes de brûlure feux ouverts peut être établie par des inspections de locaux (par exemple, incendie de biens dans des bâtiments à des fins diverses; incendie d'équipements et de matériaux dans ateliers de production etc.).
Aux feux cachés la combustion a lieu dans les vides des structures des bâtiments, conduits d'aération et mines, à l'intérieur des gisements de tonra ou des tas de tourbe, etc. Les signes de brûlure sont détectés par la fumée qui s'échappe par les fissures, la décoloration du plâtre, etc.
Les incendies les plus difficiles sont à la fois externes et internes, ouverts et cachés. À mesure que la situation change, le type d'incendie change. Ainsi, lorsqu'un incendie se développe dans un bâtiment, la combustion interne latente peut se transformer en combustion interne ouverte, et la combustion interne en combustion externe et inversement.
B) Selon le lieu de survenance les incendies se produisent dans les bâtiments, les structures, dans les zones ouvertes des entrepôts et dans les massifs combustibles (forêt, steppe, tourbe et champs de céréales).
C) Au moment de l'arrivée des premiers pompiers les incendies sont divisés en incendies lancés et non démarrés.
A la course comprennent des incendies qui, au moment de l'arrivée des premiers pompiers, s'étaient considérablement développés selon raisons diverses(par exemple, en raison d'une détection tardive d'un incendie ou d'un message à pompiers). En règle générale, il n'y a pas assez de forces et de moyens des premières divisions pour éteindre les incendies allumés.
Non commencé les incendies sont dans la plupart des cas éliminés par les forces et les moyens de la première unité arrivée, la population ou les travailleurs de l'installation.
Le processus de développement du feu peut être divisé en trois phases. Dans la première phase, la propagation de la combustion se produit lorsque le feu couvre l'essentiel des matières combustibles (au moins 80%). Dans la deuxième phase, après avoir atteint le taux de combustion maximal des matériaux, le feu se caractérise par une combustion à flamme active avec un taux constant de perte de matériaux combustibles. Dans la troisième phase, le taux de combustion chute fortement et la combustion des matériaux et des structures en combustion se produit.
1.3. Façons d'arrêter de brûler. Classification des principaux agents d'extinction d'incendie, informations générales à leur sujet: types, une brève description de, domaines et conditions d'application.
L'eau est l'agent d'extinction principal et le plus courant pour éteindre les incendies de forêt. Cependant, la mousse air-mécanique est plus efficace, ce qui, recouvrant la surface du bois en combustion, le protège de la chaleur rayonnante, et l'agent mouillant contenu dans l'agent moussant contribue à une meilleure pénétration de l'eau dans les pores du bois, et, par conséquent, une baisse plus rapide de la température.
Selon les matériaux brûlants, il existe 3 types principaux feux de forêt: football de base, équitation, terre et souterrain.
Le feu de sol est appelé feu de forêt, dans lequel la principale matière combustible est le couvre-sol, le sous-bois, le sous-bois ou le bois mort.
Les feux d'équitation sont des feux qui brûlent la canopée d'un peuplement forestier. Ces incendies proviennent de la base comme une étape ultérieure de leur développement.
Les feux de sol de forêt brûlent sans flamme la couche supérieure du sol tourbeux. Des feux de sol sont observés dans les zones aux sols tourbeux.
Dans les premières étapes du séchage, la couche tourbeuse ne brûle que sous les arbres, qui tombent au hasard, et la zone forestière, endommagée par le feu, ressemble à une zone piquée. feux au sol par court terme couverture grande surface, puis continuez comme sol, en approfondissant dans des entonnoirs séparés dans la tourbe.
Avec grand feux de tourbe le plus grand danger est un changement soudain du vent, une augmentation de la vitesse de propagation du feu, le transfert d'étincelles à travers les zones où les gens travaillent et la formation de nouveaux incendies à l'arrière, à la suite de quoi les gens peuvent deviennent désorientés et se retrouvent entourés de feu.
L'apparition et le développement d'un incendie dans un réservoir contenant du pétrole ou des produits pétroliers commencent généralement par l'explosion d'un mélange vapeur-air, la séparation partielle ou complète (effondrement) du toit du réservoir et l'inflammation du liquide sur l'ensemble Surface libre.
Le détachement complet du toit et sa chute par la force de l'explosion au sol (il est parfois projeté à quelques dizaines de mètres) est le plus favorable à l'extinction ultérieure de l'incendie.
La combustion du pétrole enrichi et des produits pétroliers à la surface libre se produit assez calmement.
combat des unités de secours pour l'extinction d'un incendie dans un réservoir de stockage d'huile et de produits pétroliers sont organisées en fonction de la situation actuelle, à savoir :
effectuer des reconnaissances d'incendie ;
organiser immédiatement le refroidissement des réservoirs en feu et voisins ;
organiser la préparation d'une attaque à la mousse à l'aide de moyens mobiles.
Lorsque plusieurs réservoirs sont en feu et qu'il manque de forces et de moyens pour éteindre tous les réservoirs en même temps, il est nécessaire de concentrer toutes les forces et tous les moyens sur l'extinction d'un réservoir situé du côté au vent ou du réservoir dont le feu menace le plus le voisinage. réservoirs non brûlants. Une fois la combustion terminée, l'alimentation en mousse des réservoirs se poursuit pendant environ 3 à 5 minutes. pour empêcher la réinflammation du produit pétrolier. Dans ce cas, il convient que toute la surface du produit pétrolier soit recouverte de mousse. Le refroidissement se poursuit jusqu'à ce que le réservoir soit complètement refroidi.
Au début de l'approvisionnement en mousse pour éteindre le pétrole et les produits pétroliers noirs, l'ébullition des liquides en combustion et leurs émissions sont possibles. Dans de tels cas, des mesures sont prises à l'avance pour assurer la sécurité des personnes impliquées dans l'extinction et pour protéger les conduites flexibles situées dans la zone d'exposition à la flamme active avec des jets d'eau.
Parfois, un produit pétrolier en feu est éjecté à une hauteur considérable et se propage à une distance de 70 à 120 m du réservoir en feu, menaçant non seulement les réservoirs voisins, mais également les installations individuelles, les structures, ingénierie du feu et personnels. Pour fournir du personnel et du matériel en cas de menace d'éjection, des camions de pompiers sont installés du côté au vent à une distance d'au moins 100 m.
Les incendies dans les réservoirs de stockage de gaz d'hydrocarbures liquéfiés (GPL) et d'essence instable stockés sous haute pression peuvent se produire lorsque les équipements et les communications des réservoirs sont dépressurisés, ainsi qu'à la suite d'autres les urgences. En règle générale, les incendies commencent par la combustion à la torche de DGS aux endroits où ils sont passés ou par l'explosion et la combustion des liquides déversés.
En train de brûler gaz liquéfié il existe presque toujours un risque de rupture des réservoirs et des canalisations en raison d'une augmentation rapide de la pression due au chauffage.
En cas d'incendie aux stades de gaz liquéfié, il est nécessaire de prendre des mesures pour réduire la pression dans les réservoirs et les canalisations exposés aux effets thermiques d'un incendie, purger le gaz vers le chalumeau et pomper (passer) le gaz dans des réservoirs libres.
La lutte contre les incendies de caoutchouc et de produits radiotechniques présente un certain nombre de difficultés liées principalement aux propriétés physiques et techniques de ces substances. Comme l'expérience et la pratique de l'extinction des incendies l'ont montré, brûler du caoutchouc et Produits en caoutchouc peuvent être éteints avec de l'eau, bien que leur mouillabilité ne puisse pas être considérée comme satisfaisante.
L'endiguement des incendies est une action visant à limiter la propagation d'un incendie. Lors de l'extinction (liquidation) d'un incendie, une cessation complète de la combustion est obtenue. Généralement, la localisation est partie intégrante, la première étape des mesures d'extinction de l'incendie.
L'arrêt de la combustion peut être obtenu soit en séparant les réactifs, soit en refroidissant les matières en combustion en dessous de leur température d'inflammation. A cet effet, appliquez divers moyens extinction d'incendie. Il s'agit notamment d'agents d'extinction d'incendie et de divers dispositifs, machines, unités.
Tous les agents extincteurs, selon le principe de l'arrêt de la combustion, sont divisés en types:
refroidissement de la zone de réaction ou combustion des substances (eau, solutions aqueuses de mélanges, etc.) ;
diluants dans la zone de réaction de combustion (gaz inertes, vapeur, brume d'eau autre);
substances isolantes de la zone de combustion (mousses chimiques et aéromécaniques, poudres extinctrices, substances en vrac incombustibles, matériaux en feuille autre).
Tous les agents extincteurs existants ont un effet combiné sur le processus de combustion d'une substance. L'eau, par exemple, peut refroidir et isoler (ou diluer) la source de combustion ; les produits en mousse agissent comme isolants et refroidissants ; les formulations en poudre isolent et inhibent la réaction de combustion ; les agents gazeux les plus efficaces agissent à la fois comme diluants et comme inhibiteurs de la réaction de combustion. Cependant, tout agent extincteur a une propriété dominante.
L'eau est le principal liquide de refroidissement extincteur, le plus accessible et le plus polyvalent. Lorsqu'elle entre en contact avec une substance en combustion, l'eau s'évapore partiellement et se transforme en vapeur (1 litre d'eau se transforme en 1700 litres de vapeur), grâce à quoi l'oxygène de l'air est déplacé de la zone d'incendie par la vapeur d'eau. L'efficacité d'extinction de l'eau dépend de la manière dont elle est amenée au feu (jet solide ou pulvérisé). Le plus grand effet d'extinction d'incendie est obtenu lorsque l'eau est fournie à l'état atomisé, car. la zone de refroidissement uniforme simultané augmente. L'eau atomisée chauffe rapidement et se transforme en vapeur, emportant une grande quantité de chaleur. Les jets d'eau atomisés sont également utilisés pour abaisser la température dans les pièces, protéger des rayonnements thermiques (rideaux d'eau), refroidir les surfaces chauffées des ouvrages d'art, ouvrages, installations, ainsi que pour déposer les fumées.
En tant qu'agent d'extinction d'incendie, l'eau présente des inconvénients : elle réagit avec certaines substances et matériaux, qui ne peuvent donc pas être éteints avec de l'eau ; mouille mal les matériaux solides en raison des contraintes de surface élevées, ce qui empêche sa distribution rapide sur la surface, la pénétration dans les profondeurs des matériaux solides en combustion et ralentit le refroidissement. Lors de l'extinction d'un feu avec de l'eau, il ne faut pas oublier qu'il est électriquement conducteur.
Les agents d'extinction d'incendie à effet isolant comprennent : la mousse, les poudres d'extinction d'incendie, les matières en vrac non combustibles (sable, terre, graphite et autres), les matériaux en feuilles (feutre, amiante, bâches, boucliers).
La mousse est l'agent d'extinction d'incendie isolant le plus efficace et le plus largement utilisé - c'est un système colloïdal de bulles liquides remplies de gaz. Les mousses sont divisées en air-mécanique et chimique. la mousse suffit remède universel et sont utilisés pour éteindre des substances liquides et solides, à l'exception des substances qui interagissent avec l'eau. Les mousses sont électriquement conductrices et corrodent les métaux. La mousse chimique la plus conductrice d'électricité et la plus active. La mousse mécanique à air est moins conductrice d'électricité que la mousse chimique, mais plus conductrice d'électricité que l'eau, qui fait partie de la mousse.
Les compositions de poudres extinctrices (OPS) sont de plus en plus utilisées pour éteindre les incendies. Actuellement, l'industrie produit les grades OPS PS, PSB-3, SI-2 et P-14.
Les poudres extinctrices sont non toxiques, non conductrices et non irritantes. effets néfastes sur les matériaux, ils ne gèlent pas, ils sont donc utilisés à basse température.
L'effet extincteur de l'OPS consiste principalement à isoler la surface brûlante de l'air, et dans le cas de l'extinction volumétrique, à l'effet inhibiteur des poudres lié à la rupture des chaînes de réaction de combustion. Une condition nécessaire pour arrêter la combustion d'une surface est de la recouvrir d'une couche d'OPS d'une épaisseur maximale de 2 cm.
Les agents extincteurs dilués abaissent la concentration des réactifs en dessous des limites requises pour la combustion. En conséquence, la vitesse de réaction de combustion diminue, la vitesse de dégagement de chaleur diminue et la température de combustion diminue. Les dioxines les plus courantes sont le carbone, la vapeur d'eau, l'azote et le brouillard d'eau.
Charbon de dioxine gentil Il est utilisé pour éteindre les incendies dans les entrepôts, les stations de batteries, les fours de séchage, les archives, les dépôts de livres, ainsi que les équipements électriques et les installations électriques.
L'azote est utilisé pour éteindre les incendies de sodium, de potassium, de béryllium et de calcium, ainsi que certains appareils et installations technologiques.
La vapeur d'eau est utilisée le plus efficacement pour éteindre les incendies dans des locaux suffisamment étanches jusqu'à 500 m 3 (cales de navires, chambres de séchage et de peinture, stations de pompage, raffineries de pétrole, etc.).
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- ESSAI
- sur le thème de
Le concept de combustion. Modes d'occurrence de la combustion
- Saint-Pétersbourg, 2012
- CONTENU
introduction
1. informations généralesà propos de la combustion
1.1 Sources de chaleur
1.3 Combustion complète et incomplète
1.4 Flamme et fumée
Conclusion
Littérature
INTRODUCTION
La combustion est généralement comprise comme un ensemble de processus physiques et chimiques, dont la base est une réaction d'oxydation à propagation rapide, accompagnée d'un dégagement de chaleur et d'une émission de lumière. La zone d'un milieu gazeux dans laquelle une réaction chimique intense provoque une luminescence et un dégagement de chaleur s'appelle une flamme.
La flamme est une manifestation externe de réactions d'oxydation intenses de substances. L'un des types de combustion des solides est le couvant (combustion sans flamme).
Dans le processus de combustion, on observe deux étapes : la création d'un contact moléculaire entre le combustible et le comburant (physique) et la formation de produits de réaction (chimique). L'excitation des molécules lors de la combustion se produit en raison de leur échauffement. Ainsi, trois composants sont nécessaires pour l'initiation et le développement de la combustion : une substance combustible, un agent oxydant et une source d'inflammation (c'est-à-dire une source de chaleur).
La combustion par diffusion de flamme de tous les types de matériaux et substances combustibles dans l'air est possible avec une teneur en oxygène dans la zone d'incendie d'au moins 14 % en volume, et la combustion lente des matériaux combustibles solides se poursuit jusqu'à 6 %.
La source d'allumage doit avoir une énergie thermique suffisante pour enflammer le matériau combustible. La combustion de tout matériau se produit en phase gazeuse ou vapeur. Les matériaux combustibles liquides et solides, lorsqu'ils sont chauffés, se transforment en vapeur ou en gaz, après quoi ils s'enflamment. Avec une combustion régulière, la zone de réaction agit comme une source d'inflammation pour le reste du matériau combustible.
1. Généralités sur la combustion
Il existe les types de combustion suivants :
Complète - combustion avec une quantité suffisante ou un excès d'oxygène;
Incomplet - brûlant avec un manque d'oxygène.
Avec une combustion complète, les produits de combustion sont le dioxyde de carbone (CO 2), l'eau (H 2 O), l'azote (N), le dioxyde de soufre (SO 2), l'anhydride phosphorique. Lors d'une combustion incomplète, des produits caustiques, toxiques, combustibles et explosifs se forment généralement: monoxyde de carbone, alcools, acides, aldéhydes.
La combustion de substances peut se dérouler non seulement dans un environnement d'oxygène, mais également dans un environnement de certaines substances qui ne contiennent pas d'oxygène, de chlore, de vapeur de brome, de soufre, etc.
Les substances combustibles peuvent être dans trois états d'agrégation : liquide, solide, gazeux. Des solides séparés fondent et s'évaporent lorsqu'ils sont chauffés, d'autres se décomposent et émettent des produits gazeux et un résidu solide sous forme de charbon et de laitier, d'autres ne se décomposent pas et ne fondent pas. La plupart des substances combustibles, quel que soit leur état d'agrégation, lorsqu'elles sont chauffées, forment des produits gazeux qui, mélangés à l'oxygène atmosphérique, forment un milieu combustible.
Selon l'état d'agrégation du combustible et du comburant, on distingue :
Combustion homogène - combustion de gaz et de substances combustibles formant des vapeurs dans un oxydant gazeux;
Explosifs brûlants et poudre à canon ;
Combustion hétérogène - combustion de substances combustibles liquides et solides dans un comburant gazeux;
Combustion dans le système "mélange combustible liquide - comburant liquide".
1.1 Sources de chaleur
La plupart des matériaux combustibles dans des conditions normales, comme on le sait, n'entrent pas dans une réaction de combustion. Il ne peut démarrer que lorsqu'une certaine température est atteinte. Cela s'explique par le fait que les molécules d'oxygène de l'air, ayant reçu l'apport nécessaire d'énergie thermique, acquièrent la capacité de mieux se combiner avec d'autres substances et de les oxyder. De cette façon, l'énérgie thermique stimule la réaction d'oxydation. Par conséquent, en règle générale, toute cause d'incendie est associée à l'effet de la chaleur sur les matériaux et substances combustibles. Les phénomènes physico-chimiques complexes et de nombreux autres phénomènes qui se produisent dans les incendies sont également déterminés principalement par le développement de processus thermiques.
Les processus (impulsions) qui contribuent au développement de la chaleur sont divisés en trois groupes principaux : physique (thermique), chimique et microbiologique. S'écoulant dans certaines conditions, ils peuvent provoquer l'échauffement des matériaux combustibles à une température à laquelle la combustion des matériaux se produit.
Le premier groupe d'impulsions qui provoquent l'inflammation devrait principalement inclure flamme nue, corps chauffé - solide, liquide ou gazeux, étincelles (d'origines diverses), focalisées rayons de soleil. Ces impulsions se manifestent par l'action externe de la chaleur sur le matériau et peuvent être autrement appelées thermiques.
La grande majorité des incendies d'origine ordinaire, c'est-à-dire les causes les plus courantes, sont associés à l'inflammation de substances et de matériaux sous l'influence principalement des trois premières des sources d'inflammation notées.
Sans aucun doute, la division indiquée des impulsions du groupe physique et thermique est dans une certaine mesure conditionnelle. Les étincelles de métal ou de matières organiques en combustion sont également des corps chauffés à la température de luminescence. Mais du point de vue de leur évaluation en tant que cause d'incendies, les étincelles de toutes sortes doivent être séparées dans un groupe séparé.
L'échauffement et la formation d'étincelles peuvent être le résultat de frottements, de compressions, de chocs, de divers phénomènes électriques, etc.
Avec le développement d'impulsions chimiques ou microbiologiques, l'accumulation de chaleur se produit en raison d'une réaction chimique ou de l'activité vitale des micro-organismes. Contrairement à une source de chaleur agissant de l'extérieur, dans ce cas, le processus d'accumulation de chaleur a lieu dans la masse du matériau lui-même.
Un exemple des processus du deuxième groupe peut être des réactions exothermiques de l'interaction de certains produits chimiques avec l'humidité ou entre eux, des processus d'oxydation les huiles végétales, provoquant souvent leur combustion spontanée, etc.
Le troisième type d'impulsion thermique - microbiologique - conduit à l'accumulation de chaleur dans le matériau et à la combustion spontanée due à un certain nombre de processus se développant successivement. L'activité initiale peut être cellules végétales dans le cas où les produits végétaux ne sont pas complètement séchés. Une certaine quantité de chaleur formée dans ce cas, en présence de conditions pour son accumulation, contribue au développement de l'activité vitale des micro-organismes, conduisant à son tour au développement ultérieur de la chaleur. Les cellules végétales meurent à des températures supérieures à 45°C. Avec une augmentation de la température à 70--75 ° C, les micro-organismes meurent également. Dans ce cas, il se forme des produits poreux (charbon jaune poreux) capables d'absorber (adsorber) les vapeurs et les gaz. L'absorption de ce dernier s'effectue avec dégagement de chaleur (chaleur d'adsorption), qui peut s'accompagner du développement d'une température importante en présence de conditions favorables à l'accumulation de chaleur. À une température de 150 à 200 ° C, le processus d'oxydation est activé, ce qui, avec son développement ultérieur, peut entraîner une combustion spontanée du matériau.
En pratique, les cas de combustion spontanée de foin non séché, d'aliments pour animaux, etc., de produits d'origine végétale sont bien connus.
Un processus microbiologique peut également se produire dans des matières végétales dans lesquelles l'activité cellulaire a déjà cessé. Dans ces cas, l'humidification du matériau peut être favorable au développement d'un tel processus, qui contribue également au développement de l'activité vitale des micro-organismes.
Les processus énumérés, conduisant au développement de chaleur, existent dans certains cas en étroite interconnexion. Le processus microbiologique est suivi du phénomène physico-chimique d'adsorption, ce dernier laissant place à une réaction chimique d'oxydation avec l'augmentation de la température.
1.2 Apparition du processus de combustion
Malgré la variété des sources de chaleur capables de provoquer une combustion dans certaines conditions, le mécanisme du processus de combustion est dans la plupart des cas le même. Cela ne dépend pas du type de source d'inflammation et de la substance combustible.
Toute combustion est précédée, tout d'abord, d'une augmentation de la température du matériau combustible sous l'action d'une source de chaleur. Bien entendu, une telle augmentation de température doit avoir lieu dans des conditions d'accès d'oxygène (air) à la zone de combustion naissante.
Supposons que le chauffage se produise sous l'action d'une source de chaleur externe, bien que, comme on le sait, cela ne soit pas nécessaire dans tous les cas. En atteignant une certaine température, qui diverses substances n'est pas la même, le processus d'oxydation commence dans le matériau (substance). Étant donné que la réaction d'oxydation se déroule de manière exothermique, c'est-à-dire avec dégagement de chaleur, le matériau (substance) continue alors à s'échauffer non seulement sous l'action d'une source de chaleur externe, qui peut s'arrêter après un certain temps, mais aussi en raison au processus d'oxydation.
Une substance chauffante (solide, liquide ou gazeuse) a une certaine taille, volume, surface. Par conséquent, simultanément à l'accumulation de chaleur par la masse de cette substance, celle-ci est dissipée dans l'environnement par transfert de chaleur.
D'autres résultats du processus dépendront du bilan thermique du matériau chauffant. Si la quantité de chaleur dissipée dépasse la quantité de chaleur reçue par le matériau, l'élévation de température s'arrêtera et elle pourra chuter. Une autre chose est si la quantité de chaleur reçue par le matériau lors de son oxydation dépasse la quantité de chaleur dissipée. Dans ce cas, la température du matériau augmentera régulièrement, ce qui activera à son tour la réaction d'oxydation, à la suite de quoi le processus pourra passer à l'étape de combustion du matériau.
Lors de l'analyse des conditions d'apparition d'incendies se produisant pour une raison quelconque, le mécanisme spécifié pour le démarrage de la combustion doit être pris en compte. En particulier, il doit être pris en compte dans les cas où la possibilité d'auto-inflammation ou de combustion spontanée est étudiée. Ce dernier peut parfois se produire en raison d'une exposition prolongée à la chaleur à une température relativement basse et provoquer des incendies, par exemple, des systèmes de chauffage central, etc.
Les substances solides et liquides, avant leur combustion, se décomposent sous l'influence de la chaleur, s'évaporent, se transforment en gaz et en vapeur. Par conséquent, la combustion de substances solides et liquides se déroule généralement sous la forme d'un dégagement de vapeurs et de gaz. Ainsi, la chaleur n'active pas seulement l'oxygène. Une partie de la chaleur dégagée lors de la combustion est consacrée à la préparation des sections suivantes de la substance combustible pour la combustion, c'est-à-dire lors de leur échauffement, transformation à l'état liquide, vapeur ou gazeux.
Lors de la recherche des causes des incendies, on a souvent affaire à des matériaux cellulosiques. Les produits de traitement mécanique et chimique du bois, du coton et du lin contiennent de la cellulose et ses dérivés comme composant principal. Lorsqu'elles sont chauffées, les matières cellulosiques subissent une décomposition, dont le processus se déroule en deux étapes. Lors de la première étape - préparatoire -, l'énergie thermique est absorbée par la masse du matériau.
Selon TsNIIPO, les matériaux cellulosiques sèchent à une température de 110°C et commencent à libérer des substances volatiles odorantes. A une température de 110-150°C, on observe un jaunissement de ces matériaux et une plus forte libération de constituants volatils. La présence d'une odeur peut parfois être un signe qui, compte tenu d'autres circonstances de l'affaire, doit être pris en compte lors de l'établissement du lieu et de l'heure de l'incendie, ainsi que lors de la vérification des versions de la cause de l'incendie. A une température de 150-200°C, les matériaux cellulosiques acquièrent une couleur brune à la suite de la carbonisation. A une température de 210--230°C, ils dégagent une grande quantité de produits gazeux qui s'enflamment spontanément à l'air. Dans ce cas, la deuxième étape de la décomposition thermique du matériau commence - sa combustion lente ou ardente. Cette étape est caractérisée par la libération d'énergie thermique, c'est-à-dire que la réaction est exothermique. Le dégagement de chaleur et l'augmentation de la température se produisent principalement en raison de l'oxydation des produits de décomposition du matériau en combustion.
La combustion des matériaux cellulosiques se déroule en deux temps. Dans un premier temps, ce sont principalement les gaz et autres produits qui se forment lors de la décomposition thermique du matériau qui brûlent. C'est la phase de la combustion ardente, bien que la combustion du charbon s'y produise également.
La deuxième période - elle est surtout indicative pour le bois - est caractérisée par une prédominance de la combustion lente du charbon. L'intensité et l'effet thermique de la deuxième étape de la combustion du bois sont liés à la mesure dans laquelle la surface de la masse de charbon est en contact avec l'oxygène atmosphérique, quelle est sa porosité. Cette dernière est largement déterminée par les conditions de combustion dans sa première phase.
Plus les échanges gazeux dans la zone de combustion sont mauvais et plus la température de combustion dans sa phase de flamme est basse, plus le processus de combustion est lent, plus les produits de décomposition thermique volatils et autres (distillation sèche) sont retenus dans la masse de charbon, remplissant ses pores. . Ceci, combiné à un échange de gaz insuffisant, empêche à son tour l'oxydation, c'est-à-dire combustion du charbon dans la deuxième phase de combustion.
Dans de telles conditions, du charbon grossier se forme et une surcharge, par exemple, d'un élément structurel en bois peut se produire dans toute la section de l'élément sans combustion ultérieure de la masse de charbon.
Cela conduit à trois conclusions :
1. Le taux de combustion dépend des conditions dans lesquelles se déroule le processus de combustion. Les conditions de combustion (par exemple, accès à l'air, température) dans différentes parties du feu et même à un endroit, mais à des moments différents ne sont pas les mêmes. Par conséquent, les informations trouvées dans la littérature sur la vitesse de combustion moyenne du bois, égale à 1 mm / min, ne peuvent être suffisantes pour tirer des conclusions sur la durée de combustion dans des cas spécifiques.
2. Le degré de combustion des structures en bois, c'est-à-dire leur perte de section due au feu, ne peut être établi que par la profondeur de la carbonisation, car le charbon commence à brûler déjà pendant la période de combustion ardente du bois. Le degré variable de combustion, parfois déterminé en pratique par l'épaisseur de la couche de charbon, ne peut caractériser que relativement l'irrégularité des dommages causés par le feu aux structures ou à leurs éléments. La perte de section réelle sera, en règle générale, toujours supérieure.
3. Le gros charbon à faible porosité, que l'on trouve parfois lorsque les structures sont ouvertes, indique que le processus de combustion était incomplet et peu intense. Ce signe, compte tenu des circonstances de l'affaire, peut être pris en compte lors de l'établissement de la source de l'incendie et de l'heure de l'incendie, lors de la vérification des versions de la cause de l'incendie.
Pour caractériser l'étape initiale et préparatoire de la combustion des matériaux solides, nous utiliserons deux termes de base - l'allumage et la combustion spontanée.
L'inflammation d'un matériau combustible solide se produit sous l'influence d'une impulsion thermique dont la température dépasse la température d'auto-inflammation des produits de décomposition du matériau. Pour le processus d'allumage, la source d'allumage est le facteur décisif.
Brûlure d'un matériau chauffant, comme le feutre, causée par une flamme chalumeau avec un réchauffement insouciant Tuyaux d'eau, - un des cas d'inflammation d'un combustible solide.
L'auto-inflammation d'un matériau combustible solide se produit en l'absence d'impulsion thermique externe ou dans les conditions de son action à une température inférieure à la température d'auto-inflammation de ces produits. Pour le processus de combustion spontanée, les conditions d'accumulation de chaleur sont déterminantes.
Comment de meilleures conditions accumulation de chaleur, moins sa dissipation dans la phase initiale du processus de combustion, moins à des températures plus basses environnement la combustion spontanée des matériaux cellulosiques est possible. Grande importance dans ces cas acquiert une durée de chauffage. De nombreux incendies connus se sont produits, par exemple, dans structures en bois bâtiments à la suite d'une exposition aux conduites de vapeur des systèmes de chauffage central à une température de liquide de refroidissement de 110 à 160 ° C, qui a duré plusieurs mois. Ces cas sont parfois appelés combustion spontanée thermique. Rappelons que la température d'auto-inflammation des matériaux lors d'un chauffage rapide est comprise entre 210 et 280 °C. La caractéristique ci-dessus de ces matériaux doit être prise en compte lors de la recherche des causes des incendies.
Les concepts d'allumage, d'auto-allumage et de combustion lente des matériaux combustibles solides sont dérivés des deux concepts précédents - l'allumage et la combustion spontanée.
L'inflammation est le résultat de l'inflammation d'un matériau et se manifeste par une combustion ardente.
L'auto-inflammation est le résultat de la combustion spontanée de substances et se manifeste également par une combustion ardente.
La combustion lente est une combustion sans flamme et peut résulter à la fois de l'allumage et de la combustion spontanée d'un matériau.
Autrement dit, si dans notre exemple le feutre s'enflamme sous l'action de la flamme d'un chalumeau avec formation d'une flamme, dans ce cas on peut dire : le feutre s'est enflammé. En l'absence de conditions nécessaires pour la combustion ardente, l'inflammation du feutre peut se limiter à sa combustion lente. Il convient de noter la même chose au sujet de l'inflammation ou de la combustion lente de tout matériau enflammé spontanément.
L'inflammation et la combustion spontanée de matériaux solides diffèrent par la nature de l'impulsion thermique qui les a provoquées. Mais chacun d'eux, représentant un certain type de stade initial d'inflammation, peut conduire à la fois à la combustion lente et à l'inflammation des matériaux combustibles solides.
Le processus de combustion lente peut se transformer en combustion à la flamme avec l'activation du processus oxydatif en raison d'une nouvelle augmentation de la température ou d'une augmentation de la quantité d'oxygène impliquée dans la combustion, c'est-à-dire avec un meilleur accès à l'air.
Ainsi, l'apparition du processus de combustion ne dépend pas d'une seule impulsion de chaleur. L'action de ce dernier ne peut provoquer la combustion que si la combinaison de toutes les conditions nécessaires au processus de combustion est favorable. Par conséquent, si dans un cas une impulsion de feu importante peut être insuffisante, dans un autre cas, la combustion se produira à la suite d'une source d'allumage très faible.
1.3 Combustion complète et incomplète
Le rôle du processus oxydatif lors de la combustion dans les incendies. Le rôle de la chaleur dans le développement de la combustion a été noté ci-dessus. Dans le même temps, la relation étroite qui existe entre les processus thermiques et oxydatifs était évidente. Cependant, ces derniers jouent un rôle très important dans la combustion des substances et des matériaux.
L'oxydation des substances lors de la combustion se produit le plus souvent en raison de l'oxygène dans l'air.
Pour une combustion complète de la même quantité de substances différentes, différentes quantités d'air sont nécessaires. Ainsi, pour la combustion de 1 kg de bois, il faut 4,6 m 3 d'air, 1 kg de tourbe - 5,8 m 3 d'air, 1 kg d'essence - environ 11 m 3 d'air, etc.
En pratique, cependant, lors de la combustion, l'absorption complète de l'oxygène de l'air ne se produit pas, car tout l'oxygène n'a pas le temps de se combiner avec le carburant. Un excès d'air est nécessaire, qui peut atteindre 50% ou plus de plus que la quantité d'air théoriquement nécessaire à la combustion. La combustion de la plupart des substances devient impossible si la teneur en oxygène de l'air tombe à 14-18%, et pour les liquides - jusqu'à 10% en volume.
Échange de gaz en feu. Le débit d'air vers la zone de combustion est déterminé par les conditions d'échange de gaz. Les produits de combustion chauffés à une température importante (de l'ordre de plusieurs centaines de degrés) et, par conséquent, ayant un poids volumétrique inférieur par rapport au poids volumétrique de l'environnement, se déplacent vers les couches supérieures de l'espace. Moins d'air chauffé, à son tour, pénètre dans la zone de combustion. La possibilité et l'intensité d'un tel échange dépendent bien entendu du degré d'isolement de la zone de combustion par rapport à l'espace environnant.
Dans des conditions d'incendie, la combustion est le plus souvent incomplète, surtout si elle est associée au développement d'un incendie dans une masse de matériaux ou dans des parties de bâtiments. La combustion incomplète et retardée est typique des incendies qui se développent, par exemple, dans des structures avec des éléments creux. Conditions défavorables les échanges gazeux provoquent une alimentation en air insuffisante, ce qui entrave le développement d'un incendie. L'accumulation de chaleur et l'échauffement mutuel des éléments structuraux en combustion ne compensent pas l'effet inhibiteur de la réduction des échanges gazeux.
Il y a des cas où, avec la fin du four chauffage, dans la cheminée dont une fissure s'est formée au niveau du plafond, avec la cessation de l'effet de la température sur les éléments du plancher, la combustion s'est "spontanément" arrêtée. Dans ce cas, le manque d'oxygène et l'arrêt de l'apport supplémentaire de chaleur nécessaire au maintien de la combustion dans ces conditions ont été décisifs.
Des cas de combustion retardée et incomplète causée par un manque d'oxygène, voire un arrêt spontané de la combustion, peuvent être observés non seulement dans des parties de bâtiments, mais également dans des pièces dépourvues du renouvellement d'air nécessaire. De telles conditions sont plus typiques pour les sous-sols, les garde-manger, etc., en particulier les ouvertures de fenêtres et de portes bien fermées.
Ceci est également facilité par un grand volume de produits gazeux libérés, car ils empêchent l'air d'entrer dans la zone de combustion depuis l'extérieur. Ainsi, lors de la combustion de 1 kg de bois dans un feu, jusqu'à 8 m 3 de produits gazeux se forment. Bien que moins d'entre eux soient libérés lors d'une combustion incomplète, cependant, dans ce cas, la quantité de produits de combustion est calculée en mètres cubes à partir de chaque kilogramme de substance brûlée (le volume théorique de produits de combustion gazeux est de 1 kg de bois, réduit à la normale conditions, c'est à dire à une pression de 760 mm Hg. l'article et à une température de 0°C, est d'environ 5 m 3).
Cette circonstance entraîne une diminution notable de l'intensité de la combustion et augmente sa durée à l'intérieur avec un échange d'air insuffisant.
Les produits de la combustion incomplète contiennent des substances résultant de la décomposition thermique et de l'oxydation des matières combustibles. Parmi eux se trouvent le monoxyde de carbone, les vapeurs d'acétaldéhyde, l'acide acétique, l'alcool méthylique, l'acétone et certaines autres substances qui donnent au lieu d'incendie, les objets brûlés un goût et une odeur spécifiques, ainsi que la suie.
Les produits d'une combustion incomplète sont capables de brûler, et à certains rapports dans un mélange avec de l'air, forment des mélanges explosifs. Ceci explique les cas d'allumages explosifs qui se produisent parfois lors d'incendies. Les raisons de tels phénomènes sont souvent mystérieuses. L'inflammation intense, parfois très proche dans son effet d'une explosion, se produit dans des pièces, dans des conditions dans lesquelles, semble-t-il, il ne devrait pas y avoir d'explosifs.
La formation de concentrations explosives de produits de combustion incomplète (principalement du monoxyde de carbone) et leur remplissage de volumes fermés séparés de pièces non ventilées est possible même lors du processus d'extinction d'un incendie. Ces derniers cas sont cependant très rares. Le plus souvent, une inflammation explosive peut être observée au premier stade de l'extinction d'un incendie qui s'est déclaré dans des espaces clos avec un faible échange de gaz, lorsque, lors de l'ouverture des ouvertures, la concentration de produits de combustion incomplète peut être dans des limites explosives, si auparavant elle était au-delà de leur limite supérieure.
Connaître les conditions dans lesquelles s'est déroulé le processus de combustion d'un incendie, notamment avant sa découverte, est directement lié à la détermination de la période d'apparition d'un incendie, et donc à l'étude de certaines versions sur la cause de son apparition.
La combustion se produisant dans des feux avec un échange de gaz insuffisant ressemble parfois étroitement au processus de distillation sèche. De tels incendies, s'ils ne sont pas détectés à temps, peuvent durer des heures. En règle générale, ils se produisent la nuit dans les institutions et les installations où la surveillance est affaiblie pendant les heures creuses et la nuit, et où il n'y a pas d'alarme incendie automatique.
Parfois, il était possible d'observer comment, à la suite de tels incendies, les structures d'enceinte des locaux et des objets qui s'y trouvaient étaient recouvertes d'une couche noire brillante de produits condensés de décomposition thermique de matériaux en combustion.
Les incidents de combustion incomplète survenant dans de petits locaux d'habitation, par exemple à la suite d'un tabagisme imprudent au lit, sont associés à des conséquences fatales pour leurs auteurs. La teneur dans l'air de 0,15% de monoxyde de carbone en volume est déjà mortelle et la teneur de 1% de monoxyde de carbone provoque la mort. Lors de l'enquête sur de tels cas d'incendie, il est donc nécessaire de prendre en compte la probabilité d'une mort non violente, qui peut survenir à la suite d'un accident dû à l'action du monoxyde de carbone. La cause immédiate du décès est établie par un examen médico-légal.
Un échange de gaz insuffisant peut provoquer une combustion lente et prolongée des matériaux non seulement au stade d'un incendie naissant, mais également après l'avoir éteint, lorsque, pour une raison ou une autre, des petits centres individuels sont restés non liquidés. Le prochain départ répété des pompiers dans ces cas est associé à l'élimination du même incendie précédemment non éteint. De tels cas sont plus probables lors de la combustion de matériaux fibreux et en vrac, dans la masse desquels les échanges gazeux sont difficiles.
1.4 Flamme et fumée
Le processus de combustion produit généralement des flammes et de la fumée, qui sont généralement les premiers signes d'un incendie. Une flamme est un volume de gaz dans lequel se produit une réaction exothermique de la combinaison de produits de décomposition gazeux ou de vapeurs d'un matériau combustible avec l'oxygène. Par conséquent, les flammes brûlent les substances qui, lorsqu'elles sont chauffées, sont capables de libérer des vapeurs et des gaz. Ceux-ci comprennent les matériaux cellulosiques, les produits pétroliers et certaines autres substances.
Une flamme lumineuse contient des particules de carbone incandescentes non brûlées, qui faisaient partie de la substance brûlante. Le refroidissement ultérieur de ces particules forme de la suie. La suie déposée à la surface des structures et des matériaux lors d'un incendie brûle dans les zones à température plus élevée et reste là où la température de combustion de la suie était insuffisante. Par conséquent, l'absence de suie sur des sections distinctes, parfois nettement définies, de structures, d'objets enveloppants, ou la présence de traces de suie, compte tenu de la nature de ces signes, est prise en compte lors de l'établissement de la source de l'incendie.
La température d'une flamme incandescente dépend non seulement de la nature et de la composition de la substance en combustion, mais également des conditions de combustion. Ainsi, la température de flamme du bois peut aller de 600 à 1200°C, selon son essence, sa complétude et son taux de combustion.
La température de la flamme correspond généralement à la température de combustion pratique de la substance donnée. Ce dernier est déterminé par la valeur calorifique du matériau en combustion, l'intégralité et la vitesse de combustion et l'excès d'air. C'est l'excès d'air qui fait que la température de combustion pratique est toujours inférieure à la température théorique.
La combustion lente des matériaux, ainsi que la combustion des matériaux qui n'émettent pas de produits de décomposition thermique combustibles gazeux, sont des exemples de combustion sans flamme. En particulier, le coke et le charbon de bois brûlent sans flamme, chauffant jusqu'à une température élevée, tout en dégageant de la chaleur et de la lumière.
Par un signe aussi indirect que la couleur des objets en acier chaud, des structures, des briques, de la pierre et des flammes, on peut parfois se faire une idée approximative de la température dans la zone de combustion lors d'un incendie.
Les couleurs de l'acier chauffé correspondent à la température suivante (environ) :
rouge foncé 700°C;
orange clair 1200°C
rouge cerise 900°C;
blanc 1300°С
rouge cerise vif 1000°C;
blanc brillant 1400°С
orange foncé 1100°C;
blanc éblouissant 1500°С
La fumée accompagne la combustion dans un incendie, parfois dans une plus grande mesure qu'une flamme nue, en particulier dans les phases d'un incendie naissant.
La combustion peut encore se produire sous forme de combustion lente, mais elle s'accompagnera déjà d'un dégagement de fumée. Par conséquent, dans les cas où un incendie se déroule sans combustion enflammée ou s'il se produit caché dans les structures d'un bâtiment, la formation de fumée peut être l'un des premiers signes d'un incendie naissant.
La fumée contient des produits de combustion complète et incomplète, de la décomposition du matériau en combustion, de l'azote et partiellement de l'oxygène dans l'air (selon son excès lors de la combustion), ainsi que de la suie et des cendres formées lors de la combustion du matériau.
Ainsi, la fumée est un mélange de vapeurs et de gaz combustibles et non combustibles, de particules solides organiques et minérales, de vapeur d'eau.
La composition et les caractéristiques des matériaux en combustion, ainsi que les conditions de combustion, déterminent la composition et, par conséquent, l'odeur, le goût et autres. signes extérieurs fumée dégagée lors de la combustion. Parfois, ces données de témoins oculaires d'un incendie naissant facilitent la détermination de la source de l'incendie et de sa cause, si l'emplacement de certains matériaux et substances dans la zone d'incendie est connu. Il convient de noter, cependant, que lors de la combustion conjointe de différentes substances, en particulier dans les conditions d'un incendie développé, les caractéristiques de chacune d'entre elles peuvent ne pas être perceptibles. Dans de tels cas, il est loin d'être toujours possible de conclure à partir de la fumée sur la nature de la substance en combustion.
2. Transfert de chaleur et caractéristiques de la propagation de la combustion dans les incendies
Avec le début du processus de combustion, la propagation de la chaleur commence, ce qui peut se produire par conduction thermique, rayonnement et convection. Le transfert de chaleur se produit également et la combustion se propage dans les incendies.
Le transfert de chaleur par conduction thermique a lieu à différentes températures de différentes parties d'un corps (matériau, structure) ou de différents corps qui sont en contact les uns avec les autres. Par conséquent, cette méthode de transfert de chaleur est également appelée contact. La chaleur est directement transférée des parties les plus chauffées du corps vers des corps moins chauffés et moins chauffés par des corps plus chauffés.
Un fer à repasser électrique laissé sous tension sur une base combustible, des charbons ardents ou des parties de structures tombées sur des matériaux combustibles lors d'un incendie sont des exemples d'initiation ou de propagation d'incendies dus au transfert de chaleur par contact.
Lors de l'analyse des causes d'incendies, il est parfois nécessaire de prendre en compte la conductivité thermique des matériaux, qui peut être associée à certaines versions de la cause de l'incendie ou des conditions de son développement.
Conductivité thermique divers matériaux varie et est généralement en relation directe avec leur densité apparente. Les métaux ont la conductivité thermique la plus élevée. Les matériaux fibreux et poreux ont une faible conductivité thermique et les gaz, en particulier l'air, ont une très faible conductivité thermique. Avec une augmentation de la température ou de l'humidité, la conductivité thermique des matériaux et des substances augmente quelque peu.
Les matériaux à faible conductivité thermique, en particulier dans des conditions d'échange gazeux insuffisant, même en cas de combustion prolongée, peuvent brûler dans des zones relativement petites, parfois strictement limitées. Ces matériaux comprennent le bois, le coton, le papier, les matières textiles et autres avec une section massive ou avec un emballage dense.
Parallèlement à cela, les cas de transfert de chaleur par des éléments métalliques traversant des parties non combustibles de bâtiments - plafonds, murs, revêtements, etc. sont bien connus dans la pratique.
Parfois, cela a été la cause d'incendies, dans certains cas, cela a contribué à leur développement ultérieur avec la formation de centres de combustion secondaires isolés.
Le transfert de chaleur par rayonnement par les surfaces de corps solides ou liquides chauffés, ainsi que par les gaz (rayonnement) se produit dans tous les incendies. Mais selon les conditions, l'action de la chaleur rayonnante se manifeste à des degrés divers. La source du rayonnement le plus fort dans de tels cas est la flamme, les corps moins chauffés et la fumée. Caractéristique importante Cette méthode de transfert de chaleur réside dans le fait que le rayonnement ne dépend pas de la direction du mouvement de l'environnement, par exemple de la convection ou du vent.
feu à convection thermique
3. Convection. La principale régularité de la propagation de la combustion dans les incendies
Le transfert de chaleur par convection dans les incendies est le plus courant.
La convection - le mouvement de particules plus chauffées - se produit dans les gaz et les liquides. Il est formé en raison de la différence de poids volumétrique avec un changement de température par sections séparées liquide ou gazeux.
Les volumes d'un tel milieu chauffé pour une raison quelconque se déplacent vers le haut (s'il n'y a pas de courants ou d'obstacles déviant la convection), laissant la place à des parties moins chauffées et donc plus lourdes du milieu.
La convection se produit dès que la température augmente avec le développement du processus de combustion. L'action de la convection stimule les échanges gazeux, favorise le développement d'un feu naissant.
En cas d'incendie, les principales masses de chaleur sont transférées par convection.
Dans le cas d'un incendie survenu dans l'un des magasins et décrit précédemment, une ampleur importante des courants de convection aurait dû être attribuée au nombre de phénomènes caractéristiques. Leur trajet va de la source de l'incendie au plafond de la salle des marchés, sous le plafond jusqu'à l'ouverture dans le sol au niveau de l'escalier et à travers cette ouverture jusqu'au deuxième étage (environ 20 m au total). La carbonisation de la décoration intérieure et la déformation des plafonds décorés avec l'utilisation de verre organique ont permis de tracer le chemin de la convection et de juger de la température importante de ces flux.
Les courants de convection avec une température de plusieurs centaines de degrés, lavant les structures et les matériaux sur leur chemin, les chauffent, ce qui peut provoquer l'inflammation des matériaux, la déformation et la destruction d'éléments et de parties non combustibles du bâtiment.
Ainsi, la convection, quelle que soit son ampleur, détermine dans chaque cas individuel l'une des principales lois de la propagation de la combustion dans les incendies. Que la combustion se produise dans le volume d'un bâtiment ou d'une pièce séparée, qu'elle se développe, par exemple, dans des meubles, des équipements, etc., dans tous les cas, la convection a un caractère ascendant. Cette tendance à la propagation du feu doit être prise en compte lors des enquêtes sur les incendies.
Souvent, lors de l'enquête préliminaire ou lors du procès, on peut entendre les déclarations de témoins oculaires de l'incendie selon lesquelles l'incendie a d'abord été vu dans la partie supérieure du bâtiment. Toutefois, cela ne signifie pas que la source de l'incendie est située là où l'apparition de l'incendie est détectée. La source de feu peut être à la base de la structure, mais la combustion, suivant le schéma indiqué, peut d'abord se propager vers le haut, par exemple, le long des éléments creux de la structure et y prendre un caractère ouvert.
La présence d'ouvertures et de trous, y compris aléatoires et de petite taille, de fuites et de fissures, l'absence locale d'une couche de protection (par exemple, du plâtre) ou son affaiblissement lors d'un incendie contribuent au développement ascendant de la combustion. Par conséquent, nous pouvons dire que le schéma de propagation de la combustion dans les incendies sous sa forme générale est directement opposé à la libre circulation du liquide. Ce dernier a toujours tendance à couler, s'infiltrant parfois dans les moindres trous, les fuites. La convection des produits de combustion chauffés et sa propagation associée, comme nous l'avons noté, ont un caractère ascendant.
Parfois, la convection provoque le transfert d'objets en feu: papier qui couve, charbons, sur des feux à ciel ouvert - charbon ("choucas") et même bois en feu, bûches. La combustion dans de tels cas acquiert un caractère de vortex. Dans la zone d'incendie, le vent surgit à la suite d'un gigantesque échange de gaz provoqué par un incendie de nature spontanée. L'élimination de ces objets qui couvent et brûlent par convection peut former de nouveaux foyers de combustion.
Notons au passage que le vent peut conduire à des résultats similaires dans le développement d'un feu à ciel ouvert. Le rôle du vent dans le développement feux ouverts assez bien connu.
La direction de la convection lors d'un incendie, à la fois dans ses sections individuelles et dans la section principale, peut changer. Cela se produit à la suite d'une violation du vitrage des fenêtres, de la formation de brûlures et de fuites, de la destruction de structures, ainsi que d'une ouverture spéciale par les pompiers.
La convection sur les feux forme des signes par lesquels il est possible d'établir la direction et les voies de développement de la combustion et, par conséquent, la source du feu. Cela est dû au fait qu'une destruction plus intensive des structures et des matériaux se produit dans le flux de convection. Le mouvement des courants de convection dans les trous et les ouvertures est particulièrement caractéristique à cet égard.
Parlant du rôle de la convection naturelle dans les incendies, il est également nécessaire de noter l'influence du mouvement de l'air qui n'est pas associé à un incendie sur la propagation de la combustion. Les courants d'air peuvent être avant l'incendie dans les structures du bâtiment ou dans la pièce, ainsi que dans l'atmosphère entourant l'objet sur lequel l'incendie s'est déclaré.
La différence de température dans les différentes parties du bâtiment, la connexion entre elles, permettant la circulation, la direction et la force du vent détermineront les conditions locales pour le mouvement de l'environnement de l'air ainsi qu'influenceront l'apparition d'un incendie et les caractéristiques de son développement.
La possibilité de l'existence de courants d'air doit être prise en compte lors de l'enquête sur les circonstances spécifiques des cas d'incendie. C'est cette condition qui explique parfois l'absence des premiers signes d'un incendie qui s'est déclaré à un endroit ou leur détection à un autre, le sens du développement de la combustion dans les structures (principalement dans le sens horizontal), la vitesse de propagation du feu, son ampleur lorsque le feu a pris un caractère ouvert.
4. Facteurs déterminant la nature de la combustion dans les incendies et ses résultats
Ci-dessus, nous avons brièvement examiné séparément les conditions nécessaires à la combustion et les méthodes de transfert de chaleur. L'influence de ces facteurs sur les processus de propagation de la combustion lors des incendies a été notée. Cependant, il convient de souligner que, dans l'écrasante majorité des cas, une combinaison de ces facteurs ou leurs diverses combinaisons interviennent dans les incendies.
Les conditions complexes et diverses dans lesquelles se déroule le processus de combustion dans les incendies conduisent au fait que la combustion des structures et des matériaux se produit de manière inégale. L'inégalité, en particulier, consiste dans le fait que la vitesse de propagation du feu et la surface couverte par la combustion n'augmentent pas proportionnellement au temps de combustion, mais progressivement, c'est-à-dire que le temps nécessaire au développement du feu dans une zone particulière est ne dépend pas directement de sa taille. Cela s'explique par le fait qu'avec une augmentation de la zone de combustion et de son intensité, les facteurs thermiques et autres qui affectent le développement d'un incendie augmentent progressivement.
5. Processus thermiques se produisant lors de la combustion dans le foyer et leur influence sur la formation de signes focaux
À la suite d'une combustion lors d'un incendie, les matériaux, les structures, les équipements et les éléments individuels qui se trouvent dans la zone à haute température subissent diverses destructions, déformations ou sont complètement détruits. En règle générale, les brûlures et les destructions les plus graves se produisent à l'endroit où l'incendie s'est déclaré. Dans d'autres zones de l'incendie, sur les structures, les équipements et les matériaux, à la suite d'une exposition thermique, des signes caractéristiques se forment indiquant le sens de la combustion. La formation de signes focaux s'explique par les processus thermiques naturels lors de la combustion dans le feu. Les principales régularités des processus thermiques dans le siège du feu comprennent :
temps de combustion plus long dans le foyer par rapport aux autres zones du feu ;
élevé régime de température;
transfert de chaleur par flux convectif ascendant.
Durée des processus thermiques dans le siège du feu
La durée de combustion lors d'un incendie dans une pièce est déterminée par de nombreux facteurs, parmi lesquels les plus importants sont la valeur de la charge combustible de la pièce, le taux de combustion des matériaux et les conditions d'échange de gaz.
Les résultats de l'étude des incendies indiquent que la durée de combustion dans le siège du feu dépasse généralement la durée de combustion dans d'autres zones de l'incendie, et la différence peut être significative.
Ceci s'explique par la nature du processus de développement de la combustion, qui peut être divisé en trois périodes successives (Fig. 1).
La première période (OA) correspond au développement de la combustion d'un petit foyer à l'allumage général dans le volume de la pièce. Pendant cette période, le feu se développe dans des conditions non stationnaires, lorsque le taux de combustion et les conditions d'échange de gaz changent avec le temps. Au stade final de cette période, la zone de combustion augmente fortement, la température volumétrique moyenne dans la pièce augmente rapidement, en raison de l'allumage presque simultané (dans les 30 à 60 secondes) de la partie principale du matériau combustible.
Riz. 1. Courbe « température-temps » caractérisant les périodes de développement du feu
La durée de la première période est très variable et peut atteindre plusieurs heures dans des conditions d'échanges gazeux limités. Pour les locaux de taille moyenne (administratifs, résidentiels, etc.) avec un échange de gaz insuffisant, le temps de la première période est de 30 à 40 minutes, et avec un échange de gaz optimal et un revêtement mural incombustible - 15 à 28 minutes.
Des changements significatifs par rapport à la deuxième période de développement du feu sont également observés dans la nature du transfert de chaleur. Dans la première période, la propagation du feu se produit principalement en raison du transfert de chaleur par convection et conductivité thermique. Dans le même temps, les températures dans différentes zones de la pièce diffèrent considérablement les unes des autres.
Dans la deuxième période (principale) de développement du feu (courbe AB), la majeure partie du matériau combustible (jusqu'à 80% de la charge totale) brûle à un rythme presque constant. Dans ce cas, la température volumique moyenne s'élève jusqu'à une valeur maximale. Pendant cette période, le transfert de chaleur se produit principalement par rayonnement.
La troisième période correspond à la période d'atténuation du feu, pendant laquelle les résidus de charbon s'éteignent lentement et la température dans la pièce diminue.
Ainsi, la durée de combustion dans le siège du feu dépasse des valeurs similaires dans d'autres zones du feu pendant la première période de développement du feu.
Régime de température dans le siège du feu
La formation d'un régime de température plus élevé dans le foyer d'incendie par rapport aux autres zones d'incendie est causée par les facteurs suivants :
dégagement de chaleur élevé dans le siège du feu par rapport aux autres zones de feu,
la nature de la répartition du champ de température lors d'un incendie dans le local ;
lois physiques de la formation du champ de température dans les écoulements convectifs.
La chaleur dégagée lors de la combustion est la principale cause du développement d'un incendie et de l'apparition des phénomènes qui l'accompagnent. Le dégagement de chaleur ne se produit pas dans tout le volume de la zone de combustion, mais uniquement dans la couche lumineuse, où se produit une réaction chimique. La répartition de la chaleur dans la zone d'incendie évolue constamment dans le temps et dépend de un grand nombre les facteurs. La chaleur dégagée est perçue par les produits de combustion, qui transfèrent de la chaleur par convection, conductivité thermique et rayonnement, tant à la zone de combustion qu'à la zone affectée par la chaleur, où ils se mélangent à l'air et le chauffent. Le processus de mélange se produit tout au long du trajet de déplacement des produits de combustion, de sorte que la température dans la zone affectée par la chaleur diminue à mesure qu'elle s'éloigne de la zone de combustion. Au stade initial du développement du feu, la consommation de chaleur pour le chauffage de l'air, des structures, des équipements et des matériaux des bâtiments est la plus élevée. La chaleur perçue structures de construction, provoque leur échauffement, ce qui entraîne la déformation, l'effondrement et l'inflammation des matériaux combustibles.
La durée de combustion dans le siège du feu dépasse des valeurs similaires dans d'autres zones du feu au cours de la première période de développement. Cela provoque un plus grand dégagement de chaleur et provoque une augmentation de la température dans le foyer par rapport aux autres zones du feu.
La nature de la distribution du champ de température lors d'un incendie dans une pièce prédétermine également la formation de la température la plus élevée dans la source dans la période initiale de développement de l'incendie. La température maximale, qui est généralement supérieure au volume moyen, se produit dans la zone de combustion (foyer du feu) et, à mesure qu'elle s'en éloigne, la température des gaz diminue en raison de la dilution des produits de combustion avec de l'air et d'autres sources de chaleur. pertes pour l'environnement.
La température plus élevée dans le siège du feu est également due à la nature de la formation du champ de température dans la Coupe transversale jet convectif.
Les courants convectifs se forment partout où il y a des sources de chaleur et de l'espace pour leur développement. L'apparition de flux convectifs est due aux raisons suivantes. Lors de la combustion, l'air pénètre dans la zone de combustion, une partie participe à la réaction de combustion et une partie est chauffée. La couche de gaz formée à la source a une densité inférieure à la densité de l'environnement, à la suite de quoi elle est soumise à l'action d'une force de levage (d'Archimède) et se précipite vers le haut. La place libérée est occupée par de l'air dense non chauffé qui, participant à la réaction de combustion et au réchauffement, se précipite également. Ainsi, il y a un flux convectif ascendant régulier de gaz chauffé depuis la zone de combustion. Le milieu gazeux, s'élevant au-dessus de la zone de combustion, entraîne l'air de l'environnement, à la suite de quoi un champ de température se forme dans sa section transversale. Le champ de température dans la section transversale des écoulements convectifs ascendants est distribué symétriquement autour de l'axe vertical avec un maximum le long de l'axe du jet. Avec la distance de l'axe, les températures diminuent jusqu'aux températures ambiantes à la limite du jet.
Ces régularités ont lieu dans la première période de développement, c'est-à-dire lors de la combustion dans un incendie. Pendant cette période, la zone de combustion est insignifiante et le jet convectif se propage selon les lois du flux ascendant dans un espace illimité, et les températures maximales se formeront au centre au-dessus du feu.
À l'avenir, lorsque la zone d'incendie augmentera fortement, la nature de la formation de température dans les flux convectifs changera. Dans ces conditions, le jet convectif se propage dans un espace limité, ce qui modifie l'image du champ de température dans le jet. Cependant, la loi générale de distribution de température du maximum sur l'axe à la température ambiante à la limite du jet est préservée.
Ainsi, ces trois facteurs provoquent une augmentation de la température dans le foyer d'incendie par rapport aux autres zones, et cette circonstance est une caractéristique des processus thermiques dans le foyer d'incendie.
La nature du transfert de chaleur du feu
Les régularités des processus thermiques dans le siège d'incendie incluent également la nature expansive de la propagation des flux convectifs à partir du foyer d'incendie et, par conséquent, un endommagement particulier des structures dû à la chaleur contenue dans la masse du jet convectif.
Lors de la combustion, le mouvement du jet convectif sur le foyer a un caractère turbulent. Les masses tourbillonnaires, en se déplaçant transversalement à l'extérieur du jet, entraînent les couches du milieu immobile. Lors du mélange, un échange de chaleur se produit entre le jet et le milieu stationnaire. En conséquence, la masse du jet augmente, sa largeur augmente et la forme du jet convectif prend un caractère d'expansion à mesure qu'il se déplace vers le haut. Le degré de turbulence initiale du jet convectif prédétermine l'angle de son ouverture. Plus le degré de turbulence du jet est élevé, plus l'environnement s'y mélange intensément et plus l'angle de son expansion initiale est grand.
Ainsi, les lois physiques de l'échange de chaleur et du mouvement prédéterminent le caractère expansif de la propagation des flux convectifs ascendants, et l'échange de chaleur qui se produit dans ce cas est caractéristique des processus thermiques dans le siège du feu.
Les régularités de base considérées des processus thermiques (durée plus longue de leur déroulement, régime de température accru par rapport aux autres zones de combustion et nature du transfert de chaleur par flux convectifs) ne sont inhérentes qu'à la combustion dans le foyer. La connaissance de la nature des phénomènes physiques sous-jacents à la formation des processus thermiques permet une approche plus raisonnable de la question de l'établissement d'une source d'incendie.
Les modèles indiqués de processus thermiques dans le foyer du feu sont plus prononcés dans la période initiale de développement du feu ou lors de l'élimination de la combustion au début de la deuxième période. Avec l'élimination ultérieure de la combustion, il y a un lissage progressif des différences entre les processus thermiques à la source et dans les autres zones de l'incendie, ce qui affecte naturellement la nature des dommages aux structures, aux matériaux et aux équipements. Cette circonstance doit être prise en compte lors de la détermination de la source de l'incendie.
CONCLUSION
La combustion est réaction chimique accompagnée d'un dégagement de chaleur et de lumière. Cela est possible sous une combinaison des trois conditions suivantes :
Présence de matières combustibles ;
La présence de chaleur suffisante pour enflammer les matériaux combustibles et maintenir le processus de combustion ;
La présence d'oxygène (air) dans les quantités nécessaires à la combustion.
Avec le début du processus de combustion, la propagation de la chaleur commence, ce qui peut se produire par conduction thermique, rayonnement et convection.
La durée de la combustion dans un incendie est déterminée par de nombreux facteurs, parmi lesquels les plus importants sont la valeur de la charge combustible, le taux de combustion des matériaux et les conditions d'échange gazeux. Le taux de combustion dépend des conditions dans lesquelles se déroule le processus de combustion. Les conditions de combustion (par exemple, accès à l'air, température) dans différentes parties du feu et même à un endroit, mais à des moments différents ne sont pas les mêmes.
Après le début de la combustion, une source constante d'inflammation est la zone de combustion. L'apparition et la poursuite de la combustion sont possibles à un certain rapport quantitatif de substance combustible et d'oxygène, ainsi qu'à certaines températures et à la réserve d'énergie thermique de la source d'allumage. Le taux de combustion stationnaire le plus élevé est observé dans l'oxygène pur, le plus bas - lorsque la teneur en air est de 14 à 15% d'oxygène. Avec une faible teneur en oxygène dans l'air, la combustion de la plupart des substances s'arrête.
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La combustion est un processus physique et chimique d'interaction d'une substance combustible et d'un agent oxydant, accompagné d'un dégagement de chaleur et d'une émission de lumière. Dans des conditions normales, c'est le processus d'oxydation ou combiné; une substance combustible avec de l'oxygène à l'état libre dans l'air ou des composés chimiques à l'état lié.
Certaines substances peuvent brûler dans une atmosphère de chlore (hydrogène), dans des vapeurs de soufre (cuivre) ou exploser sans oxygène (acétylène, chlorure d'azote, etc.).
Pour les entreprises alimentaires, la combustion la plus typique se produit lorsque les substances combustibles sont oxydées par l'oxygène atmosphérique et se produit en présence d'une source d'inflammation avec une température de combustion suffisante pour l'inflammation. La combustion s'arrête en l'absence de l'une de ces conditions. Il convient de garder à l'esprit que les entreprises alimentaires se caractérisent par tous les types de combustion, y compris celles qui se produisent sans source de chaleur externe : flash, inflammation, auto-inflammation et combustion spontanée.
Flash - le processus de combustion rapide d'un mélange de gaz ou de vapeurs d'une substance combustible avec de l'air provenant d'une source de chaleur externe sans passage à la combustion.
Allumage - inflammation des gaz ou des vapeurs d'une substance combustible au contact d'une source de chaleur avec le développement ultérieur du processus de combustion.
Auto-inflammation - inflammation sans source de chaleur externe, résultant de l'auto-décomposition d'une substance combustible avec formation de vapeurs et de gaz qui se combinent avec l'oxygène atmosphérique.
Combustion spontanée - inflammation d'une substance à la suite d'un auto-échauffement sous l'influence de processus biologiques, chimiques ou physiques internes (céréales humides et brutes, graines oléagineuses, etc.).
Il existe deux principaux types de combustion : complète et incomplète. Le complet se produit avec une quantité suffisante ou excessive d'oxygène et s'accompagne principalement de la formation de vapeur d'eau et de dioxyde de carbone. Incomplet se produit lorsqu'il est déficient et est plus dangereux, car il produit du monoxyde de carbone toxique et d'autres gaz.
Riz. 54. Flamme de diffusion
Si l'oxygène pénètre dans la zone de combustion par diffusion, la flamme résultante est appelée diffusion et comporte 3 zones (Fig. 54). Les gaz ou vapeurs situés dans la zone 1 ne brûlent pas (la température ne dépasse pas 500 ° C), dans la zone 2 ils brûlent partiellement, dans la zone 5 complètement, et la température de la flamme est ici la plus élevée.
La combustion est homogène et hétérogène. En combustion homogène, tous les réactifs ont le même état d'agrégation, par exemple gazeux. Lorsqu'ils sont dans des états d'agrégation différents et qu'il existe une limite de phase dans le système combustible, la combustion est hétérogène. La combustion hétérogène, associée à la formation d'un flux de substances gazeuses combustibles, est simultanément diffusion.
Selon la vitesse de propagation de la flamme, la combustion peut se produire sous forme de combustion par déflagration : explosion et détonation. Dans le premier cas, la vitesse de combustion normale, représentant la vitesse de la flamme à la frontière entre les parties brûlées et non brûlées du mélange, varie de quelques centimètres à plusieurs mètres par seconde. Ainsi, par exemple, la vitesse de combustion d'un mélange à 10,5 % de méthane avec de l'air est de 37 cm/s.
La propagation lente et uniforme de la combustion n'est stable que si elle ne s'accompagne pas d'une augmentation de pression. S'il se produit dans un espace clos ou lorsque la sortie des gaz est difficile, les produits de la réaction chauffent non seulement la couche de gaz marbré adjacente au front de flamme par conduction thermique, mais aussi, en se dilatant en raison de la température élevée, fixent le gaz non brûlé dans mouvement. Le mouvement désordonné des volumes de gaz dans le mélange brûlant provoque une augmentation significative de la surface du front de flamme, ce qui conduit à une explosion. Une explosion est une transformation rapide de la matière, accompagnée d'un dégagement d'énergie et de la formation de gaz comprimés capables d'effectuer un travail. La vitesse de propagation des flammes lors de l'explosion atteint des centaines de mètres par seconde.
Avec une accélération supplémentaire de la propagation de la flamme, la compression du gaz non brûlé devant le front de flamme augmente. Il se propage à travers le gaz non brûlé sous forme d'ondes de choc successives qui, à une certaine distance en avant du front de flamme, fusionnent en une puissante onde de choc de gaz hautement comprimé et chauffé. Il en résulte un mode stable de propagation de la réaction, appelé détonation, c'est-à-dire un type de combustion qui se propage à une vitesse supérieure à la vitesse du son. La détonation se caractérise par un brusque saut de pression sur le site de la transformation explosive, qui a un effet destructeur important.
La combustion est un processus physique et chimique caractérisé par les caractéristiques suivantes : transformations chimiques, dégagement de chaleur et de lumière. Pour qu'une combustion stable se produise, la présence de trois facteurs est nécessaire : une substance combustible (matière, mélange), un agent oxydant et une source d'inflammation.
Une réaction chimique de combustion, procédant au dégagement d'une quantité importante de chaleur, s'accompagne presque toujours de divers types de phénomènes physiques. Ainsi, lors du processus de combustion, la chaleur des substances en réaction et des produits de combustion est transférée d'un endroit à un autre. Tous les processus se produisant dans la zone de réaction de combustion sont interconnectés - la vitesse des réactions chimiques est déterminée par le niveau de transfert de chaleur et la vitesse de diffusion de la substance et, inversement, les paramètres physiques (température, pression, vitesse de transfert de substance) dépendent de la vitesse de la réaction chimique.
substance combustible. Toutes les substances et matériaux circulant dans la production, utilisés comme matières premières, produits semi-finis, éléments de structure de construction, sont divisés en trois groupes : incombustibles, à combustion lente et combustibles.
Les incombustibles sont des substances et des matériaux qui ne peuvent pas brûler dans l'air de composition normale. Les substances et matériaux non combustibles constituent un groupe important. Ceux-ci comprennent toutes les substances et matériaux inorganiques naturels et artificiels utilisés dans la construction, les métaux, ainsi que les panneaux de gypse ou de fibres de gypse avec une teneur en masse organique allant jusqu'à 8%, les panneaux de laine minérale sur un liant synthétique, amidon ou bitume avec son contenu en poids jusqu'à 6 %.
Les substances (matériaux) à combustion lente sont appelées celles qui peuvent s'enflammer sous l'action d'une source d'inflammation, mais ne peuvent pas brûler d'elles-mêmes après son élimination. Il s'agit notamment de substances et de matériaux constitués de composants incombustibles et combustibles, par exemple : béton bitumineux, gypse et matériaux en béton contenant plus de 8 % en poids d'agrégats organiques ; dalles de coton minéral sur un liant bitumineux d'une teneur de 7 à 15%; les matériaux argilo-pailleux d'une masse volumique apparente d'au moins 900 kg/m 3 ; feutre imprégné de mortier d'argile; bois soumis à une imprégnation profonde avec des retardateurs de flamme; panneaux de fibres de ciment; certains types de plastiques techniques, etc.
Les combustibles sont des substances (matières, mélanges) capables d'auto-combustion dans l'air de composition normale. Ceux-ci comprennent toutes les substances et tous les matériaux qui ne satisfont pas aux exigences relatives aux substances et matériaux non combustibles et à combustion lente, par exemple : les carburants d'aviation, les alcools, les huiles organiques et inorganiques, les matériaux de décoration et de finition à base de plastiques, les matériaux textiles, le magnésium, sodium, soufre et autres matériaux et produits chimiques.
À leur tour, toutes les substances et matériaux combustibles sont divisés en trois sous-groupes : inflammables, moyennement inflammables et difficiles à enflammer.
Les substances inflammables sont des substances (matériaux, mélanges) qui peuvent s'enflammer suite à une exposition à court terme à une flamme d'allumette, une étincelle, une lampe à incandescence fil électrique et des sources d'allumage similaires à faible énergie.
Les substances (matériaux, mélanges) qui peuvent s'enflammer à la suite d'une exposition prolongée à une source d'inflammation à faible énergie ont une inflammabilité moyenne.
Les substances inflammables sont des substances (matériaux, mélanges) qui ne peuvent s'enflammer que sous l'influence d'une source d'inflammation puissante, qui chauffe une partie importante de la substance à la température d'inflammation.
Le sous-groupe des substances et matériaux inflammables comprend principalement les gaz et les liquides inflammables.
Parmi tous les liquides circulant en production, les liquides inflammables (liquides inflammables) comprennent les liquides inflammables dont le point d'éclair ne dépasse pas + 61 ° C dans un creuset fermé. Ils sont divisés en trois catégories :
I - liquides inflammables particulièrement dangereux avec un point d'éclair jusqu'à - 18 ° C;
II - liquides inflammables dangereux en permanence avec un point d'éclair de - 18 à 23 ° C;
III - PVVIH, dangereux à température élevée de l'air ou des liquides avec un point d'éclair de 23° à 61°C.
Le point d'éclair est la température la plus basse (dans des conditions d'essai spéciales) d'une substance combustible à laquelle se forment des vapeurs ou des gaz au-dessus de sa surface qui peuvent s'enflammer dans l'air à partir d'une source d'inflammation, mais dont la vitesse de formation est encore insuffisante pour une combustion stable . Pour les liquides inflammables, le point d'éclair est inférieur de 1 à 5 ° C à la température d'inflammation.
La température d'inflammation est la température d'une substance combustible à laquelle elle libère des vapeurs et des gaz inflammables à une vitesse telle que, après les avoir enflammés à partir d'une source d'inflammation, une combustion stable se produit.
Presque toutes les substances et matériaux combustibles et à combustion lente brûlent en phase vapeur ou gazeuse, à l'exception du titane, de l'aluminium, de l'anthracite et de plusieurs autres. Les substances et matériaux combustibles peuvent différer par leur composition chimique, leur état d'agrégation et d'autres propriétés, sur la base desquelles les processus de préparation pour la combustion se déroulent différemment. Les gaz entrent dans la réaction de combustion Si pratiquement sans aucun changement, car leur mélange avec l'agent oxydant (oxygène de l'air) se produit à n'importe quelle température ambiante et ne nécessite pas de coûts énergétiques supplémentaires importants f. Les liquides doivent d'abord s'évaporer et passer à l'état de vapeur, pour lequel une certaine quantité d'énergie thermique est dépensée, et ce n'est qu'en phase vapeur qu'ils se mélangent avec un agent oxydant et brûlent. Les solides et les matériaux dans leur préparation pour la combustion nécessitent beaucoup plus d'énergie, car ils doivent d'abord fondre ou se décomposer. Les substances et matériaux fondus ou décomposés doivent s'évaporer et se mélanger avec l'agent oxydant, après quoi, sous l'influence d'une source d'inflammation, un processus de combustion se produit. Le caoutchouc, le caoutchouc et les autres matières plastiques, ainsi que le magnésium et ses alliages, fondent et s'évaporent avant l'inflammation (pendant que les plastiques se décomposent). Des matériaux tels que le papier, le bois, les tissus de coton et certains types de plastiques techniques se décomposent lorsqu'ils sont chauffés pour former des produits gazeux et un résidu solide (généralement du charbon).
Agent d'oxydation. L'agent oxydant est généralement l'oxygène atmosphérique. L'air dans sa composition est un mélange de nombreux gaz, dont les principaux sont: l'azote (N 2) - 78,2% en volume et 75,5% en poids; oxygène (O 2) - 20,9% en volume et 23,2% en poids; gaz inertes (He, Ne, Ar, Kg) - 0,9% en volume et 1,3% en poids. En plus de ces gaz, une quantité insignifiante de dioxyde de carbone, de vapeur d'eau et de poussière est toujours présente dans le volume d'air. Tous ces composants de l'air, à l'exception de l'oxygène, n'entrent pratiquement pas dans une réaction de combustion lors de la combustion de substances et de matériaux organiques. L'oxygène, l'azote et les gaz inertes sont considérés comme des constituants constants de l'air. La teneur en dioxyde de carbone, en vapeur d'eau et en poussière n'est pas constante et peut changer en fonction des conditions dans lesquelles se déroule un processus de combustion particulier.
Source d'allumage. Il peut s'agir d'un corps brûlant ou incandescent, ainsi que d'une décharge électrique, qui ont une alimentation en énergie et une température suffisantes pour provoquer la combustion d'autres substances.
En pratique, il existe ou se produit divers phénomènes qui augmentent la température des substances et des matériaux en production ou en stockage, ce qui dans la plupart des cas conduit à l'apparition d'un processus de combustion à la fois localement et dans tout le volume d'une substance ou d'un matériau combustible. Les sources d'inflammation comprennent : les étincelles générées lorsque le métal heurte du métal ou d'autres matériaux solides ; étincelles et gouttes de métal en fusion lors de courts-circuits dans les équipements électriques et lors de la production de soudures et autres travaux à chaud ; échauffement des fils électriques lors des surcharges des réseaux électriques ; chauffage mécanique des pièces de machine à frotter, chauffage biologique lors de l'oxydation des huiles végétales et des chiffons imbibés de ces huiles ; paroles brûlantes, mégots de cigarettes, etc. La nature de l'impact de ces sources d'inflammation n'est pas la même. Ainsi, les étincelles générées par des impacts d'objets métalliques comme source d'inflammation ont une très faible puissance et ne sont capables d'enflammer que des mélanges gaz-vapeur-air : méthane-air, acétylène-air, disulfure de carbone-air, etc. les courts-circuits dans les équipements électriques ou lors du soudage électrique ont une inflammabilité puissante et peuvent provoquer la combustion de presque toutes les substances et matériaux combustibles, quel que soit leur état d'agrégation.
environnement inflammable. Lorsque le processus de combustion se produit et se poursuit, la substance combustible et le comburant sont des substances réactives et constituent un milieu combustible, et la source d'allumage est le démarreur du processus de combustion. Dans la combustion en régime permanent, la source d'inflammation des substances et matériaux qui ne brûlent pas encore est la chaleur dégagée par la zone de réaction de combustion.
Les milieux combustibles peuvent être physiquement homogènes (homogènes) et inhomogènes (hétérogènes). Les premiers comprennent les milieux dans lesquels la substance combustible et l'agent oxydant (air) sont mélangés de manière homogène : mélanges de gaz, vapeurs et poussières combustibles avec l'air. Des exemples de combustion d'un milieu homogène sont : la combustion de vapeurs remontant de la surface libre d'un liquide (carburant aviation TS-1 renversé lors d'un accident d'avion) ; combustion de gaz provenant d'une bouteille ou d'un pipeline endommagé ; explosions de gaz, de vapeur et de mélanges air-poussière. Les milieux hétérogènes sont ceux dans lesquels la substance (matière) combustible et l'agent oxydant ne sont pas mélangés et présentent une interface : substances et matières combustibles solides, jets de gaz et liquides combustibles pénétrant dans l'air sous haute pression, etc. la combustion d'un milieu inhomogène est la combustion du titane, de l'aluminium, de l'anthracite ou des fontaines d'huile et de gaz, lorsque l'huile et le gaz pénètrent dans la zone de combustion sous haute pression et ont des vitesses d'échappement très importantes.
Flamme. L'espace dans lequel les vapeurs, les gaz et les suspensions brûlent s'appelle une flamme. La flamme peut être cinétique ou de diffusion, selon qu'un mélange pré-préparé de vapeurs, de gaz ou de poussière avec de l'air brûle, ou qu'un tel mélange se forme directement dans la zone de flamme pendant le processus de combustion. Les processus se produisant dans une flamme cinétique sont caractérisés par des taux de réaction de combustion élevés (la vitesse linéaire de propagation de la flamme peut dépasser 1000 m/s) et, en règle générale, représentent une explosion d'un milieu combustible, accompagnée d'un niveau élevé de dégagement de chaleur et une forte augmentation de la pression dans la zone de combustion.
Dans des conditions d'incendie, presque tous les gaz, vapeurs, liquides, solides et matériaux brûlent avec une flamme de diffusion. La structure de cette flamme dépend essentiellement de la section du flux de vapeurs ou de gaz combustibles et de sa vitesse. Selon la nature de cet écoulement, on distingue les flammes de diffusion laminaire et turbulente. Le premier se produit à de petites sections transversales du flux de vapeurs ou de gaz combustibles se déplaçant avec basse vitesse (flamme d'une bougie, allumette, gaz dans le brûleur d'un réchaud domestique, etc.). Lors des incendies, lors de la combustion de diverses substances et matériaux, une flamme de diffusion turbulente se forme, une flamme minaire et turbulente est une zone de réaction de combustion qui entoure une zone de vapeurs ou de gaz, cette dernière occupe pratiquement tout le volume de la zone de combustion. La zone de réaction de combustion d'une flamme d'infusion est une couche très mince (seulement quelques micromètres) dans laquelle la chaleur est libérée et une flamme légèrement turbulente, contrairement à une flamme laminaire, est caractérisée par I, qui n'a pas de contours clairs, constant sections et positions du front de flamme.
La température dans la zone de vapeur est beaucoup plus basse que dans la zone de réaction.
Dans la flamme des carburants d'aviation, la température du flux de vapeur près de la surface du liquide se rapproche de son point d'ébullition (pour le carburant d'aviation TS-1, cette température est comprise entre 150 et 280 ° C). Au fur et à mesure que le flux de vapeur se déplace vers la zone de réaction, leur température augmente d'abord en raison du rayonnement thermique de la flamme, puis de la diffusion depuis la zone de réaction des produits de combustion chauffés. À la suite du chauffage, la décomposition thermique (dissociation) des substances vaporeuses se produit et les atomes et radicaux libres résultants, ainsi que les produits de combustion, pénètrent directement dans la zone de réaction, c'est-à-dire dans la flamme. Les atomes de carbone, entrant dans la zone de réaction de combustion, chauffent et commencent à briller, formant la soi-disant flamme lumineuse. La température de la zone de réaction de combustion varie avec la hauteur de la flamme. Dans la partie inférieure de la flamme, la température diminue du fait de la consommation d'une quantité importante de chaleur pour chauffer la masse d'air froid entrant dans la zone de combustion, et est minimale pour chaque type de combustion. La température la plus élevée se développe dans la partie médiane de la flamme, car dans la partie supérieure, la vitesse de réaction diminue en raison d'une baisse de la concentration des composants réactifs (burnout), en relation avec laquelle le niveau de dégagement de chaleur diminue et la température diminue .
La pression partielle d'oxygène de l'air dans des conditions normales est de 228,72 kPa, et dans la zone de réaction de combustion, elle est de 0, par conséquent, en raison de la différence de pressions partielles, l'oxygène de l'air ambiant se diffuse (filtre, s'infiltre) à travers la couche de produits de combustion vers la zone de réaction. L'entrée de composants combustibles dans la zone de réaction de combustion n'est pratiquement limitée par rien. Ainsi, la vitesse de la réaction de combustion dans le procédé développé ne dépend principalement que de la quantité d'oxygène entrant dans la zone de réaction, c'est-à-dire de la vitesse de sa diffusion. Dans le cas de la combustion d'un milieu inhomogène, la pénétration d'oxygène dans la zone réactionnelle est également empêchée par les produits de combustion rejetés dans l'espace adjacent à la zone réactionnelle.
L'absence d'une quantité suffisante d'oxygène dans la zone de réaction de combustion ralentit la vitesse de sa progression. Si cette inhibition ne se produisait pas, toutes les réactions de combustion se produisant dans l'atmosphère se dérouleraient à un rythme toujours croissant et se termineraient par une explosion de substances réactives. Les processus de combustion, comme tous les processus chimiques, se déroulent à des vitesses différentes, selon les conditions dans lesquelles ils se produisent, la nature des substances en réaction et leur état d'agrégation. Par exemple, les explosifs se décomposent en millièmes de seconde, tandis que les processus chimiques dans la croûte terrestre durent des centaines et des milliers d'années. L'interaction des substances dans les phases gazeuse et vapeur se déroule beaucoup plus rapidement que dans le liquide, et encore plus à l'état solide. Ainsi, le carburant d'aviation déversé TS-1 brûle relativement lentement, formant une flamme fumeuse (combustion incomplète), et le mélange vapeur-air préparé de ce carburant avec de l'air brûle avec une explosion. Le taux d'interaction des solides et des matériaux avec un agent oxydant change considérablement en fonction du degré de leur broyage. Par exemple, l'aluminium et le titane, brûlant lentement en lingots, dans des conditions particulières, peuvent former des mélanges explosifs poussière-air à l'état de poussière, développant des pressions d'explosion de 0,62 et 0,49 MPa, respectivement, lors de la combustion.
La combustion en tant que processus chimique est dans tous les cas la même. Cependant, en tant que processus physique, il diffère par la nature de la réaction de combustion, de sorte que les processus de combustion au stade initial sont divisés en types suivants : combustion spontanée, allumage et auto-allumage.
Combustion spontanée. Les substances séparées (matériaux, mélanges) pendant le stockage et pendant le fonctionnement des équipements technologiques sont capables de combustion spontanée. La combustion spontanée est un phénomène d'augmentation brutale de la vitesse des réactions exothermiques, conduisant à la combustion d'une substance en l'absence de source d'inflammation. Les substances capables de combustion spontanée comprennent les huiles végétales et grasses, les chiffons et les chiffons humidifiés avec des huiles végétales, les sulfures de fer et d'autres produits chimiques individuels. Les huiles végétales et grasses (tournesol, lin, chanvre, maïs, graisses animales...) appartiennent à la classe des graisses et sont un mélange de glycérides d'acides gras de haut poids moléculaire. Les molécules de ces acides ont des liaisons insaturées (doubles) qui, dans certaines conditions, contribuent à la combustion spontanée de ces substances. Selon la théorie du peroxyde de A. N. Bach, l'oxydation peut se produire en raison de l'ajout d'oxygène au groupe méthylène, qui est en position par rapport à la double liaison, avec la formation d'hydroperoxyde. Comme vous le savez, tous les peroxydes et hydroperoxydes sont des composés chimiques instables. Au fur et à mesure qu'ils se décomposent, des radicaux libres se forment qui se polymérisent en molécules organiques plus grosses. Lors de la polymérisation, une certaine quantité de chaleur est toujours dégagée, ce qui peut conduire à terme à une combustion spontanée de la matière organique oxydante. La combustion spontanée de substances organiques se produit dans certaines conditions. Ceux-ci comprennent : la teneur en glycérides d'acides carboxyliques de haut poids moléculaire dans l'huile ou la graisse n'est pas inférieure à une certaine quantité minimale ; la présence d'une grande surface de contact avec le comburant et d'un faible transfert de chaleur ; un certain rapport de graisses et d'huiles et de matériaux poreux ou fibreux qui en sont imprégnés.
Les sulfures de fer FeS, Fe 2 S 3 peuvent être formés dans l'équipement technologique des entrepôts du service carburants et lubrifiants des entreprises aéronautiques. Ils sont capables de combustion spontanée dans l'air, en particulier en présence de vapeurs et de gaz combustibles. Considérons le mécanisme de la combinaison des sulfures de fer avec l'oxygène atmosphérique en utilisant l'exemple de la réaction d'oxydation du composé de pyrite naturelle FeS2 :
FeS 2 + 2O 2 \u003d FeS + 2SO 2 + 222,3 kJ.
En plus des sulfures de fer, un tel matériau peut s'enflammer spontanément s, comme le lignite, la tourbe, les produits végétaux : foin, paille, ensilage, etc.
Le plus dangereux est la combustion spontanée de produits chimiques individuels en cas de stockage inapproprié, car ce processus peut provoquer un incendie dans l'installation où ces substances sont stockées. Ces substances, selon leurs propriétés chimiques, sont divisées en trois groupes : s'enflammant spontanément au contact de l'air, de l'eau et entre elles. ami.
Nous ne considérons pas les substances appartenant au premier groupe, car elles ne se trouvent pratiquement pas dans la technologie des entreprises aéronautiques.
Le deuxième groupe comprend un certain nombre de substances, parmi lesquelles le carbure de calcium CaC2 et l'oxyde de calcium CaO sont les plus intéressants. Lorsqu'il interagit avec l'eau, le carbure de calcium libère de l'acétylène, qui est un gaz combustible, et une quantité importante de chaleur. Avec une quantité d'eau relativement faible, le système carbure de calcium - eau peut flamber jusqu'à 920 K, ce qui peut provoquer une explosion du mélange acétylène-air :
CaC 2 + 2H 2 O \u003d C 2 H 2 + Ca (OH) 2 + 127 kJ.
En plus du carbure de calcium, l'oxyde de calcium CaO a la capacité de chauffer jusqu'à la température de lueur lorsque de petites quantités d'eau y pénètrent, ce qui peut également entraîner un incendie de conteneurs et d'éléments structurels combustibles de l'entrepôt :
CaO + H 2 O \u003d Ca (OH) 2 + 64,5 kJ.
Le troisième groupe comprend les agents oxydants forts, les produits chimiques individuels et les substances et matériaux organiques. Par exemple, des substances telles que le permanganate de potassium et la glycérine ne peuvent pas être stockées ensemble ; acide nitrique concentré avec térébenthine, alcool éthylique et sulfure d'hydrogène; halogènes avec gaz combustibles et liquides inflammables ; l'acide sulfurique avec les nitrates, les chlorates, les perchlorates, puisque dans ce cas une réaction chimique est possible entre eux, ce qui se produit avec le dégagement d'une grande quantité de chaleur.
Allumage. En plus de la combustion spontanée, un allumage simple est possible, c'est-à-dire l'apparition d'une combustion sous l'influence d'une source d'allumage. L'allumage, accompagné de l'apparition d'une flamme, est appelé allumage. Dans ce cas, le volume adjacent au point d'action thermique est chauffé. En raison de l'augmentation de la température dans le volume spécifié, la chaleur se propage aux zones (volumes) du milieu combustible qui lui sont adjacentes. Plus la substance combustible (matière, mélange) est impliquée dans le processus de combustion, plus la chaleur est libérée dans l'espace environnant. Ainsi, le processus de combustion se développe spontanément. Dans ce cas, la source d'allumage ne chauffe initialement qu'un petit volume du mélange combustible, tandis que la température de tout le volume du milieu combustible peut rester inchangée.
Le processus d'allumage est de nature différente selon le type de mélange combustible. Les plus dangereux sont les mélanges gaz-air. Cependant, même pour eux, l'énergie minimale de la source d'inflammation dépend de nombreux paramètres, dont les principaux sont la composition en pourcentage du mélange, le type de substance combustible, la pression du mélange, puisque la température d'inflammation, la flamme normale la vitesse de propagation et la température de combustion dépendent de ces grandeurs. De plus, la température minimale de la source d'inflammation est influencée par la durée de son contact avec le milieu combustible.
L'inflammation de liquides n'est possible que si la température de l'environnement ou du liquide lui-même est suffisante pour évaporer une quantité de vapeur nécessaire à l'apparition d'une combustion stable. Pour divers liquides combustibles, cette température n'est pas la même. À des températures inférieures à la température d'inflammation, la combustion est impossible, car le taux d'évaporation d'un liquide particulier dans ce cas est trop faible. Avec une augmentation de la température de l'air extérieur ou du liquide combustible lui-même, toutes choses étant égales par ailleurs, la volatilité des liquides augmente et la quantité de vapeur devient suffisante pour l'apparition d'une combustion stable.
Auto-allumage. C'est ce qu'on appelle la combustion spontanée, accompagnée de l'apparition d'une flamme. En plus des processus de combustion et d'allumage spontanés, le processus d'auto-inflammation de divers milieux combustibles est également rencontré dans la pratique. De par leur nature chimique, ces trois processus ne diffèrent pas les uns des autres. La différence entre eux réside dans l'essence physique du processus de combustion, car, contrairement aux processus de combustion spontanée et d'allumage, le processus d'auto-inflammation se produit immédiatement dans tout le volume du milieu combustible réactif. Du point de vue de la physique, il s'agit d'un processus cinétique de combustion d'un mélange déjà mélangé et préparé, se déroulant avec des vitesses de propagation de flamme élevées. Lors de la combustion de vapeur, de poussière et de mélanges gaz-air, il s'agit, en règle générale, de vitesses d'explosion. Pour que le processus d'auto-inflammation se produise, il est nécessaire que tout le volume du mélange combustible ait la température d'auto-inflammation de ce mélange. La température d'auto-inflammation est comprise comme la température la plus basse d'une substance (matériau, mélange) à laquelle il y a une forte augmentation du taux de réactions exothermiques, se terminant par l'apparition d'une combustion ardente. La température d'auto-inflammation d'une substance combustible n'est pas une valeur constante. Cela dépend des taux de dégagement de chaleur et d'évacuation de la chaleur, qui à leur tour dépendent du volume du mélange, de la concentration, de la pression et d'autres facteurs. La température d'auto-inflammation des mélanges de vapeurs et de gaz combustibles avec l'air varie en fonction de leur composition en pourcentage. La température d'auto-inflammation la plus basse d'un mélange stoechiométrique ou de mélanges proches en termes de concentrations de réactifs. La température d'auto-inflammation des solides ou des matériaux est inversement proportionnelle à leur degré de broyage : plus le degré de broyage d'une substance est élevé, plus sa température d'auto-inflammation est basse. Cela est dû au fait qu'avec le broyage de substances et de matériaux, la surface de contact de ces composants combustibles et de l'oxydant augmente fortement.
La combustion est un processus physique et chimique caractérisé par les caractéristiques suivantes : transformations chimiques, dégagement de chaleur et de lumière. Pour qu'une combustion stable se produise, la présence de trois facteurs est nécessaire : une substance combustible (matière, mélange), un agent oxydant et une source d'inflammation.
Une réaction chimique de combustion, procédant au dégagement d'une quantité importante de chaleur, s'accompagne presque toujours de divers types de phénomènes physiques. Ainsi, lors du processus de combustion, la chaleur des substances en réaction et des produits de combustion est transférée d'un endroit à un autre. Tous les processus se produisant dans la zone de réaction de combustion sont interconnectés - la vitesse des réactions chimiques est déterminée par le niveau de transfert de chaleur et la vitesse de diffusion de la substance et, inversement, les paramètres physiques (température, pression, vitesse de transfert de substance) dépendent de la vitesse de la réaction chimique.
substance combustible. Toutes les substances et matériaux circulant dans la production, utilisés comme matières premières, produits semi-finis, éléments de structure de construction, sont divisés en trois groupes : incombustibles, à combustion lente et combustibles.
Les incombustibles sont des substances et des matériaux qui ne peuvent pas brûler dans l'air de composition normale. Les substances et matériaux non combustibles constituent un groupe important. Ceux-ci comprennent toutes les substances et matériaux inorganiques naturels et artificiels utilisés dans la construction, les métaux, ainsi que les panneaux de gypse ou de fibres de gypse avec une teneur en masse organique allant jusqu'à 8%, les panneaux de laine minérale sur un liant synthétique, amidon ou bitume avec son contenu en poids jusqu'à 6 %.
Les substances (matériaux) à combustion lente sont appelées celles qui peuvent s'enflammer sous l'action d'une source d'inflammation, mais ne peuvent pas brûler d'elles-mêmes après son élimination. Il s'agit notamment de substances et de matériaux constitués de composants incombustibles et combustibles, par exemple : béton bitumineux, gypse et matériaux en béton contenant plus de 8 % en poids d'agrégats organiques ; dalles de coton minéral sur un liant bitumineux d'une teneur de 7 à 15%; les matériaux argilo-pailleux d'une masse volumique apparente d'au moins 900 kg/m 3 ; feutre imprégné de mortier d'argile; bois soumis à une imprégnation profonde avec des retardateurs de flamme; panneaux de fibres de ciment; certains types de plastiques techniques, etc.
Les combustibles sont des substances (matières, mélanges) capables d'auto-combustion dans l'air de composition normale. Ceux-ci comprennent toutes les substances et tous les matériaux qui ne satisfont pas aux exigences relatives aux substances et matériaux non combustibles et à combustion lente, par exemple : les carburants d'aviation, les alcools, les huiles organiques et inorganiques, les matériaux de décoration et de finition à base de plastiques, les matériaux textiles, le magnésium, sodium, soufre et autres matériaux et produits chimiques.
À leur tour, toutes les substances et matériaux combustibles sont divisés en trois sous-groupes : inflammables, moyennement inflammables et difficiles à enflammer.
Les substances inflammables sont des substances (matériaux, mélanges) qui peuvent s'enflammer suite à une exposition à court terme à une flamme d'allumette, une étincelle, un fil électrique chauffé et des sources d'inflammation similaires à faible énergie.
Les substances (matériaux, mélanges) qui peuvent s'enflammer à la suite d'une exposition prolongée à une source d'inflammation à faible énergie ont une inflammabilité moyenne.
Les substances inflammables sont des substances (matériaux, mélanges) qui ne peuvent s'enflammer que sous l'influence d'une source d'inflammation puissante, qui chauffe une partie importante de la substance à la température d'inflammation.
Le sous-groupe des substances et matériaux inflammables comprend principalement les gaz et les liquides inflammables.
Parmi tous les liquides circulant en production, les liquides inflammables (liquides inflammables) comprennent les liquides inflammables dont le point d'éclair ne dépasse pas + 61 ° C dans un creuset fermé. Ils sont divisés en trois catégories :
I - liquides inflammables particulièrement dangereux avec un point d'éclair jusqu'à - 18 ° C;
II - liquides inflammables dangereux en permanence avec un point d'éclair de - 18 à 23 ° C;
III - PVVIH, dangereux à température élevée de l'air ou des liquides avec un point d'éclair de 23° à 61°C.
Le point d'éclair est la température la plus basse (dans des conditions d'essai spéciales) d'une substance combustible à laquelle se forment des vapeurs ou des gaz au-dessus de sa surface qui peuvent s'enflammer dans l'air à partir d'une source d'inflammation, mais dont la vitesse de formation est encore insuffisante pour une combustion stable . Pour les liquides inflammables, le point d'éclair est inférieur de 1 à 5 ° C à la température d'inflammation.
La température d'inflammation est la température d'une substance combustible à laquelle elle libère des vapeurs et des gaz inflammables à une vitesse telle que, après les avoir enflammés à partir d'une source d'inflammation, une combustion stable se produit.
Presque toutes les substances et matériaux combustibles et à combustion lente brûlent en phase vapeur ou gazeuse, à l'exception du titane, de l'aluminium, de l'anthracite et de plusieurs autres. Les substances et matériaux combustibles peuvent différer par leur composition chimique, leur état d'agrégation et d'autres propriétés, sur la base desquelles les processus de préparation pour la combustion se déroulent différemment. Les gaz entrent dans la réaction de combustion Si pratiquement sans aucun changement, car leur mélange avec l'agent oxydant (oxygène de l'air) se produit à n'importe quelle température ambiante et ne nécessite pas de coûts énergétiques supplémentaires importants f. Les liquides doivent d'abord s'évaporer et passer à l'état de vapeur, pour lequel une certaine quantité d'énergie thermique est dépensée, et ce n'est qu'en phase vapeur qu'ils se mélangent avec un agent oxydant et brûlent. Les solides et les matériaux dans leur préparation pour la combustion nécessitent beaucoup plus d'énergie, car ils doivent d'abord fondre ou se décomposer. Les substances et matériaux fondus ou décomposés doivent s'évaporer et se mélanger avec l'agent oxydant, après quoi, sous l'influence d'une source d'inflammation, un processus de combustion se produit. Le caoutchouc, le caoutchouc et les autres matières plastiques, ainsi que le magnésium et ses alliages, fondent et s'évaporent avant l'inflammation (pendant que les plastiques se décomposent). Des matériaux tels que le papier, le bois, les tissus de coton et certains types de plastiques techniques se décomposent lorsqu'ils sont chauffés pour former des produits gazeux et un résidu solide (généralement du charbon).
Agent d'oxydation. L'agent oxydant est généralement l'oxygène atmosphérique. L'air dans sa composition est un mélange de nombreux gaz, dont les principaux sont: l'azote (N 2) - 78,2% en volume et 75,5% en poids; oxygène (O 2) - 20,9% en volume et 23,2% en poids; gaz inertes (He, Ne, Ar, Kg) - 0,9% en volume et 1,3% en poids. En plus de ces gaz, une quantité insignifiante de dioxyde de carbone, de vapeur d'eau et de poussière est toujours présente dans le volume d'air. Tous ces composants de l'air, à l'exception de l'oxygène, n'entrent pratiquement pas dans une réaction de combustion lors de la combustion de substances et de matériaux organiques. L'oxygène, l'azote et les gaz inertes sont considérés comme des constituants constants de l'air. La teneur en dioxyde de carbone, en vapeur d'eau et en poussière n'est pas constante et peut changer en fonction des conditions dans lesquelles se déroule un processus de combustion particulier.
Source d'allumage. Il peut s'agir d'un corps brûlant ou incandescent, ainsi que d'une décharge électrique, qui ont une alimentation en énergie et une température suffisantes pour provoquer la combustion d'autres substances.
En pratique, il existe ou se produit divers phénomènes qui augmentent la température des substances et des matériaux en production ou en stockage, ce qui dans la plupart des cas conduit à l'apparition d'un processus de combustion à la fois localement et dans tout le volume d'une substance ou d'un matériau combustible. Les sources d'inflammation comprennent : les étincelles générées lorsque le métal heurte du métal ou d'autres matériaux solides ; étincelles et gouttes de métal en fusion lors de courts-circuits dans les équipements électriques et lors de la production de soudures et autres travaux à chaud ; échauffement des fils électriques lors des surcharges des réseaux électriques ; chauffage mécanique des pièces de machine à frotter, chauffage biologique lors de l'oxydation des huiles végétales et des chiffons imbibés de ces huiles ; paroles brûlantes, mégots de cigarettes, etc. La nature de l'impact de ces sources d'inflammation n'est pas la même. Ainsi, les étincelles générées par des impacts d'objets métalliques comme source d'inflammation ont une très faible puissance et ne sont capables d'enflammer que des mélanges gaz-vapeur-air : méthane-air, acétylène-air, disulfure de carbone-air, etc. les courts-circuits dans les équipements électriques ou lors du soudage électrique ont une inflammabilité puissante et peuvent provoquer la combustion de presque toutes les substances et matériaux combustibles, quel que soit leur état d'agrégation.
environnement inflammable. Lorsque le processus de combustion se produit et se poursuit, la substance combustible et le comburant sont des substances réactives et constituent un milieu combustible, et la source d'allumage est le démarreur du processus de combustion. Dans la combustion en régime permanent, la source d'inflammation des substances et matériaux qui ne brûlent pas encore est la chaleur dégagée par la zone de réaction de combustion.
Les milieux combustibles peuvent être physiquement homogènes (homogènes) et inhomogènes (hétérogènes). Les premiers comprennent les milieux dans lesquels la substance combustible et l'agent oxydant (air) sont mélangés de manière homogène : mélanges de gaz, vapeurs et poussières combustibles avec l'air. Des exemples de combustion d'un milieu homogène sont : la combustion de vapeurs remontant de la surface libre d'un liquide (carburant aviation TS-1 renversé lors d'un accident d'avion) ; combustion de gaz provenant d'une bouteille ou d'un pipeline endommagé ; explosions de gaz, de vapeur et de mélanges air-poussière. Les milieux hétérogènes sont ceux dans lesquels la substance (matière) combustible et l'agent oxydant ne sont pas mélangés et présentent une interface : substances et matières combustibles solides, jets de gaz et liquides combustibles pénétrant dans l'air sous haute pression, etc. la combustion d'un milieu inhomogène est la combustion du titane, de l'aluminium, de l'anthracite ou des fontaines d'huile et de gaz, lorsque l'huile et le gaz pénètrent dans la zone de combustion sous haute pression et ont des vitesses d'échappement très importantes.
Flamme. L'espace dans lequel les vapeurs, les gaz et les suspensions brûlent s'appelle une flamme. La flamme peut être cinétique ou de diffusion, selon qu'un mélange pré-préparé de vapeurs, de gaz ou de poussière avec de l'air brûle, ou qu'un tel mélange se forme directement dans la zone de flamme pendant le processus de combustion. Les processus se produisant dans une flamme cinétique sont caractérisés par des taux de réaction de combustion élevés (la vitesse linéaire de propagation de la flamme peut dépasser 1000 m/s) et, en règle générale, représentent une explosion d'un milieu combustible, accompagnée d'un niveau élevé de dégagement de chaleur et une forte augmentation de la pression dans la zone de combustion.
Dans des conditions d'incendie, presque tous les gaz, vapeurs, liquides, solides et matériaux brûlent avec une flamme de diffusion. La structure de cette flamme dépend essentiellement de la section du flux de vapeurs ou de gaz combustibles et de sa vitesse. Selon la nature de cet écoulement, on distingue les flammes de diffusion laminaire et turbulente. Le premier se produit à de petites sections transversales du flux de vapeurs ou de gaz combustibles se déplaçant avec basse vitesse (flamme d'une bougie, allumette, gaz dans le brûleur d'un réchaud domestique, etc.). Lors des incendies, lors de la combustion de diverses substances et matériaux, une flamme de diffusion turbulente se forme, une flamme minaire et turbulente est une zone de réaction de combustion qui entoure une zone de vapeurs ou de gaz, cette dernière occupe pratiquement tout le volume de la zone de combustion. La zone de réaction de combustion d'une flamme d'infusion est une couche très mince (seulement quelques micromètres) dans laquelle la chaleur est libérée et une flamme légèrement turbulente, contrairement à une flamme laminaire, est caractérisée par I, qui n'a pas de contours clairs, constant sections et positions du front de flamme.
La température dans la zone de vapeur est beaucoup plus basse que dans la zone de réaction.
Dans la flamme des carburants d'aviation, la température du flux de vapeur près de la surface du liquide se rapproche de son point d'ébullition (pour le carburant d'aviation TS-1, cette température est comprise entre 150 et 280 ° C). Au fur et à mesure que le flux de vapeur se déplace vers la zone de réaction, leur température augmente d'abord en raison du rayonnement thermique de la flamme, puis de la diffusion depuis la zone de réaction des produits de combustion chauffés. À la suite du chauffage, la décomposition thermique (dissociation) des substances vaporeuses se produit et les atomes et radicaux libres résultants, ainsi que les produits de combustion, pénètrent directement dans la zone de réaction, c'est-à-dire dans la flamme. Les atomes de carbone, entrant dans la zone de réaction de combustion, chauffent et commencent à briller, formant la soi-disant flamme lumineuse. La température de la zone de réaction de combustion varie avec la hauteur de la flamme. Dans la partie inférieure de la flamme, la température diminue du fait de la consommation d'une quantité importante de chaleur pour chauffer la masse d'air froid entrant dans la zone de combustion, et est minimale pour chaque type de combustion. La température la plus élevée se développe dans la partie médiane de la flamme, car dans la partie supérieure, la vitesse de réaction diminue en raison d'une baisse de la concentration des composants réactifs (burnout), en relation avec laquelle le niveau de dégagement de chaleur diminue et la température diminue .
La pression partielle d'oxygène de l'air dans des conditions normales est de 228,72 kPa, et dans la zone de réaction de combustion, elle est de 0, par conséquent, en raison de la différence de pressions partielles, l'oxygène de l'air ambiant se diffuse (filtre, s'infiltre) à travers la couche de produits de combustion vers la zone de réaction. L'entrée de composants combustibles dans la zone de réaction de combustion n'est pratiquement limitée par rien. Ainsi, la vitesse de la réaction de combustion dans le procédé développé ne dépend principalement que de la quantité d'oxygène entrant dans la zone de réaction, c'est-à-dire de la vitesse de sa diffusion. Dans le cas de la combustion d'un milieu inhomogène, la pénétration d'oxygène dans la zone réactionnelle est également empêchée par les produits de combustion rejetés dans l'espace adjacent à la zone réactionnelle.
L'absence d'une quantité suffisante d'oxygène dans la zone de réaction de combustion ralentit la vitesse de sa progression. Si cette inhibition ne se produisait pas, toutes les réactions de combustion se produisant dans l'atmosphère se dérouleraient à un rythme toujours croissant et se termineraient par une explosion de substances réactives. Les processus de combustion, comme tous les processus chimiques, se déroulent à des vitesses différentes, selon les conditions dans lesquelles ils se produisent, la nature des substances en réaction et leur état d'agrégation. Par exemple, les explosifs se décomposent en millièmes de seconde, tandis que les processus chimiques dans la croûte terrestre durent des centaines et des milliers d'années. L'interaction des substances dans les phases gazeuse et vapeur se déroule beaucoup plus rapidement que dans le liquide, et encore plus à l'état solide. Ainsi, le carburant d'aviation déversé TS-1 brûle relativement lentement, formant une flamme fumeuse (combustion incomplète), et le mélange vapeur-air préparé de ce carburant avec de l'air brûle avec une explosion. Le taux d'interaction des solides et des matériaux avec un agent oxydant change considérablement en fonction du degré de leur broyage. Par exemple, l'aluminium et le titane, brûlant lentement en lingots, dans des conditions particulières, peuvent former des mélanges explosifs poussière-air à l'état de poussière, développant des pressions d'explosion de 0,62 et 0,49 MPa, respectivement, lors de la combustion.
La combustion en tant que processus chimique est dans tous les cas la même. Cependant, en tant que processus physique, il diffère par la nature de la réaction de combustion, de sorte que les processus de combustion au stade initial sont divisés en types suivants : combustion spontanée, allumage et auto-allumage.
Combustion spontanée. Les substances séparées (matériaux, mélanges) pendant le stockage et pendant le fonctionnement des équipements technologiques sont capables de combustion spontanée. La combustion spontanée est un phénomène d'augmentation brutale de la vitesse des réactions exothermiques, conduisant à la combustion d'une substance en l'absence de source d'inflammation. Les substances capables de combustion spontanée comprennent les huiles végétales et grasses, les chiffons et les chiffons humidifiés avec des huiles végétales, les sulfures de fer et d'autres produits chimiques individuels. Les huiles végétales et grasses (tournesol, lin, chanvre, maïs, graisses animales...) appartiennent à la classe des graisses et sont un mélange de glycérides d'acides gras de haut poids moléculaire. Les molécules de ces acides ont des liaisons insaturées (doubles) qui, dans certaines conditions, contribuent à la combustion spontanée de ces substances. Selon la théorie du peroxyde de A. N. Bach, l'oxydation peut se produire en raison de l'ajout d'oxygène au groupe méthylène, qui est en position par rapport à la double liaison, avec la formation d'hydroperoxyde. Comme vous le savez, tous les peroxydes et hydroperoxydes sont des composés chimiques instables. Au fur et à mesure qu'ils se décomposent, des radicaux libres se forment qui se polymérisent en molécules organiques plus grosses. Lors de la polymérisation, une certaine quantité de chaleur est toujours dégagée, ce qui peut conduire à terme à une combustion spontanée de la matière organique oxydante. La combustion spontanée de substances organiques se produit dans certaines conditions. Ceux-ci comprennent : la teneur en glycérides d'acides carboxyliques de haut poids moléculaire dans l'huile ou la graisse n'est pas inférieure à une certaine quantité minimale ; la présence d'une grande surface de contact avec le comburant et d'un faible transfert de chaleur ; un certain rapport de graisses et d'huiles et de matériaux poreux ou fibreux qui en sont imprégnés.
Les sulfures de fer FeS, Fe 2 S 3 peuvent être formés dans l'équipement technologique des entrepôts du service carburants et lubrifiants des entreprises aéronautiques. Ils sont capables de combustion spontanée dans l'air, en particulier en présence de vapeurs et de gaz combustibles. Considérons le mécanisme de la combinaison des sulfures de fer avec l'oxygène atmosphérique en utilisant l'exemple de la réaction d'oxydation du composé de pyrite naturelle FeS2 :
FeS 2 + 2O 2 \u003d FeS + 2SO 2 + 222,3 kJ.
En plus des sulfures de fer, un tel matériau peut s'enflammer spontanément s, comme le lignite, la tourbe, les produits végétaux : foin, paille, ensilage, etc.
Le plus dangereux est la combustion spontanée de produits chimiques individuels en cas de stockage inapproprié, car ce processus peut provoquer un incendie dans l'installation où ces substances sont stockées. Ces substances, selon leurs propriétés chimiques, sont divisées en trois groupes : s'enflammant spontanément au contact de l'air, de l'eau et entre elles. ami.
Nous ne considérons pas les substances appartenant au premier groupe, car elles ne se trouvent pratiquement pas dans la technologie des entreprises aéronautiques.
Le deuxième groupe comprend un certain nombre de substances, parmi lesquelles le carbure de calcium CaC2 et l'oxyde de calcium CaO sont les plus intéressants. Lorsqu'il interagit avec l'eau, le carbure de calcium libère de l'acétylène, qui est un gaz combustible, et une quantité importante de chaleur. Avec une quantité d'eau relativement faible, le système carbure de calcium - eau peut flamber jusqu'à 920 K, ce qui peut provoquer une explosion du mélange acétylène-air :
CaC 2 + 2H 2 O \u003d C 2 H 2 + Ca (OH) 2 + 127 kJ.
En plus du carbure de calcium, l'oxyde de calcium CaO a la capacité de chauffer jusqu'à la température de lueur lorsque de petites quantités d'eau y pénètrent, ce qui peut également entraîner un incendie de conteneurs et d'éléments structurels combustibles de l'entrepôt :
CaO + H 2 O \u003d Ca (OH) 2 + 64,5 kJ.
Le troisième groupe comprend les agents oxydants forts, les produits chimiques individuels et les substances et matériaux organiques. Par exemple, des substances telles que le permanganate de potassium et la glycérine ne peuvent pas être stockées ensemble ; acide nitrique concentré avec térébenthine, alcool éthylique et sulfure d'hydrogène; halogènes avec gaz combustibles et liquides inflammables ; l'acide sulfurique avec les nitrates, les chlorates, les perchlorates, puisque dans ce cas une réaction chimique est possible entre eux, ce qui se produit avec le dégagement d'une grande quantité de chaleur.
Allumage. En plus de la combustion spontanée, un allumage simple est possible, c'est-à-dire l'apparition d'une combustion sous l'influence d'une source d'allumage. L'allumage, accompagné de l'apparition d'une flamme, est appelé allumage. Dans ce cas, le volume adjacent au point d'action thermique est chauffé. En raison de l'augmentation de la température dans le volume spécifié, la chaleur se propage aux zones (volumes) du milieu combustible qui lui sont adjacentes. Plus la substance combustible (matière, mélange) est impliquée dans le processus de combustion, plus la chaleur est libérée dans l'espace environnant. Ainsi, le processus de combustion se développe spontanément. Dans ce cas, la source d'allumage ne chauffe initialement qu'un petit volume du mélange combustible, tandis que la température de tout le volume du milieu combustible peut rester inchangée.
Le processus d'allumage est de nature différente selon le type de mélange combustible. Les plus dangereux sont les mélanges gaz-air. Cependant, même pour eux, l'énergie minimale de la source d'inflammation dépend de nombreux paramètres, dont les principaux sont la composition en pourcentage du mélange, le type de substance combustible, la pression du mélange, puisque la température d'inflammation, la flamme normale la vitesse de propagation et la température de combustion dépendent de ces grandeurs. De plus, la température minimale de la source d'inflammation est influencée par la durée de son contact avec le milieu combustible.
L'inflammation de liquides n'est possible que si la température de l'environnement ou du liquide lui-même est suffisante pour évaporer une quantité de vapeur nécessaire à l'apparition d'une combustion stable. Pour divers liquides combustibles, cette température n'est pas la même. À des températures inférieures à la température d'inflammation, la combustion est impossible, car le taux d'évaporation d'un liquide particulier dans ce cas est trop faible. Avec une augmentation de la température de l'air extérieur ou du liquide combustible lui-même, toutes choses étant égales par ailleurs, la volatilité des liquides augmente et la quantité de vapeur devient suffisante pour l'apparition d'une combustion stable.
Auto-allumage. C'est ce qu'on appelle la combustion spontanée, accompagnée de l'apparition d'une flamme. En plus des processus de combustion et d'allumage spontanés, le processus d'auto-inflammation de divers milieux combustibles est également rencontré dans la pratique. De par leur nature chimique, ces trois processus ne diffèrent pas les uns des autres. La différence entre eux réside dans l'essence physique du processus de combustion, car, contrairement aux processus de combustion spontanée et d'allumage, le processus d'auto-inflammation se produit immédiatement dans tout le volume du milieu combustible réactif. Du point de vue de la physique, il s'agit d'un processus cinétique de combustion d'un mélange déjà mélangé et préparé, se déroulant avec des vitesses de propagation de flamme élevées. Lors de la combustion de vapeur, de poussière et de mélanges gaz-air, il s'agit, en règle générale, de vitesses d'explosion. Pour que le processus d'auto-inflammation se produise, il est nécessaire que tout le volume du mélange combustible ait la température d'auto-inflammation de ce mélange. La température d'auto-inflammation est comprise comme la température la plus basse d'une substance (matériau, mélange) à laquelle il y a une forte augmentation du taux de réactions exothermiques, se terminant par l'apparition d'une combustion ardente. La température d'auto-inflammation d'une substance combustible n'est pas une valeur constante. Cela dépend des taux de dégagement de chaleur et d'évacuation de la chaleur, qui à leur tour dépendent du volume du mélange, de la concentration, de la pression et d'autres facteurs. La température d'auto-inflammation des mélanges de vapeurs et de gaz combustibles avec l'air varie en fonction de leur composition en pourcentage. La température d'auto-inflammation la plus basse d'un mélange stoechiométrique ou de mélanges proches en termes de concentrations de réactifs. La température d'auto-inflammation des solides ou des matériaux est inversement proportionnelle à leur degré de broyage : plus le degré de broyage d'une substance est élevé, plus sa température d'auto-inflammation est basse. Cela est dû au fait qu'avec le broyage de substances et de matériaux, la surface de contact de ces composants combustibles et de l'oxydant augmente fortement.
