Pourquoi faut-il se baisser pour fuir un incendie ?
― La fumée monte au plafond en moins d'une seconde et envahit la pièce du haut vers le bas
Dans les exercices d'évacuation, on répète toujours « baissez-vous ». Mais pourquoi cette position est-elle si utile ? La réponse tient au fait que la fumée est chaude, donc légère. Avant même de s'étaler sur les côtés, elle fonce droit vers le haut. Puis, à partir du plafond, elle envahit la pièce de haut en bas. Près du sol, un peu d'air respirable subsiste encore un moment.
Dans un coin de la pièce, quelque chose commence à brûler. Ce qu'on remarque d'abord, c'est un mince filet de fumée qui s'élève.
Cette fumée heurte d'abord le plafond. Puis elle s'étale le long de celui-ci, dans toutes les directions.
Un peu plus tard, en regardant la pièce, on voit que seule la zone du plafond a viré au gris. Le sol, lui, reste visible.
Il n'y a que deux raisons
La fumée est chaude, donc bien plus légère que l'air ambiant. Ce qui est léger flotte vers le haut. Avant de s'étaler horizontalement, la fumée grimpe d'un coup jusqu'au plafond.
La fumée qui heurte le plafond y forme une poche. La fumée qui arrive ensuite vient s'y ajouter, et la poche s'épaissit peu à peu vers le bas. Le voisinage du sol est ce qui résiste le plus longtemps.
Autrement dit, la fumée ne se mélange pas uniformément dans toute la pièce. C'est l'inverse d'un verre qu'on remplit d'eau : c'est comme si un « niveau » descendait depuis le haut. Il suffit donc d'abaisser la tête pour changer complètement la qualité de l'air respiré.
La fumée monte bien plus vite qu'on ne l'imagine
Au tout début d'un incendie, la fumée peut atteindre environ 150°C. À cette température, l'air ne pèse plus qu'environ 70 % du poids de l'air ambiant. Cette légèreté la pousse vers le haut.
Comme on le calculera plus loin, il ne faut qu'une seconde environ à la fumée pour parcourir les 2,4 mètres qui séparent le sol du plafond. On pourrait croire qu'on a le temps de courir pour s'échapper, mais la fumée va plus vite. Regardez la figure 1 : elle représente une coupe de la pièce.
Le plus dangereux, ce n'est pas la chaleur, c'est l'asphyxie
La plupart des victimes d'incendie ne meurent pas brûlées par les flammes, mais d'avoir inhalé de la fumée et des gaz toxiques. La fumée contient du monoxyde de carbone, un gaz qui empêche le corps de transporter l'oxygène.
De plus, la couche de fumée aveugle. Une sortie pourtant toute proche devient invisible. En position basse, on peut suivre à tâtons la limite entre le sol et le mur pour avancer. Voir et pouvoir respirer : ces deux choses dépendent de la hauteur à laquelle on se trouve.
Si une couche de fumée s'est accumulée derrière une porte fermée, la porte elle-même devient chaude. Approchez-en le dos de la main pour évaluer la chaleur avant de l'ouvrir. Si elle est chaude, ne l'ouvrez pas et cherchez un autre passage.
La fumée monte. Les escaliers sont pour elle un passage idéal. Monter à l'étage revient à avancer dans la même direction que la fumée. En principe, il faut descendre et sortir.
Alors, que faire ?
- Prévenir fort, et appeler les secoursAvant de tenter d'éteindre soi-même, prévenez les autres. Si le feu atteint le plafond, n'essayez plus d'éteindre : fuyez
- Baissez la tête, couvrez-vous la bouche et le nezUtilisez une serviette ou un mouchoir mouillé si possible. À défaut, une manche de vêtement suffit
- Une fois dehors, n'y retournez jamaisRetourner chercher un objet oublié est, dit-on, la cause d'accident la plus fréquente
Dans une couche de fumée, on peut perdre connaissance en quelques respirations. Impossible de savoir si la distance est franchissable avant d'y être entré. N'entrez pas dans un couloir envahi de fumée : cherchez une autre sortie. En fuyant, coupez si possible le chauffage ou la source de feu, et fermez les portes pour couper les courants d'air. Mais ne faites jamais demi-tour pour cela.
En résumé
La fumée, chaude et légère, monte d'abord au plafond. Puis elle envahit la pièce de haut en bas. Se baisser permet de garder la tête dans la couche d'air qui subsiste encore. Voir et pouvoir respirer : les deux dépendent de la hauteur de la tête.
La fumée ne se mélange pas uniformément dans la pièce.
Comme un niveau d'eau qui monte, elle gagne du plafond vers le sol.
Dans la fumée, le plus dangereux est un gaz sans odeur ni couleur. Pour en savoir plus, voir Pourquoi le monoxyde de carbone est-il si dangereux parce qu'on ne le remarque pas ?. Sur les feux de cuisine, voir aussi Pourquoi verser de l'eau sur une friteuse en feu fait-il jaillir les flammes jusqu'au plafond ?.
- Dans la salle de bain, faites couler une douche chaude et observez le mouvement de la vapeur qui s'élève. Elle devrait monter tout droit avant de s'étaler.
- Sans allumer la ventilation, laissez faire un moment et regardez si la buée blanche apparaît d'abord près du plafond ou près du sol.
- En vous baissant et en levant les yeux vers le plafond, vous pourrez parfois voir la limite entre la couche blanche et l'air transparent.
La vapeur n'est que de l'eau inoffensive, mais son mouvement ascendant, qui s'accumule par le haut, est exactement le même que celui de la fumée. Faites cette expérience à une température qui ne risque pas de vous brûler.
Pour aller plus loin ― vocabulaire, formules et liens avec les manuels scolairesDu collège jusqu'aux matières universitaires spécialisées, le niveau de chaque partie est indiqué
- Collègece qu'on apprend en sciences au collège
- Lycéece qu'on apprend en physique au lycée
- Lycée+contenu avancé du lycée, ou encadré des manuels
- Universitécontenu non vu au lycée, relevant de matières universitaires spécialisées (ingénierie de la combustion, prévention incendie du bâtiment)
- Recherchece qui n'est même pas encore enseigné à l'université comme un fait établi, mais fait l'objet de recherches en cours
CollègeVocabulaire : ce phénomène a un nom
- Couche de fumée : la masse d'air chaud mêlé de fumée qui s'accumule côté plafond. Elle forme une couche nettement séparée de l'air situé en dessous.
- Couche claire : la couche d'air encore respirable qui subsiste sous la couche de fumée. C'est grâce à elle que la position basse est utile.
- Poussée d'Archimède : la force qui pousse vers le haut ce qui est plus léger que son environnement. Un glaçon qui flotte sur l'eau et la fumée qui monte au plafond obéissent au même principe.
CollègeLycéeVérification par le calcul : en combien de secondes la fumée atteint-elle le plafond ?
La fumée monte parce qu'elle est plus légère que l'air ambiant. On détermine d'abord ce degré de légèreté à partir de la température, puis l'accélération qu'il engendre. On en déduit enfin la vitesse atteinte au plafond et le temps nécessaire.
| En notation symbolique | ρ = ρ₀ × ( T₀ ÷ T ) ／ a = g × ( ρ₀ − ρ ) ÷ ρ ／ v = √( 2 × a × h ) |
| En mots | Densité de la fumée = densité de l'air × (température absolue de l'air ÷ température absolue de la fumée). Accélération verticale = accélération de la pesanteur × écart de densité ÷ densité de la fumée. Vitesse au plafond = racine carrée de (2 × accélération × hauteur) |
| D'où viennent ces formules | La première vient de la loi selon laquelle, à pression égale, le volume d'un gaz est proportionnel à sa température absolue. La deuxième vient de l'équation du mouvement : ce qui reste de la poussée d'Archimède une fois son propre poids soustrait pousse la fumée vers le haut. La troisième vient de la formule de la vitesse sous accélération constante |
| ρ (rhô) | Densité. Unité : poids par mètre cube (kg/m³). L'indice 0 désigne l'air ambiant |
| T | Température absolue. Unité : kelvin (K). Température en °C plus 273 |
| a | Accélération verticale acquise par la fumée. Unité : m/s² |
| g | Accélération de la pesanteur, prise à 9,8 m/s² |
| h | Hauteur entre le sol et le plafond, en mètres |
| v | Vitesse ascendante atteinte au plafond, en m/s |
| Densité de l'air ambiant | 1,20 kg/m³ à 20°C |
| Température absolue de l'air ambiant | 293 K (20°C) |
| Température absolue de la fumée naissante | 423 K (150°C) |
| Hauteur jusqu'au plafond | 2,4 m (hauteur courante d'un logement) |
| Accélération de la pesanteur | 9,8 m/s² |
| Rapport des températures | 293 ÷ 423 ≒ 0,69 |
| Densité de la fumée | 1,20 × 0,69 ≒ 0,83 |
| Écart de densité | 1,20 − 0,83 = 0,37 |
| Écart divisé par la densité de la fumée | 0,37 ÷ 0,83 ≒ 0,45 |
| Accélération verticale | 9,8 × 0,45 ≒ 4,4 |
| Terme sous la racine (partie 1) | 2 × 4,4 = 8,8 |
| Terme sous la racine (partie 2) | 8,8 × 2,4 ≒ 21,1 |
| Sa racine carrée = vitesse au plafond | racine de 21,1 ≒ 4,6 (m/s) |
| Vitesse moyenne | 4,6 ÷ 2 = 2,3 |
| Temps pour atteindre le plafond | 2,4 ÷ 2,3 ≒ 1,0 |
La fumée accélère jusqu'à 4,6 mètres par seconde et atteint le plafond en environ 1 seconde. Plus vite qu'une personne qui court, et vers le haut. Dans un incendie réel, l'air ambiant se mêle à la fumée en cours de montée, ce qui la ralentit un peu. La conclusion « quelques secondes suffisent pour atteindre le plafond » reste cependant valable.
| Temps pour que la fumée atteigne le plafond | environ 1 seconde |
| Temps pour qu'une personne remarque l'anomalie et se lève | plusieurs secondes au moins |
Le temps qu'on s'en rende compte, le haut de la pièce est déjà devenu le passage de la fumée. D'où le premier réflexe : « éviter le haut, avancer en bas ».
LycéeLycée+Pourquoi les deux couches restent-elles séparées sans se mélanger ?
LycéeDans le calcul ci-dessus, la densité de la fumée n'a été déduite que de sa température. Cela découle de l'équation d'état des gaz parfaits : à pression égale, la densité est inversement proportionnelle à la température absolue. C'est cette relation qui explique pourquoi l'air à 150°C ne pèse plus qu'environ 70 % de celui à 20°C.
Lycée+Un arrangement où un gaz léger est au-dessus d'un gaz lourd est stable en lui-même. On appelle cet état une stratification stable. Inverser le haut et le bas demanderait un travail pour soulever l'air lourd. C'est pourquoi la couche de fumée et la couche claire peuvent garder une limite nette. À l'inverse, un arrangement où l'air lourd est au-dessus est instable et se retourne vite en se mélangeant. C'est ce second état qui donne naissance aux cumulonimbus.
UniversitéLe panache d'incendie et le modèle à deux zones
Dans le domaine de la prévention incendie du bâtiment, on appelle panache d'incendie le flux de fumée qui s'élève du foyer. En montant, le panache entraîne l'air environnant : son volume augmente donc avec la hauteur, tandis que sa température baisse. On connaît des formules permettant d'estimer ce volume d'air entraîné à partir de la puissance calorifique du foyer et de la hauteur.
Pour les calculs d'évacuation, on utilise le modèle à deux zones, qui ne distingue dans la pièce que la « couche de fumée » et la « couche claire ». On suit l'évolution dans le temps en supposant que la limite descend proportionnellement au volume apporté par le panache. Si la température de la couche de fumée continue de monter, on arrive au flashover (embrasement général éclair), où tous les matériaux combustibles de la pièce s'enflamment d'un coup. Le temps qui précède cet événement fixe la limite supérieure du temps disponible pour évacuer.
📖 Pour la démonstration des formules et pour aller plus loin : Flashover (Wikipédia, version japonaise) ／ Poussée d'Archimède (Wikipédia, version japonaise)
RechercheCe qui reste encore mal compris
- Jusqu'où la limite entre les couches se maintient-elle ? Dans une pièce réelle, il y a des courants d'air et des flux de climatisation. Prédire, selon les conditions, le moment où cette limite se rompt et où tout se mélange reste difficile.
- La toxicité des gaz émis par les nouveaux matériaux. Les matériaux des meubles et de la décoration intérieure évoluent chaque année. Quels gaz, et en quelle quantité, sont-ils émis en brûlant ? L'évaluation matériau par matériau se poursuit encore aujourd'hui.
- Comment les gens se comportent-ils réellement ? Le comportement humain dans la fumée ne suit pas toujours les consignes des exercices. Le choix d'un itinéraire dans une situation où l'on ne voit rien reste un sujet de recherche pour la sécurité en cas d'évacuation.
Autrement dit, le contenu de cet article reflète « ce qu'on sait dans l'état actuel des connaissances ». Considérez les chiffres comme des ordres de grandeur pour une pièce type d'un logement.
Liens avec les manuels scolaires (par niveau)
| Niveau | Matière / chapitre | Partie de l'article concernée |
|---|---|---|
| Collège | Sciences・Poussée d'Archimède et propriétés des gaz | La raison pour laquelle la fumée monte |
| Lycée | Physique・Mouvement uniformément accéléré ／ Lois des gaz | Tout le calcul de la partie ② |
| Lycée+ | Physique・Application de l'équation d'état des gaz | La stratification stable |
| Université | Ingénierie de la combustion・Prévention incendie du bâtiment | Le panache d'incendie et le modèle à deux zones |
| Recherche | Ingénierie de la sécurité en évacuation | La rupture des couches et le comportement humain |
| ― | Lien avec la vie quotidienne | La raison de se baisser lors des exercices d'évacuation |
- Architectural Institute of Japan (éd.), Introduction à l'ingénierie de la sécurité incendie du bâtiment (森林総合研究所ではなく日本建築学会編『建築火災安全工学入門』) (explication des notions de couche de fumée et de couche claire, description du modèle à deux zones)
- Fire and Disaster Management Agency (消防庁), Livre blanc des pompiers (『消防白書』) (statistiques sur les causes de décès dans les incendies domestiques)
- Flashover (Wikipédia, version japonaise)
- Japan Association for Fire Science and Engineering (éd.), Manuel des incendies (『火災便覧』) (données sur l'entraînement d'air par le panache d'incendie et la température de la fumée)
※Cet article est une vulgarisation scientifique destinée au grand public. Les chiffres indiqués sont des ordres de grandeur permettant de comprendre le mécanisme en jeu. Dans un incendie réel, la situation varie fortement selon la taille de la pièce, la nature de ce qui brûle et l'ouverture des portes. Pour toute décision d'évacuation, suivez les consignes des pompiers, des autorités locales et le plan d'évacuation propre à votre bâtiment.