Les poudres extinctrices
La construction de nouvelles installations de GNL se poursuit à travers le monde sur un rythme assez élevé. Parmi les différentes options qui se présentent pour réaliser la protection de ces équipements, les poudres extinctrices apparaissent comme une solution efficace, fiable et peu onéreuse.
En effet, les poudres extinctrices (les poudres de type BC) sont des agents extincteurs éprouvés dans ce contexte particulier de la lutte contre l’incendie en milieu pétrolier, que cela soit avec des extincteurs portatifs ou dans des systèmes fixes d’extinction.
Les avantages des poudres extinctrices comme agent extincteur sont multiples :
Les lignes directrices de conception des équipements de protection contre l'incendie sont parfaitement définies par des normes internationales (que cela soit NFPA 17[] ou EN 12416-2+A1[]). Par contre, ces normes laissent le choix à l’exploitant de l’agent extincteur à utiliser.
Comme plusieurs types de poudre extinctrice BC sont disponibles sur le marché et que de nombreux critères sont mis en avant par les différents fabricants ; comment bien choisir ? Une poudre à base de potassium avec protection silicone est-elle la meilleure option dans la politique de sécurité du site ? Et qu'en est-il des poudres à base de bicarbonate de sodium ?
Pour bien choisir, vous devez vous assurer de l'efficacité sur le feu, du prix de la matière première, de la durabilité de la poudre et de sa fluidité dans la tuyauterie.
Tout d'abord, nous allons discuter de la façon dont l'extinction se produit lors de l'utilisation de poudre extinctrice BC. Ordinairement, quand la poudre est correctement appliquée sur un feu, l’attaque et l'extinction interviennent à la fois : chimiquement et physiquement.
Chimiquement tout d'abord. La poudre agit en interférant avec la réaction de combustion en refroidissant le milieu avec la transformation du grain de poudre en gaz (effet de refroidissement) et en piégeant quelques radicaux libres (effet d'inhibition de réaction).
Parallèlement, une action physique est induite sur la surface du feu en générant un nuage de poudre. Celui-ci dilue l'oxygène présent et a en plus un effet d'étouffement sur le feu (effet d'inertage et effet de grille).
La combinaison de ces actions conduit à un abattement très rapide des flammes et à l'arrêt du processus de combustion : l'impact / proportion de chaque effet dépend essentiellement du type de feu (feux « lents » ou feux « dynamiques ») et de la manière dont la poudre est utilisée.
L’impact du refroidissement et l'inhibition des radicaux libres issus de la combustion dépendent intimement de la composition chimique de la poudre.
Suite à leur projection, les grains de poudre extinctrices se transforment au contact des flammes. La transformation de la poudre à base de potassium (KHCO3) conduit à la formation de vapeur d’eau, de CO2 et de potasse caustique. De son côté, la transformation de la poudre à base de sodium (NaHCO3) conduit à la formation de vapeur d’eau, de CO2 et de soude caustique. Ces décompositions sont des réactions endothermiques et « coûtent » de l'énergie au système (quelques kJ / g pour Na ou K en comparaison au 57 kJ / g pour l'eau). Ceci provoque un abaissement de la température ambiante et donc à un ralentissement de la réaction de combustion. On peut donc parler d’un effet de refroidissement,
Imaginons maintenant le nuage de poudre d'un point de vue solide. Une particule de poudre "froide" (à température ambiante) est projetée dans l'atmosphère chaude d'un feu. Un transfert de chaleur se produit de l'air vers l'intérieur du grain qui piège et emmagasine de la chaleur. Cette conduction thermique permet de réduire la température globale, et une fois de plus, le ralentissement de la combustion. L’efficacité du transfert thermique est intimement lié à la composition de la particule et à la surface d’échange.
Les réactions endothermiques de décomposition et l’absorption thermique sont d’autant plus efficaces que la surface d'échange entre le grain et le feu est importante. Ainsi, l'effet de refroidissement est favorisé par la présence de petits grains.
Comme les combustions sont des réactions exothermiques caractérisées par une croissance rapide (sous forme exponentielle), il s’agit certainement de réactions en chaîne impliquant des radicaux libres.
Après une période relativement lente durant laquelle sont formés les premiers radicaux libres, la réaction de combustion se propage de plus en plus rapidement (développement des flammes). Ces réactions radicalaires s'arrêteraient par une disparition des radicaux : en effet, les radicaux libres sont généralement désactivés par collision. En entrant en contact avec une paroi ou avec une autre molécule, les radicaux se détruisent pour former des molécules stables et interrompre ainsi la réaction en chaîne.
La “piégeage” de ces radicaux libres pourrait expliquer pourquoi les poudres extinctrices éteignent les feux.
En effet, la désactivation des radicaux est accentuée par la présence de métaux alcalins tels que le sodium ou le potassium. Dans ce cas, une élévation rapide de la température de surface du grain provoque une transformation des composants (et en particulier des ions métalliques de sodium ou de potassium ...) qui pourraient alors réagir avec les radicaux libres présents dans les flammes.
L'action d'extinction de la poudre sur les flammes peut donc s'expliquer par une action inhibitrice. Là encore, la surface d’échange particule‑flamme est un paramètre clef.
En résumé, l'efficacité d'une poudre extinctrice est liée à sa granulométrie et à sa composition.
Les particules solides
L'effet d'inertage est provoqué par l'addition de solides (grains) et de gaz (gaz propulseur) dans une combustion établie et stable
Comme dit précédemment, le nuage de poudre, par sa masse et sa présence, provoque une dilution du combustible et de l’oxygène. La variation de proportion obtenue est d’autant plus grande que les particules de poudre sont grosses.
De plus, du gaz propulseur (généralement CO2 ou N2) est utilisé pour transporter la poudre ; cet ajout de gaz supplémentaire perturbera la réaction établie de combustion (dilution de la proportion de vapeur de carburant et d'oxygène disponible).
Dans le même temps, les particules constituant le nuage agissent comme une grille 3D couvrant le feu. Dans ce cas, le maillage produit agit comme un pare-flammes (même phénomène utilisé avec la lampe de sécurité utilisé dans les mines de charbon, comme lampe Davy). Les grains bloquent et rétrécissent les flammes jusqu'à ce qu'elles disparaissent.
Ces effets d'inertage/dilution et d'effet de grille sont plus efficaces avec les poudres ayant une granulométrie importante.
Ainsi, vous avez besoin d'une poudre extinctrice dont la granulométrie est finement contrôlée selon l'usage qui en est fait afin de favoriser l'impact et maximiser l'effet attendu. Alors comment bien choisir sa poudre extinctrice ? Intuitivement, l'efficacité de la poudre contre l'incendie doit être considérée. Mais, il faut également prendre en considération sa résistance à l’agglomération, sa fluidité dans les canalisations et les questions environnementales.
Il existe deux grandes familles de poudres extinctrices BC. Celles à base de bicarbonate de sodium (NaHCO3) et celles à base de bicarbonate de potassium (KHCO3).
Bien que les normes ne fassent aucune différence entre ces deux agents extincteurs dans la conception des équipements, des écarts existent entre ces poudres : différence de taux d'application, écart entre le prix des matières premières.
Conformément à la norme NFPA 17 [1], pour les risques de feu de classe B et C, les systèmes d'extinction à poudre doivent utiliser des agents extincteurs à base de bicarbonate de sodium ou de potassium ; et les utilisateurs doivent se référer aux recommandations du fabricant de poudre pour définir un taux d'application dans les 30 secondes d’émission de la poudre.
De son côté, la norme EN 12416-2+A1 [2] propose des taux d'application basés sur la poudre de bicarbonate de sodium (évoluant entre 0,6 kg / m3 pour une enceinte close à 1,2 kg / m3 pour une l'application locale).
Comme nous l'avons vu dans le ‘Background’, le taux d'application devrait varier selon le type d'incendie à considérer et la stratégie d’extinction que l’on veut mettre en place. Ainsi, les «feux lents» (cas des feux de nappe) et les «feux dynamiques» (comme le feu de torchère) ne doivent pas être considérés de la même manière.
Si on se base sur des expériences menées sur des feux de nappes (feu de GNL fait à Marinette en 1960 []), la chimie de la poudre joue un rôle important dans la suppression des flammes : les poudres à base de KHCO3 sont plus efficaces pour éteindre les incendies que celles issues de NaHCO3 (environ 1,5 fois plus efficace). Mais dans le même temps, si l'on considère la masse volumique apparente des composés (0,98 pour les poudres NaHCO3 et 0,88 pour les poudres KHCO3), un système d’extinction, chargé avec une poudre à base de Na, devrait être seulement 35% plus grand.
Maintenant, si vous considérez un «feu dynamique» (par exemple, pour la protection de la soupape de libération de pression sur le dessus du stockage de GNL), les essais effectués en 2014 [] montrent que l’extinction est majoritairement provoquée par des phénomènes physiques et que donc les poudres à base de bicarbonate de sodium ont des rendement d’extinction très élevés.
Maintenant, si l’on considère le prix des matières premières avec un minimum d’impuretés , on remarque un grand différentiel : les poudres de NaHCO3 ont un faible coût de production, alors que celle issue de KHCO3 est entre 3 et 5 fois plus cher.
En conclusion, un système d’extinction, chargé avec une poudre à base de NaHCO3, est approximativement 2,5 fois moins cher que le même équipement chargé avec KHCO3, pour une même efficacité d’extinction.
Résistance à l’agglomération :
Le phénomène d'agglomération se produit lorsque l'humidité réagit chimiquement avec un produit sec. Cette réaction conduit à des matériaux qui, étant hydratés par l'humidité, se retrouvent avec des particules collées les unes aux autres pour former un grand agglomérat. Un entretien de l’équipement d’extinction dans des conditions extrêmes d’humidité relative peut conduire à une accélération de ce phénomène.
Le danger de ces agglomérats réside dans le fait qu’ils peuvent provoquer une défaillance de votre équipement en obstruant partiellement (voire complètement) une tuyauterie au moment crucial de son utilisation.
Assurez-vous que votre poudre extinctrice possède un traitement spécial, un revêtement assez fort pour fournir une résistance à l'absorption d'humidité (hydrofuge) et qui permettra de préserver l'agent d'extinction d'une maintenance inapproprié de votre équipement.
Fluidité :
La défaillance du système d’extinction peut également résulter d’un compactage de la poudre sur elle-même, dans le réservoir. Il s'agit d'un problème particulièrement important pour l'équipement embarqué sur un véhicule, où les vibrations du véhicule entraîneront une accélération du tassement de la poudre sous son propre poids.
Par conséquent, assurez-vous que votre poudre a une capacité de fluidification (même après un stockage long). Cette capacité est primordiale lorsque la poudre doit se déplacer au loin (surtout si des tuyaux souples sont utilisés). La maitrise des pertes de charges des systèmes diphasiques (poudre-gaz propulseur) est essentielle pour le design des équipements, surtout sur des systèmes embarqués off-shore où la compacité des équipements est grande.
De plus, les essais d'acceptation de ces systèmes nécessitent une décharge de la poudre en 30 secondes (avec un minimum de poudre restant dans le réservoir, c'est-à-dire quelques pourcents de la quantité totale) ; ce qui signifie que la poudre utilisée doit avoir une très grande capacité de glissement.
Ainsi, assurez-vous que votre poudre extinctrice a un additif permettant une fluidité aisée dans les tuyauteries.
Questions environnementales :
Dans le contexte de la COP21, l'aspect environnemental de la poudre extinctrice utilisée doit être pris en compte dans tout son cycle de vie : production de matières premières - impact après utilisation - fin de vie de la poudre non utilisée.
Fondamentalement, le bicarbonate de sodium et le bicarbonate de potassium sont produits en faisant réagir le carbonate correspondant avec du dioxyde de carbone, puis en le recristallisant (mieux connu, depuis le milieu du 19e siècle sous le nom de ‘Procédé Solvay’). Certains des processus impliqués dans ce procédé sont exothermiques, et libèrent de la chaleur qu’il faut évacuer. En raison de ces conditions douces, l'eau peut être utilisée pendant les processus de refroidissement sans causer de perturbation pour les organismes aquatiques et ainsi économiser de l'énergie.
La poudre à base de bicarbonate, contrairement aux poudres multi-usage ABC, est connue pour être non-abrasive, sans effet corrosif et sans effets toxiques : ce qui signifie qu'après un incendie éteint par la poudre BC, les grains déversés et inutilisés n'auront pas d'impact sur les équipements et le personnel de nettoyage (les particules pouvant être facilement aspirées). Ainsi, vous économisez des coûts en nettoyage et en ré-équipement de matériels.
Comme les poudres extinctrices contiennent des additifs fluidisant et durables, leurs durées de vie peuvent atteindre une décennie (et plus).
En conclusion, réduisez vos coûts d’exploitation et de maintenance par moins d'achats et de recharges.
L'application en "twin-agent" est un système de lutte contre l'incendie très efficace. Il combine l’action rapide d’une poudre extinctrice pour abattre les flammes et la sécurisation à la réinflammation par la couverture de la zone par de la mousse (la mousse sécurise le danger en posant une couverture anti-vapeur sur le carburant et aide également au refroidissement).
Assurez-vous donc que les performances de vos émulseurs synthétiques (comme AFFF) ou protéiniques ne soient pas impactées par la présence de la poudre (efficacité de la mousse doit être identique ou légèrement inférieure – cf. norme EN 615 []). En effet, la plupart des poudres extinctrices contiennent des molécules pour les imperméabiliser (silicone ou stéarate) qui sont connus pour être des inhibiteurs de mousse. La compatibilité des poudres extinctrices avec les émulseurs est primordiale dans ce type d’application.
Exiger une poudre dont l’intervention permettra à la mousse, lors de sa mise en action, de s’étendre rapidement en couche homogène et de ne pas subir d’altération.
La poudre extinctrice GRANITO, fabriquée par Ai GROUP, est idéale pour être utilisée dans des unités de protection à poudre, qu’elles soient on-shore ou off-shore. Ses performances sur tous les types de feux permettent de préconiser la poudre extinctrice GRANITO pour les installations pétrolières et de gaz off-shore et on-shore, les Héliports, les navires de GNL ou mêmes dans les stations de ravitaillement.
NFPA 17- 2013 Edition : Standard for dry chemical extinguishing systems
EN 12416-2+A1 – édition septembre 2007 : Installations fixes de lutte contre l’incendie – Système d’extinction à poudre - Partie 2 : Conception, construction et maintenance -
Poudres Extinctrices – ANPI – avril 1981
Fire Protection Solutions for Liquefied Natural Gas - Ansul
Résultats non-publiés de l’INERIS pour Ai GROUP
EN 615 – édition juillet 2009 : Protection contre l'incendie - Agents extincteurs - Prescriptions pour les poudres (autres que les poudres de classe D)
