Ce danger résulte de la combinaison de quatre paramètres : l'abaissement de la visibilité liée à l'opacité des fumées, la toxicité des fumées, la vitesse – ou les vitesses – de déplacement des fumées, le transfert de feu, qui n'est pas traité dans cet extrait. Ici, il convient d'apprécier les trois premiers.

L'abaissement de la visibilité

L'abaissement de la visibilité est tout simplement lié aux volumes de fumées produits par la combustion des matériaux solides et/ou liquides impliqués dans les incendies, à l'opacité de ces mêmes fumées, à la vitesse de production des fumées. Il provoque une perte de l'orientation, un effet de panique, un masquage total ou partiel des itinéraires de fuite.
D'ores et déjà, il apparaît, en filigrane, les premières mesures simples pour améliorer les conditions de fuite des usagers... Main courante le long des parois des tunnels, éclairage de sécurité en continu et à mi-hauteur d'homme, portes de refuges très signalisées, balisage et éclairage au niveau du sol...

Les volumes de fumées produits

Lorsque les incendies prennent naissance à l'air libre, les volumes de fumées produits peuvent se développer dans un espace à trois dimensions et se mélanger en « quantité infinie » avec l'atmosphère. Dans un tunnel de grande longueur – espace fermé par excellence – la situation est tout autre, puisque les volumes de fumées produits ne peuvent se développer que dans une seule dimension.
Le seul point commun aux deux situations citées reste l'importance des volumes de fumées produits lors de l'incendie. Ce sont « sensiblement des invariants » qui ne dépendent que de la qualité et de la quantité des matériaux solides et liquides alimentant l'incendie. Dans le cadre de travaux de recherche, ces volumes ont fait l'objet d'évaluations. Ils se mesurent toujours en millions de m³ et aucun incendie n'échappe à cette réalité.
Pour s'en convaincre, il suffit de mener un calcul volontairement simplifié qui repose principalement sur les volumes de fumées produits par la combustion de quelques-uns des principaux matériaux que l'on rencontre dans la constitution des véhicules susceptibles d'emprunter les grands tunnels routiers et des matériaux portant sur le chargement de ces mêmes véhicules (Tableau 1).

Toujours à titre d'exemple, indiquons qu'un camion frigorifique associant un tracteur et une remorque se compose « a minima » de :
• 15 pneumatiques,
• 500 litres de gasoil,
• 2 500 kg de mousse de polyuréthane.
En cas d'incendie d'un tel véhicule, les volumes de fumées produits par la combustion des quantités indiquées des trois matériaux de base sont de l'ordre 9 millions de m³, ce qui correspond à 30 fois le volume d'un tunnel offrant une section de 60 m² et une longueur de 5 000 mètres !
Au volume de fumées qui vient d'être calculé, il faut ajouter celui résultant du chargement transporté... Sans entrer dans le détail des calculs, il doit être indiqué que les volumes de fumées produits lors des incendies comme ceux qui se sont dernièrement produits dans les tunnels du Mont-Blanc, du Tauern et du Saint-Gothard représentent des dizaines de millions de m³ !

L'opacité des fumées

De nombreuses études permettent d'apprécier l'opacité des fumées produites lors des incendies. Il faut de plus avoir à l'esprit que les tunnels routiers de grande longueur sont des lieux naturellement « obscurs » qui procurent un sentiment naturel de peur et de stress. Si l'on ne s'arrête que sur les matériaux cités plus haut, il faut noter :
• pour le caoutchouc , une production de « fumées opaques et âcres » rendant « délicates la reconnaissance et la progression »,
• pour les mousses de polyuréthane et selon les qualités, une « combustion avec flamme rouge et claire et fumées noires », une « fumée noire puis grise », des « fumées noires s'éclaircissant ensuite », une « flamme assez vive avec fumées noires ». En contradiction avec ce qui précède, nous avons trouvé une source faisant état de fumées blanches mais nous devons indiquer qu'elles présentent la même opacité que les fumées noires,
• pour les hydrocarbures, des fumées denses et noires,
• pour les matières plastiques autres que le polyuréthane, les couleurs des fumées vont du blanc (polyéthylènes, polypropylènes, polyamides…) au noir (PVC souples, PVC rigides, polychlorures de vinyle, polystyrènes, polyesters…).
De son côté, un livret largement publié en France indique :
• que « les sapeurs-pompiers constatent qu'il y a de plus en plus de fumées lors des incendies » et que cela résulte « de la part croissante des plastiques dans les équipements »,
• que « la fumée est le résultat d'une combustion incomplète » conduisant à la formation « de fines particules liquides et solides en suspension dans le mélange des gaz de combustion »,
• que « ce sont ces particules solides qui provoquent l'opacité des fumées » et qui, en se déposant sur les masques des ARI ainsi que sur les pare-brises des camions abaissent encore la visibilité des intervenants.
Il précise aussi que :
• « le polystyrène donne une importante fumée noire »,
• « le PVC donne une fumée noire »,
• « le polyester donne une fumée noire moins abondante »,
• « le caoutchouc naturel et les caoutchoucs synthétiques brûlent en donnant une très importante fumée noire ».

La vitesse de production des fumées

Dans un incendie, la production des fumées est immédiate. Elle résulte de cinq phénomènes (vaporisation, distillation, décomposition, pyrolyse et combustion) dont la présentation ne nous semble pas ici indispensable. Il nous apparaît simplement nécessaire d'indiquer que la pyrolyse des matériaux se poursuit même si l'air manque et conduit à des volumes de fumées et de suies bien plus conséquents. C'est là un facteur très aggravant lors des incendies dans les grands tunnels routiers. De plus, il n'est pas inutile de souligner que l'effet de four renforce la distillation.
Il nous semble aussi utile de donner quelques indications sur la vitesse de production des fumées.
A titre d'exemple, indiquons que des essais ont conduit à avancer les ordres de grandeur suivants pour un foyer de pneumatiques et un foyer de bois :
• un foyer de pneumatiques offrant une superficie enflammée de 9 m² produit 5 400 m³ de fumées – soit de quoi remplir environ 90 mètres d'un tunnel dont la section serait de 60 m² – en 3 minutes, ce qui conduit à une production de l'ordre de 30 m³/s,
• un foyer de 29 m³ de bois produit 1 350 m³ de fumées – soit de quoi remplir environ 25 mètres d'un tunnel dont la section serait de 60 m² – en 2,5 minutes, ce qui conduit à une production de l'ordre 9 m³/s.
Par ailleurs, nous avons relevé des données intéressantes qui portent sur les vitesses de production des fumées lors d'incendies de véhicules vides (cf. Tableau 2). Indiquons encore que les vitesses de production des fumées dépendent largement des matériaux impliqués. C'est ainsi qu'elles sont 14 fois plus grandes pour un feu de polyuréthane que pour un feu de bois.

La toxicité des fumées

Les composés gazeux constituant les fumées sont en nombre élevé et peuvent être séparés en deux grandes classes de base : les gaz asphyxiants et/ou toxiques, les gaz irritants. Nous ne nous intéresserons qu'aux gaz asphyxiants et/ou toxiques capables de provoquer une atteinte des voies respiratoires conduisant à la mort quasi certaine des personnes intoxiquées si elles ne sont pas extraites très rapidement du milieu dans lequel elles se trouvent.
Il doit alors être écrit que – contrairement à une idée trop largement reçue – ces gaz asphyxiants et/ou toxiques ne sont pas nombreux. La plupart des auteurs les limitent en effet au CO, au CO2, au HCN, à l'HCl, aux NOx, à l'acroléine et aux formaldéhydes.
Il nous semble suffisant de nous arrêter simplement sur les cinq premiers cités car l'étude de quelques titres permet d'en rattacher la production aux principaux matériaux susceptibles d'alimenter les incendies qui se produisent dans les grands tunnels routiers (polyéthylène, PVC, polyuréthane, bois, papier, hydrocarbures, margarine, caoutchouc...) (cf. Tableau 3).

La toxicité proprement dite des cinq gaz retenus

L'oxyde de carbone (CO) est un gaz asphyxiant très dangereux dont les concentrations toxiques ont un effet immédiat et peuvent provoquer l'inconscience en quelques instants (cf. Tableau 4).
L'acide cyanhydrique (HCN) est un produit particulièrement toxique. Gênant à 20 ppm, sa concentration devient mortelle lorsqu'elle s'établit à des valeurs comprises entre 100 et 200 ppm (cf. Tableau 5).
Le gaz carbonique (CO2) offre des concentrations dangereuses lorsque son pourcentage par volume d'air est de l'ordre de 10 % (cf. Tableau 6). Il conduit aussi à une accélération du rythme respiratoire qui va favoriser l'inhalation des autres gaz toxiques présents dans l'environnement et joue alors le rôle de « catalyseur d'asphyxie ».

Le gaz chlorhydrique (HCl), irritant, toxique et corrosif, est susceptible de provoquer la mort par œdème aigu du poumon (cf. Tableau 7). A titre d'exemple, indiquons que cent kg de PVC peuvent libérer plus de 57 kg de HCl représentant 35 000 litres de gaz pur.

Certains auteurs expliquent que le seuil d'irritation du HCl est bien plus bas que son seuil de toxicité. Détecté avant d'être toxique, il pourrait autoriser la fuite vers un milieu sain.
Il faut admettre que cette dernière appréciation ne vaut que pour les cas de feux ouverts sur l'extérieur et ne s'applique en aucun cas à ceux se produisant dans des lieux fermés comme les tunnels.
Les oxydes d'azote (NOx) se résument principalement à NO et NO2 qui peuvent conduire à la formation d'acide nitreux et/ou d'acide nitrique susceptibles de provoquer des œdèmes pulmonaires.
Le NO2 reste le plus dangereux (cf. Tableau 8).

Les effets cumulés

Il faut aussi indiquer que les gaz se mélangent pour former « un cocktail toxique » dont les effets sur l'homme dépassent ceux mesurés pour chacun d'entre eux. Ici, nous renvoyons principalement aux travaux plus complets de la NFPA qui étudient l'évolution de la toxicité des fumées en fonction de leurs âcretés et de leurs compositions en O2, CO, CO2 et HCN.

L'évolution de la toxicité avec la température

Plusieurs auteurs indiquent que la production de certains gaz toxiques dépend des températures de combustion. Nous les rejoignons et, à titre d'exemple, nous proposons de le montrer en citant les résultats d'essais obtenus à partir du polyuréthane (Tableau 9) pour le HCN et le CO.
Une lecture simple des données proposées par le Tableau 9 montre une disparition du CO et du HCN à partir de 650° C. Celui qui avancerait alors une diminution de la toxicité des fumées aurait sans aucun doute raison mais il ne faut pas oublier qu'à la température citée, la survie de toutes les espèces vivantes est depuis bien longtemps interdite…

Le cas particulier des mousses de polyuréthane et des matières plastiques

Les mousses de polyuréthane et les matières plastiques sont souvent impliquées – pour ne pas écrire toujours – lors des incendies. Largement présentes dans les véhicules modernes et leurs chargements, elles jouent en effet un rôle majeur et incontestable dans l'installation d'un environnement hautement toxique dans les tunnels lors des incendies. Sans entrer dans les détails, il nous semble aussi utile de citer quelques publications permettant de confirmer ce rôle majeur et incontestable.
Dans un article publié dans Face au risque (N° 78), P. Reynaërt rappelle, « un kg de polyuréthane (selon ses caractéristiques) libère en se consumant de 10 à 30 litres d'acide cyanhydrique ».
Dans la même revue (n° 155), S. de Nancay indique : « les mousses de polyuréthane (…) brûlent facilement et rapidement sans que l'inflammation s'arrête si la flamme d'apport s'éloigne : elles crépitent sous la flamme, avec forte émission de fumée âcre, jaunâtre ou noire (…), leur combustion donne lieu à un important dégagement de CO, CO2 et HCN ».
Enfin, dans le n° 288, I. Deloffre écrit : « l'inhalation de fumées provoque le décès de nombreuses victimes au cours des incendies, mais la nature des gaz toxiques responsables de ces décès reste encore discutée. En dehors du monoxyde de carbone, les cyanures pourraient jouer un rôle important. En effet, la dégradation thermique de nombreux matériaux (…) synthétiques – en particulier le polyuréthane – contenant de l'azote, peut produire des concentrations toxiques de cyanures ». Toujours selon le même auteur, « les résultats des études cliniques sur l'importance des concentrations sanguines de cyanures chez les victimes d'incendie sont contradictoires ; or les cyanures disparaissent rapidement du sang et les prélèvements sanguins sont souvent obtenus après un délai de plusieurs heures par rapport au moment de l'exposition ».

Les usagers peuvent-ils être rattrapés par les fumées ?

Dans la problématique opérationnelle, la question doit être ainsi posée : « A partir de quelles vitesses de propagation des fumées, les usagers risquent-ils d'être rattrapés ? »
Dans la première partie de l'étude, nous avons avancé que des vitesses de propagation des fumées allant jusqu'à 400 m/mn (24 km/h) avait déjà été mesurées. Ici, il faut bien admettre que les tunnels se comportent comme de véritables cheminées dont le « tirage » dépend de nombreux paramètres complexes.
Parmi ces derniers figurent :

• la longueur et la section du tunnel,
• la (les) pente(s) et sa (leurs) variation(s) dans le tunnel,
• la différence de pression entre les deux sorties du tunnel,
• les différences de pression entre différents points du tunnel,
• l'écoulement des flux rendus turbulents par la présence d'obstacles,
• les effets de « piston » résultant du passage des véhicules,
• la température de l'environnement, etc.

Il faut alors bien concevoir que la vitesse de propagation des fumées qui dépend donc du « tirage » apparaît comme une donnée fondamentale dans la problématique opérationnelle car elle influe fortement sur :

• les possibilités de fuite des usagers des tunnels,
• la disparition progressive de la visibilité dans le tunnel,
• l'accroissement des difficultés opérationnelles rencontrées par les sapeurs-pompiers.

Pour échapper aux fumées, il faut donc que les vitesses de fuite des usagers soient largement plus grandes que celle des fumées.
Naturellement, ramener le problème posé à ce que nous venons d'écrire serait d'une simplicité par trop réductrice, et ce pour au moins deux raisons premières :

• l'espace de temps qui sépare la survenance de l'incendie et la production des fumées peut aller de quelques secondes à plusieurs minutes,
• les comportements des usagers sur lesquels nous reviendrons peuvent conduire à des pertes de temps importantes selon qu'ils prennent immédiatement la fuite ou qu'ils attendent dans leurs véhicules logiquement considérés comme une « structure sécurisante ».

Indiquons dès maintenant que le comportement des personnes au cours d'un sinistre devrait reposer sur « un effort rationnel pour faire face à une situation complexe, évoluant rapidement et sur laquelle très peu d'informations sont disponibles ».

Les usagers peuvent-ils échapper aux fumées ?

Selon une étude du Comité AIPCR (1999), « il n'existe pas de données sur la vitesse d'évacuation dans un tunnel routier, mais une bonne estimation pourrait être de l'ordre de 0,5 à 1,5 m/s (1,8 à 5,4 km/h) selon, entre autres, la visibilité dans la fumée, l'éclairement et le dimensionnement des panneaux indiquant la sortie ». Il est à noter que la précédente estimation reste proche de celle donnée dans un dossier publié en 1992 par la NFPA. qui propose des vitesses d'évacuation allant de 0,8 à 1,2 m/s (2,9 à 4,3 km/h). Elle rejoint aussi celle proposée par ailleurs – Tableau 10.

A la lecture des précédentes données, nous écrivons une nouvelle fois que la survie des usagers confrontés à un incendie dans un grand tunnel routier ne peut passer que :

• par la possibilité immédiate de trouver refuge dans des lieux indépendants de l'environnement très hostile attaché à l'incendie (refuge pressurisé, extérieur du tunnel, galerie de fuite...),

• une arrivée rapide des sapeurs-pompiers.