sécurité Du brouillard d’eau en protection incendie

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La bibliothèque de la duchesse Anna Amalia à Weimar (Allemagne) a subi les ravages d’un incendie en 2004. Elle a depuis été restaurée et équipée d’un système de protection incendie Hi-Fog (Marioff) à préaction sur ses quatre niveaux et la tour. Pour la salle Rococo (photo), les buses sont dissimulées dans les corniches. (Doc. Bibliothèque Anna Amalia.)

Si les bonnes pratiques inscrites dans le guide D2 de l’Apsad servent de références pour la profession, les essais demeurent indispensables pour valider une installation qui utilise une brumisation d’eau afin d’éteindre un début d’incendie.

Les systèmes de protection incendie par décharge de brouillard d’eau s’installent de la même manière que les systèmes sprinkler traditionnels, à la différence que la tuyauterie de distribution est plus fine.À cela s’ajoutent un nombre de buses et unstockage d’eau fortement réduits.Par rapport au sprinkler, le brouillard d’eau produit un effet de refroidissement plus important sur l’ambiance et bloque la chaleur radiative.La vaporisation d’eau, très efficace pour absorber la chaleur du feu est, en effet, facilitée par la taille microscopique des gouttelettes. De plus, dans une pièce fermée, comme la salle des machines d’un navire ou une chambre d’hôtel, le brouillard d’eau agit comme un gaz, en chassant l’oxygène qui alimente la combustion. En revanche, le refroidissement de solides (surfaces métalliques chaudes, braises) est lié à la quantité d’eau utilisée, ce qui n’est pas le point fort du brouillard d’eau qui fonctionne mieux sur les feux de faible puissance.

Une diversification croissante

Il y a vingt-cinq ans, le constructeur Marioff avait construit sa réputation en équipant de protection incendie à brouillard d’eau les salles de machines des navires. Depuis, les applications se sont diversifiées et l’offre commerciale s’est élargie. Le brouillard d’eau est apprécié dans les tunnels (Eurotunnel est équipé de brumisateurs Fogtec depuis le début 2011), dans l’environnement industriel (cabines de peinture pulvérisée, fours industriels, fosses hydrauliques, friteuses industrielles...), mais aussi pour les salles informatiques (data centers), dans les salles d’archives, les bibliothèques et les musées, les hôtels de luxe ou les IGH. Le système Hi-Fog de Marioff va équiper entièrement le Zoofenster, une tour de trente-deux étages en construction à Berlin. « Le brouillard d’eau s’est développé sur des marchés de niches comme les endroits qui disposent de peu d’eau, ou des lieux à contenus fragiles comme les data centers ou les salles d’archivage. Les essais en archives ont montré que les documents demeurent récupérables après une décharge d’une demi-heure. Nous sommes d’ailleurs en train d’équiper les Archives nationales de Pierrefitte-sur-Seine (93 », confirme Stéphane Coquard, ingénieur projet chez Fogtec. Une première limite de la technique est de ne pas fonctionner sur les matériaux réagissant violemment avec l’eau ou avec des produits chimiques incompatibles, par exemple les feux de métaux ou les produits cryogéniques.

Le brouillard d’eau est toujours généré in situ, généralement par diffusion d’un flux d’eau à haute pression entre 70 et 100 bars dans des buses pourvues de micro-orifices. Outre Fogtec et Marioff Corporation Oy (groupe UTC Fire and Security) avec son produit Hi-Fog, les principaux fabricants présents en France sont Tyco (partenaire du danois Danfoss Semco) avec son produit MicroDrop, Protec-Feu (partenaire de la société autrichienne Aquasys) et TBD (Techni Brume Diffusion). Siemens Industry Building Technologies joue la différence avec Sinorix H2O Jet, un système à basse pression (moins de 15 bars) et diphasique (eau et gaz), qui cible les feux ouverts et à développement rapide. « Nous avons introduit sur le marché en octobre dernier le Sinorix H2O Jet spécifique à l’extinction des incendies sur les groupes électrogènes, mais aussi bancs moteurs, postes d’usinage, transformateurs ou escalateurs », confie Patrick Fernandes, responsable Support technique extinction, chez Siemens. Cette technologie est le fruit d’un brevet commun Siemens avec le Laboratoire Legi du CNRS. La physique est complexe, l’expansion du gaz vient cisailler les gouttes, du fait de la différence de vitesse entre le gaz et l’eau, cependant la technologie reste simple. La portée est d’environ huit mètres avec des buses directionnelles, de type Fixao (TDJB pour Tuyère diphasique à jet de brouillard) avec un jet porté pénétrant. Le volume est de 28 m2 avec la buse volumétrique Bucefao (saturation du volume protégé).

Une commercialisation par étapes

Le standard américain NFPA 750 organise les systèmes à brouillard d’eau en trois classes, en fonction de la distribution du diamètre de leurs gouttelettes.La classe I regroupe les brouillards les plus fins, ceux dont 90 % du volume de la pulvérisation ont un diamètre inférieur à 200 µm. Ils sont préconisés pour refroidir l’ambiance, alors que ceux de classe III (entre 400 et 1000 µm), aux gouttelettes plus grosses, sont mieux adaptés pour refroidir des combustibles solides.Les systèmes diffèrent aussi par leur pression, à distinguer de l’énergie cinétique donnée aux gouttes, par la directionnalité éventuelle du jet et par le recours à de l’eau seule (avec ou sans additif) ou mélangée avec un gaz (mélange diphasique). L’efficacité du système va aussi être conditionnée par la géométrie des lieux, espace clos ou ouvert, ventilé ou non, présentant ou non des obstacles. Ceci explique que chaque application demande un système adapté, dont les performances doivent être « évaluées, de préférence par tierce partie, en prérequis indispensable à toute mise en œuvre » (Document technique D2 du CNPP).

En ce qui concerne les ERP, la situation était bloquée en France du fait de réticences émises par la brigade des Pompiers de Paris. La déstratification des fumées par le brouillard d’eau réduirait la visibilité, ce qui serait gênant à la fois pour l’évacuation des personnes et pour l’intervention des pompiers. Le rapport d’essai n° 167/08 du 15 septembre 2008, établi avec du matériel Marioff par le LCPP d’expérimentations de feux réels dans un immeuble d’habitation, soulignait ainsi dans certains cas « des difficultés de visibilité accompagnées d’un problème de toxicité imputable au brassage des fumées ». Depuis trois ans, les hôtels parisiens qui s’étaient équipés de systèmes Hi-Fog (Marioff) s’étaient vus interdire l’utilisation du brouillard d’eau dans les circulations, alors qu’il était autorisé dans les chambres. Par extension, tous les ERP étaient concernés par cette interdiction, dont le projet en cours à la maison de Radio France. « Heureusement la situation se débloque, avec une décision de tribunal en notre faveur. Dans un premier temps, notre système vient d’être accepté pour les ERP par la préfecture de Police de Paris pour sa juridiction, avance Pierre Breillout, directeur des opérations de Marioff France. Nous avons saisi la direction de la sécurité civile afin que le déblocage se fasse au niveau national. Nous avons aussi rassuré les pompiers sur le fait que la visibilité remonte immédiatement dès que la brumisation est coupée, avec l’avantage d’un foyer maîtrisé. Notre technologie possède à son actif le fait d’exister depuis vingt-cinq ans et d’être employée dans dix-sept pays européens. »

Des locaux techniques plus compacts

Par rapport au sprinkler, le brouillard d’eau nécessite un débit à la pompe deux à trois fois moins important. Le groupe de pompes est donc plus compact, ce qui facilite la mise en place d’un local technique, en particulier lors d’une rénovation. La mise sous pression s’effectue pour les installations les plus importantes avec des pompes électriques ou Diesel, qui peuvent comme chez TBD être protégées avec une armoire métallique (calorifugeage intérieur, chaufferette, mousse isophonique..). La pression de service des pompes varie typiquement entre 100 à 140 bars avec des débits de 110 et 170 litres par minute. Pour les petites installations, des conteneurs pressurisés à l’azote ou à air comprimé servent à vider des bouteilles non-pressurisées remplies d’eau, généralement dans un rapport de un pour deux ou trois.Chez Siemens, où la pression nécessaire est inférieure à 15 bars, les bouteilles d’azote servent à la fois au mélange diphasique et à la pressurisation de l’eau, faisant ainsi circuler la solution effervescente. En cas de perte de charge trop importante du réseau de distribution, un surpresseur peut s’avérer nécessaire.

La source d’eau peut venir du réseau d’eau potable, de l’eau de mer ou de l’eau déminéralisée. Du fait du passage dans des micro-orifices, elle doit être exempte d’impuretés et de matière en suspension. La pompe doit nécessairement être équipée de filtres. À titre d’exemple, chez Protec-Feu, l’alimentation en eau potable doit présenter les caractéristiques minimales suivantes : une valeur de pH entre 7 à 8, une teneur en chlorure inférieure à 20 mg/l, des chlorures libres inférieurs à 2 mg/l, en SO42 inférieurs à 220 mg/l et une température de l’eau entre 5 et 40 °C. Différents additifs peuvent être ajoutés, par exemple, afin d’éviter le développement des micro-organismes, ou de l’antigel si le réservoir n’est pas hors gel, ou de l’anticorrosion, ou encore un émulseur AFFF qui renforce le pouvoir extincteur du brouillard d’eau pour les feux de classe B (comme les hydrocarbures). L’eau est stockée en fonction de la nature du besoin exprimé, débit et durée d’émission de la décharge, qui peut être en réserve dans des cuves de plusieurs centaines de litres. Le stockage nécessaire est plusieurs fois inférieur à celui des réseaux sprinkler et peut être rapidement rechargé en eau de ville. Des essais réalisés par Fogtec ont, en effet, montré que le débit d’une tête à brouillard d’eau au débit de 38 litres/min couvre un volume de 26 m3 contre 12 m3 pour une tête sprinkler au débit de 60 litres/min. La durée d’émission est précisée par le guide D2 et dimensionne l’alimentation en eau. Pour un système conçu pour une extinction, par exemple d’une friteuse ou d’un groupe électrogène, la durée d’émission doit être le double de l’essai le plus défavorable, et au minimum dix minutes. Pour un système de contrôle ou de suppression, équipant par exemple une chambre d’hôtel, la durée d’autonomie (et la surface couverte) est alignée sur les systèmes de type sprinkler, soit trente ou soixante minutes suivant les cas.

Une installation facilitée

Les réseaux de distribution sont entièrement en acier inoxydable, y compris les vannes de sectionnement ou de régulation, les raccords, les embranchements et les buses avec les porte-buses. Chez TBD, les buses sont vissées sur les porte-buses eux-mêmes soudés sur des rampes inox, d’une longueur allant de un à six mètres. Seul le stop-goutte est en élastomère en cas d’utilisation de produits spécifiques, comme les produits gras ou les désinfectants. « Le raccordement des rampes sans joint offre divers avantages, dont l’élimination des risques de fuite, la simplification de l’entretien, la longévité de l’installation, enfin, la possibilité de véhiculer certains produits tels que des désinfectants », précise Didier Chavantre, directeur de TBD. La gamme de tuyaux du réseau de distribution est déclinée dans différents diamètres allant de 40 à 60 mm pour le collecteur principal à 10 ou 12 mm pour les rampes de brumisation portant les buses. La finesse de la tuyauterie explique l’intérêt de cette solution dans l’existant, en particulier dans les Monuments historiques. La hauteur maximale généralement constatée pour l’installation des buses est de l’ordre de 5 à 6 mètres.

Toujours d’après les essais menés par Fogtec, pour une couverture équivalente au sprinkler, 54 % de têtes en moins sont nécessaires. Le réseau est dimensionné par calcul hydraulique, les méthodes de calcul les plus adaptées sont indiquées dans le guide D2, en l’occurrence le modèle de Darcy-Weisbach pour une vitesse de fluide inférieure à 7,6 m/s et le modèle de Hazen-Williams si elle est supérieure. Les contraintes sont variables suivant les constructeurs. Par exemple avec Fogtec, la pression au niveau de la pompe est d’environ 140 bars, alors que la pression minimale demandée au niveau des buses est de 70 bars. La perte de charge du réseau peut donc atteindre 70 bars. Dernière précaution, il est indispensable de veiller à ne pas boucher les micro-orifices par des impuretés contenues dans l’eau. Celles générées lors de la construction du réseau sont évacuées par un soufflage ou un rinçage de la tuyauterie avant raccordement des buses. En fonctionnement, l’eau est généralement filtrée au niveau de la pompe et au sein des buses.

Importance de la détection

Les buses en acier inoxydable ont un filtre intégré. Elles sont classées en deux familles, les buses ouvertes ou fermées.Dans le premier cas, ce sont des systèmes déluge avec un réseau sous air, la détection manuelle ou automatique provoque la mise en eau de la branche du réseau concernée et le déclenchement de la brumisation sur l’ensemble des buses de cette terminaison.Dans le second cas, les buses sont scellées par des ampoules thermosensibles en verre à réponse rapide. Elles s’ouvrent à une température donnée pour décharger le brouillard d’eau. Ces buses peuvent être sous eau (fonctionnement dit « sprinkler ») ou être de type préaction. Dans ce cas l’activation nécessite le déclenchement de l’alarme d’un système de détection incendie indépendant, afin de permettre à l’eau ou au mélange diphasique de pénétrer dans la tuyauterie, en plus du déclenchement d’une buse automatique qui se brise. En fonction des besoins de l’installation, les buses fermées peuvent aussi servir de déclencheur pour l’ensemble des buses.Afin de s’intégrer au mieux à l’existant, les buses Hi-Fog sont disponibles en différentes finitions, en laiton, bronze, chrome. Chez Siemens, les buses du système Sinorix H2O Jet sont disponibles en deux versions, brouillard volumétrique avec les buses Fixao ou buses directionnelles Bucefao, qui donnent une énergie cinétique aux gouttelettes. Cela leur permet de pénétrer jusqu’au foyer. Cette utilisation est adaptée à des cas où le risque est localisable comme les groupes électrogènes, les transformateurs ou les friteuses de cuisine.

Le cœur de l’efficacité du système est de positionner les buses judicieusement, à une distance adéquate du feu potentiel, en tenant compte des obstacles et en plaçant une détection au bon endroit, réglée à la bonne température. Seuls les essais permettent de valider la pertinence des choix pris. Le brouillard d’eau diffusé classiquement a peu d’énergie, donc, profite des courants de convection du feu. Ainsi, il est essentiel de couper la ventilation lorsque la décharge est déclenchée et dans certains cas, de prévoir des coupe-vent.

Le guide D2 fournit en annexes des fiches types d’application. Par exemple dans le cas des chambres d’hôtels, où l’objectif est la suppression de l’incendie, les buses doivent être automatiques, avec une alimentation rendue possible sur une durée de soixante minutes.

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