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Tout le monde le sait : l’eau éteint le feu ! Et ceci depuis bien avant les Pokémon. Mais ce qu’on est souvent incapable d’expliquer c’est comment et pourquoi ? Vous allez voir que la nature a comme d’habitude plus d’un tour dans son sac et que ce phénomène très commun est rempli de beaucoup de science !

La molécule d’eau est composée d’hydrogène — un gaz normalement explosif — et d’oxygène — un gaz comburant. Il faut commencer par noter que la molécule d’eau formée d’hydrogène et d’oxygène possède des propriétés physico-chimiques propres. Ce n’est pas parce qu’elle est composé d’atomes qui seraient normalement explosifs qu’elle l’est aussi (c’est là la beauté de la chimie).
La molécule d’eau est une molécule suffisamment stable pour ne pas réagir chimiquement à la chaleur d’une flamme.

De là, pour l’extinction du feu par l’eau il y a deux phénomènes qui entrent en jeu.

Pour le premier, je ne vous apprendrai rien en disant que le feu c’est chaud. Ceci vient de la libération de chaleur par la combustion elle même. La combustion est une réaction chimique qui réorganise les atomes : les produits de la réaction sont plus stables que les réactifs et il y dégagement d’un excès d’énergie. Cet énergie correspond à la chaleur produite. Dans une flamme, la chaleur produite permet à la combustion de s’entretenir et de perdurer. Si l’on retirait la chaleur d’un feu, celle-ci s’éteindrait.

C’est là que l’eau intervient : l’eau absorbe la chaleur. En fait, l’eau est capable d’absorber beaucoup de chaleur : cinq fois plus que de la brique. Par ailleurs, quand l’eau se vaporise au contact du feu, elle absorbe encore plus d’énergie.

Vous l’aurez alors peut-être compris : lorsqu’on arrose de l’eau sur le feu, elle va absorber toute la chaleur du feu et ce dernier va s’éteindre.

Le second phénomène est utilisé pour les feux plus importants.
Le feu ne peut avoir lieu sans un comburant : c’est l’oxygène de l’air. En arrosant le feu, l’eau va finir par se vaporiser. La vapeur d’eau prend alors jusqu’à 2 000 fois plus de place que lorsqu’il est liquide !
Elle va se détendre et remplir tout l’espace autour du feu, repoussant l’air l’oxygène (les extincteurs à CO2 fonctionnent également sur ce principe). Et sans oxygène, le feu s’éteint : il est étouffé.

Il faut cependant continuer à arroser et refroidir les braises : si la vapeur d’eau est soufflée par le vent, de l’air revient et le feu peut reprendre de plus belle s’il les braises sont encore assez chaudes.

Pour conclure, souvenez-vous que ce sont ces deux effets : l’absorption de la chaleur par l’eau et l’étouffement du feu par la vapeur, qui combinés, sont responsables de l’extinction du feu par l’eau.

Si vous connaissez le triangle du feu, vous remarquez que l’eau arrive à bloquer deux des trois éléments nécessaires à un incendie : l’oxygène et la source de chaleur.
Dans le cas de certains feux (comme le feu d’alcool), l’eau dissout l’alcool. Le combustible se retrouve piégé dans l’eau, loin de l’air et de la chaleur. Le foyer du feu est alors privé de l’ensemble des trois éléments du triangle du feu.

image d’en-tête de Thunderwest

16 commentaires

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sebienfait wrote:

Retirer la chaleur d'un foyer éteindrait le feu.
Cela veut-il dire qu'il est difficile de démarrer un feu si l'air ambiant est vraiment très froid, genre dans une chambre froide ou pendant un hiver sibérien ?

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Le Hollandais Volant wrote:

@sebienfait : Oui.

Si tu veux allumer du papier ce sera plus difficile par −50°C qu’à +10°C. Pour que le combustible commence à brûler, il faut qu’il atteigne une température dite « point d’auto-inflammation », qui constitue la température où le combustible s’enflamme simplement avec la température, sans besoin d’étincelle ou de flamme.

Ce point d’auto-inflammation est de 233°C pour le papier.

Si tu es à −50°C, pour aller à +233°C, tu dois apporter la chaleur nécessaire pour monter de 283°C.
Si tu es à +10°C, pour aller à +233°C, tu dois apporter la chaleur nécessaire pour monter de 223°C.

Donc en fait, ici, le papier prendra plus de temps pour s’embraser quand il fait froid. Si tu utilises une allumette, ce temps supplémentaire peut-être trop important et tu te brûlera les doigts avant que le papier et ton feu prenne.

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qwerty wrote:

Les mousses utilisés par les pompiers (mousse avec du carbone ou un truc du genre) utilise le même principe.
Maintenant, explique nous comment faire de la fumée sans feu :p (pour reprendre une expression dans ce thème)

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Le Hollandais Volant wrote:

Tout dépend de ce que tu appelles « fumée ».

Si tu fais un "burn" avec tes pneus, sur la route, ça fait de la fumée sans brûler :-).
Même chose si tu met du sucre dans une casserole et que tu chauffes à fond : le sucre (saccharose) se décompose (pyrolyse) avec une grosse fumée blanche (qui n’est autre que de l’eau). Idem en chauffant de l’huile, mais là c’est dangereux : c’est de l’huile sous forme gazeuse qui est hautement inflammable.

Dans les deux cas, ce sont des fumées produites sous l’effet de la température.

Tu peux aussi prendre un bloc de glace carbonique (CO2 solide) qui se sublime en CO2 gazeux avec beaucoup de fumées. Les fumées que l’on voit sont en réalité de la vapeur d’eau : la glace carbonique est si froide, qu’elle gèle la vapeur d’eau dans l’air, et forme des micro-gouttelettes bien visibles.
C’est encore mieux avec de l’azote liquide : l’azote solide qui fond puis qui bout va transformer le CO2 de l’air en glace carbonique, qui lui va geler l’eau de l’air (l’azote solide (−210°C) est encore plus froid que le CO2 solide (−78°C)).

Dans tous les cas, respirer tout ça n’est pas bon : tout ce qui est différent de l’air n’est pas bon à respirer. Y compris l’oxygène pure (oxyde et assèche les tissus).

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Maxime wrote:

La pyrolyse est une combustion incomplète non ? Est-ce que si la combustion était complète on aurait aussi cette fumée ?

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Le Hollandais Volant wrote:

@Maxime : la pyrolyse c'est une décomposition sous l'effet de la température.

Une combustion complète produirait (pour le sucre) du CO2 et de l'eau au lieu de C et de l'eau.

Mais si tu prends par exemple l'aluminium, la combustion complète produit de l'alumine sous forme d'une fumée blanche.
Tout dépend vraiment du matériau.

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blux wrote:

Le CO2 n'éteint pas le feu qu'à cause de la privation d'oxygène. Comme il est stocké sous forme liquide à environ 70 bars, il se détend en sortie de l'extincteur et récupère des calories du feu pour ce faire (il devient gazeux à -78 °C), abaissant donc la température du foyer.

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Le Hollandais Volant wrote:

@blux : oui pas faux, mais sa capacité thermique reste bien plus faible que celle de l’eau. Et même en étant à −78°C, et l’eau à 20°C, l’emploi de l’eau restera environ 2~3 fois plus efficace en ne tenant compte que de l’absorption de chaleur (pour atteindre 100°C, après quoi l’eau devient encore plus efficace grâce à la chaleur de changement d’état).

Si on tient compte du type de feu, ok le CO2 est parfois la seule solution.

Je me demande ce qui se passerait niveau efficacité avec l’usage de neige ou de glace carbonique : la sublimation du CO2 solide consomme pas mal de chaleur.

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blux wrote:

Je me demande ce qui se passerait niveau efficacité avec l’usage de neige ou de glace carbonique : la sublimation du CO2 solide consomme pas mal de chaleur.
Oui, mais utilisables seulement sur de grands incendies (je ne parle pas des projections de morceaux de glace dus à l'expansion gazeuse d'un seul côté, par exemple), se pose la question de l'accès de l'agent extincteur au coeur du combustible, c'est pour ça que les halons et leurs remplaçants sont sous forme gazeuse -> accès plus facile aux molécules...

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Pierre wrote:

Bonjour, dans le cadre d'une étude sur les feux d'alcool (armagnac à 70° d'éthanol), je cherche à savoir si pour l'extinction de ce type de feu, l'eau est suffisante ou non.

jusqu'ici j'ai pu constaté que l'eau éteint dans un premier temps le feu mais dans un second temps il peut reprendre. C'est alors que l'utilisation de mousse arrive pour éteindre le feu par étouffement.

Comme lorsque l'on mélange 100ml d'alcool et 100ml d'eau il en ressort un mélange de 192ml, je me pose la question de savoir si l'éthanol ne "consomme" pas d'une certaine manière l'eau au bout d'un certains temps (temps à déterminer si tel est le cas) et quelle concentration d'eau est-il nécessaire, pour 1L d'alcool à 70°, pour neutraliser de manière définitive l'incendie.

Merci d'avance pour vos réponses,

Cordialement.

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Le Hollandais Volant wrote:

@Pierre : L’alcool ne consomme pas d’eau, ni l’eau de l’alcool. Si on obtient 192 mL de mélange (je l’ignorais), c’est parce que le mélange eau-éthanol est plus dense que l’eau et l’alcool pur, c’est tout. Les molécules sont juste plus rapprochées et occupent donc plus de place.

Dans le cas d’un feu, l’alcool réagit avec l’oxygène de l’air pour brûler.

Si on met de l’eau, le but est de mélanger l’alcool à l’eau : de cette façon, l’alcool qui se trouve immergé n’est pas en contact avec l’air et ne peut pas brûler. L’eau sert de barrière entre l’alcool et l’air (en plus d’absorber la chaleur).

Si la quantité d’eau n’est pas suffisante, il restera assez d’alcool en surface pour s’évaporer et brûler. C’est pour ça que le feu peut parfois reprendre.
Cette action est accentuée par le fait que si l’on a un feu et qu’on jette de l’eau dessus, alors l’eau va réchauffer et s’évaporer aussi (même sans bouillir). Ceci va entraîner une partie de l’alcool à s’évaporer aussi et on obtient à nouveau un mélange alcool/air inflammable.

La seule chose à faire c’est donc d’utiliser suffisamment d’eau : d’une part pour bien absorber tout l’alcool, mais aussi pour refroidir suffisamment le sol, l’air, et l’alcool et réduire l’évaporation. Ou sinon utiliser de la mousse.

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Pierre wrote:

Tout d'abord merci pour votre réponse.

J'ai bien compris le principe que vous venez de m'expliquer et cela me sera très utile.

Donc lorsque l'on met de l'eau dans de l'alcool à 70°, l'eau et l'alcool étant 2 substances polaires, l'eau va adsorber les molécules d'éthanol et c'est cette réaction qui prive l’alcool de contact avec le comburant (l'oxygène de l'air) et participe à son extinction (autant que l'absorption de chaleur).

De plus, le fait d'utiliser une trop faible quantité d'eau risque donc, par évaporation, d'aggraver la situation en remettant en suspension les vapeurs d'alcool qui reprendrons de plus belle car elles seront à nouveau en contact avec l'air.

Il me reste donc à définir qu'elle pourcentage d'eau il m'est nécessaire pour saturer l'alcool en eau et éviter tout risque d'évaporation jusqu'à refroidissement total.

J'ai bien tout compris ?

Est-ce que déterminer le temps qu'il faut à l'eau pour s'évaporer une fois en contact avec l'alcool est possible ? (en connaissant sa température lors d'un incendie, enfin quels éléments me sont-ils nécessaire pour le calcul, si vous le savez ?)

Je vous remercie encore pour votre aide.

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Le Hollandais Volant wrote:
Donc lorsque l'on met de l'eau dans de l'alcool à 70°, l'eau et l'alcool étant 2 substances polaires, l'eau va adsorber les molécules d'éthanol et c'est cette réaction qui prive l’alcool de contact avec le comburant (l'oxygène de l'air) et participe à son extinction (autant que l'absorption de chaleur).

Oui

De plus, le fait d'utiliser une trop faible quantité d'eau risque donc, par évaporation, d'aggraver la situation en remettant en suspension les vapeurs d'alcool qui reprendrons de plus belle car elles seront à nouveau en contact avec l'air.

Aggraver la situation, je ne sais pas, mais servir à rien, sûrement.
Disons juste que l’eau va bien aider à éteindre le feu, mais elle ne sera pas suffisante pour l’éteindre complètement. Les vapeurs d’alcool restant vont alors continuer à brûler et le feu restera là.

Un peu comme un feu de bois : si le feu n’est pas totalement éteint, il peut entièrement reprendre. Une petite flamme peut suffire à évaporer l’eau, sécher le bois et le feu progresse toujours.

Il me reste donc à définir qu'elle pourcentage d'eau il m'est nécessaire pour saturer l'alcool en eau et éviter tout risque d'évaporation jusqu'à refroidissement total.

C’est ça : il arrivera un moment où l’eau sera en quantité suffisante pour empêcher l’alcool de s’évaporer. Pour être rigoureux cependant, l’évaporation de l’alcool ne sera jamais nulle : il y en aura toujours un peu. Mais cette petite quantité ne rendra pas la vapeur inflammable pour autant. Si vous laissez une bouteille de vodka s’évaporer dans votre cuisine, l’air ne va pas exploser si vous allumez une bougie : le taux d’alcool est trop bas pour ça.

L’évaporation de l’alcool, tout comme celle de l’eau, dépend de la température.
La maîtrise d’un incendie est très complexe : la chaleur ambiante peut suffire à évaporer l’alcool dans de l’eau. Si le bâtiment a subis un incendie durant plusieurs heures, les murs et l’air resteront chaud. Si c’est un incendie de 5 minutes, alors l’eau qu’on y verse pour l’éteindre suffira à absorber toute la chaleur et l’alcool ne s’évaporera que trop lentement.

L’idéal, une fois le feu éteint, c’est de vérifier que l’environnement est refroidit. C’est d’ailleurs ce que les pompiers font : même un feu éteint, ils continuent d’arroser pour que l’eau refroidisse le bâtiment et l’air. Si ce dernier est encore chaud, l’eau s’évapore et la moindre braise peut remettre le feu.

Dans ton cas, une fois que tout est éteint et froid, il faut aérer : histoire de dégager les vapeurs d’alcool qui restent en place. Si l’alcool venait à s’accumuler, la moindre flamme ou étincelle suffirait à tout faire exploser.

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Pierre wrote:

@Le Hollandais Volant : Très bien, je pense que vous avez répondu à l'ensemble de mes questions.

Je me suis noté comme question à répondre pour compléter l'étude:
- Déterminer quelle quantité d'eau est nécessaire pour saturer l'alcool et éviter tout nouveau départ de feu.
- Quelle est la température d'évaporation de l'eau et de l'alcool
- Quelle est le temps nécessaire au refroidissement total ou suffisant pour éviter le risque de nouveau départ de feu.
Bien sur je prendrais des valeurs de bases pour mes calculs que je modéliserais ensuite sous Excel pour identifier tous les scénarios.

Voyez-vous selon vous d'autres questions auquel il me serait intéressant de répondre ? ou tout autres remarques qui vous semblent judicieuses ? sachant que l'objectif de l'étude et de dire si l'eau peut éteindre complètement un feu d'alcool et dans quelles conditions, et ceux comparé à l'utilisation d'émulseur (méthode actuellement utilisée et très onéreuse.

Merci encore.

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Pierre wrote:

@Le Hollandais Volant : Alors il ne me reste plus qu'à vous remercier une dernière fois pour votre aide et je ne manquerais pas de vous citer dans les remerciements lors de ma présentation!


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