ISO/TR 9122-1:1989

Toxicity testing of fire effluents - Part 1: General

Designed to provide essential information to all those involved with the evaluation of the toxicity of fire effluents not only in the development of meaningful test procedures but also in their use for mitigating hazards. Includes definitions and abbreviations.

Essais de toxicité des effluents du feu — Partie 1: Généralités

Preskušanje toksičnosti dima – 1. del: Splošno

General Information

• Status: Withdrawn
• Publication Date: 27-Sep-1989
• Withdrawal Date: 27-Sep-1989
• ICS: 13.220.99 - Other standards related to protection against fire
• Technical Committee: ISO/TC 92/SC 3 - Fire threat to people and environment
• Drafting Committee: ISO/TC 92/SC 3 - Fire threat to people and environment
• Current Stage: 9599 - Withdrawal of International Standard
• Start Date: 23-Nov-2004
• Completion Date: 13-Dec-2025
• Ref Project: SIST ISO/TR 9122-1:1999 - Toxicity testing of fire effluents -- Part 1: General

Relations

• Revised: ISO/TS 19706:2004 - Guidelines for assessing the fire threat to people
• Effective Date: 15-Apr-2008

Standards Content (Sample)

SLOVENSKI STANDARD
01-september-1999
3UHVNXãDQMHWRNVLþQRVWLGLPD±GHO6SORãQR
Toxicity testing of fire effluents -- Part 1: General
Essais de toxicité des effluents du feu -- Partie 1: Généralités
Ta slovenski standard je istoveten z: ISO/TR 9122-1:1989
ICS:
13.220.99 Drugi standardi v zvezi z Other standards related to
varstvom pred požarom protection against fire
2003-01.Slovenski inštitut za standardizacijo. Razmnoževanje celote ali delov tega standarda ni dovoljeno.

TECHNICAL
ISOliEC
REPORT
TR 9122-l
First edition
1989-09- 15
Toxicity testing of fire effluents -
Part 1 I
General
Essais de toxicith des effluents du feu -
Partie 7 : Gh&alit6s
Reference number
ISO/IEC/TR 9122-1 : 1989 (E)
----
ISO/TR 9122-1 :1989 U3
Page
Contents
iv
Foreword .
v
Introduction .
1 Scope .
2 Definitions and abbreviations .
3 General .
3.1 Historical background .
...................... 2
3.2 State of the art reviews of combustion toxicology
................................................... 2
3.3 Current position
...................................................... 2
4 Life threat in fire
................................................... 2
4.1 General aspects
.............................................
4.2 Trends in fire statistics
............................... 3
4.3 Fire scenarios and victim incapacitation
......................................... 4
5 Chemical nature of fire effluents
................................... 4
5.1 Mechanisms of product formation
................................. 5
5.2 Characterization of fire atmospheres
5.3 Classification of fires .
6 Experimental fire studies .
6.1 Generalaspects. .
6.2 Results of fire simulation tests . 6
@ IS0 1989
All rights reserved. No part of this publication may be reproduced or utilized in any form or by any
means, electronic or mechanical, including photocopying and microfilm, without permission in
writing from the publisher.
International Organization for Standardization
Case postale 56 l CH-1211 Geneve 20 l Switzerland
Printed in Switzerland
ii
ISO/Tf? 9122-l :1989 E)
Page
......................................... 7
7 Toxicity testing of fire effluents.
7.1 Introduction .
................................. 7
7.2 Review of some typical test methods
Limitations of laboratory smoke toxicity tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
7.3
7.4 Analytical methods as alternatives to animal testing. . . . . . . . .
8 Hazard analysis risk assessment . 9
................................................... 9
8.1 General aspects
................................... 9
8.2 Approaches to fire risk assessment
8.3 Toxichazard .
............................................... 10
8.4 Mitigation of hazard
................................................... 10
9 Concluding remarks
Annexes
A Bibliography .
....................................................... 15
B Tenability limits
ISO/TR 9122-1 : 1989 E)
Foreword
IS0 (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of
national standards bodies (IS0 member bodies). The work of preparing International
Standards is normally carried out through IS0 technical committees. Each member
body interested in a subject for which a technical committee has been established has
the right to be represented on that committee. International organizations, govern-
mental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
The main task of IS0 technical committees is to prepare International Standards. In
exceptional circumstances a technical committee may propose the publication of a
Technical Report of one of the following types:
within the technical committee cannot be
when the necessa support
- type 1, rY
obtained for t he publication of a n lnternati onal Standard, despite repeated efforts;
2, when the subject is still under technical development requiring wider
- type
exposure;
-
type 3, when a technical committee has collected data of a different kind from
that which is normally published as an International Standards (“state of the art”, for
example).
Technical Reports are accepted for publication directly by IS0 Council. Technical
Reports types 1 and 2 are subject to review within three years of publication, to decide
if they can be transformed into International Standards. Technical Reports type 3 do
not necessarily have to be reviewed until the data they provide is considered no longer
valid or useful.
ISO/TR 9122 was prepared by Technical Committee ISO/TC 92, Fire tests on bulding
materials, components and s true tures.
The reasons which led to the decisi on to publish this document in the form of a
explained in the lntrodu ction
technical Report type 3 are
ISO/TR 9122 will consist of the following parts, under the general title Toxicity testing
of fire effluents :
- Part 7: General
-
Part 2: Guidelines for biological assays to determine acute tion toxicity of
fire methodology
effluents : basic principles, criteria and
-
Part 3: Methods for analysis of gases and vapours
-
Part 4: Fire models
Annexes A and B of this Technical Report are for information only.
IV
ISO/TR 9122-l : 1989 (E)
Introduction
This Technical Report is intended as useful background information regarding the
current state of the art of the development of tests for assessing the toxicity of fire
effluents.
It outlines the current philosophy behind the development of tests and indicates how
the tests might be used as a contribution in determining the overall toxic hazard, draw-
ing attention to the essential need to take account of information from other fire tests
to assess the overall fire hazard.
The report is designed to replace ISO/TR 6543 [II prepared by an earlier Working
Group (WG-12) reporting directly to ISO/TC 92 and published in 1979. The technical
report format is retained as being appropriate within IS0 for a subject which continues
to be under discussion and where the possibility exists of agreement for the prepar-
ation of an International Standard at a future date.
The document describes the evolution of thinking on the question of toxic hazards
since the publication of the ISO/TR 6543 [II, and attempts to identify clearly those
areas where general agreement has been reached and those where divergencies in
expert opinions continue to be expressed.
At the time of preparation of this Technical Report, advances are being made within
ISO/TC 92/SC3 in identifying the criteria and considering appropriate methods for
producing fire atmospheres (fire models), in the biological assessment of toxicity
(bioassay methods), in bioanalytical modelling and in analytical techniques for assess-
ing known toxic species in fire gases and laboratory methods.
Considerable emphasis has been directed towards the philosophies expressed within
WG-12 of ISO/TC 92 and the more recent WG-4 of ISO/TC 92/SC3. It is recognized
that these Working Groups have provided fora for debate by experts nominated by
Standards Bodies throughout the world and with international reputations. Knowledge
of the differing viewpoints which have been expressed by these experts is essential
background to all those who are involved in any way with possible test procedures for
assessing the toxicity of fire effluents.
V
This page intentionally left blank

ISO/TR 9122-l :‘I989 (E)
INTERNATIONAL STANDARD
Toxicity testing of fire effluents -
Part 1 I
General
The following abbreviations are used in the text:
1 Scope
The purpose of this part of ISO/TR 9122 is to provide an up-to-
Carbon monoxide co
date review of the philosophies prevailing on the question of
Carbon dioxide
co2
the development of tests for assessing toxic hazards in fire. It
Oxygen
presents the state of the art in 1987.
Hydrogen chloride HCI
Water
H20
This present report is designed to provide essential information
Hydrogen cyanide
HCN
to all those involved with the evaluation of the toxicity of fire
effluents not only in the development of meaningful test
procedures but also in their use for mitigating hazards.
3 General
3.1 Historical background
2 Definitions and abbreviations
For the purposes of this Technical Report, the following The toxic effects of exposure to fire effluents were probably
definitions apply. observed by prehistoric man on the first attempt to move fire
into a cave. The contribution of carbon monoxide to the
toxicity of fire effluents has been recognized for more than a
2.1 fire effluent: Total gaseous, particulate or aerosol
century, but it was not until 1951 that an extensive medical-
effluent from combustion or pyrolysis.
physiological investigation on The Toxico/ogy of Fire was
reported by Zapp [21. Animal experiments were directed
2.2 toxicity: Nature (effect) and extent (potency) of adverse
towards distinguishing quantitatively between the effects of
effects of a substance upon a living organism.
direct flame exposure (skin burns and respiratory burns),
generalized heat stress, and toxic factors - including carbon
2.3 toxic hazard: Danger caused to people in fire situations
monoxide, carbon dioxide, oxygen depletion, and other
by the formation of toxic products with respect to their nature,
toxicants. While carbon monoxide was found to exert the
quantity, rate of production and concentrations.
predominant physiological effect in a wide range of natural and
synthesized fire effluents, the experiments showed strong
evidence of interactions among all chemical and thermal stress
2.4 toxic risk: Likelihood that a toxic hazard will occur.
factors including simple heat stress.
2.5 specific toxicity: Particular adverse effect caused by a
Rapid expansion of research in polymer science during the
toxicant, e.g. narcosis, irritancy.
1950’s resulted in a substantial growth in chemical and
toxicological information relating to fire. A 1963 Survey of
2.6 toxic potency: Measure of the amount of toxicant
Available Information on the Toxicity of the Combustion and
required to elicit a specific toxic effect: the smaller the amount
Thermal Decomposition Products of Certain Building Materials
required the greater the potency.
under Fire Conditions [31 listed 297 references. Further
expansion of this data base has continued to the present day
with major emphasis, from a philosophical point of view, on
2.7 fire model: Means for the decomposition and/or
supplying the fundamental facts upon which any science
combustion of test specimens under defined conditions to
depends.
represent (a) known stage(s) of fire in order to generate fire
effluents for toxicity assessments. (This term is also used by
In the late 1960’s and early 1970’s research was increasingly
the fire science community in the mathematical simulation of
devoted to study of laboratory test methodologies. While
fire characteristics. )
fundamental understanding of fire remained as an implicit goal
of combustion toxicology, increased emphasis was directed
2.8 pyrolysis : Irreversible chemical decomposition caused
toward attempts to define specific test procedures which might
by heat, usually without oxidation.
serve to rank, rate, or classify materials with respect to fire
safety. Significant studies have been undertaken for example in
NOTE - This is the 1980 ASTM definition. In the USA, this term is
Germany by Reploh and co-workers 141 and Hofmann and
often used to refer to both oxidative and non-oxidative non-flaming
conditions when an external heat source is present.
Oettel [5]. A fundamental contribution to the acute inhalation
ISO/TR 9122-l : 1989 (I3
Another study of similar scope and depth entitled An Analysis
toxicology of combustion products was given by Kimmerle at
the 1973 Polymer Series Conferences of the University of Utah of Current Knowledge in Toxicity of the Products of Combus-
[6]. The dual objectives - understanding fire threat and testing tion [I51 has been recently made available by NFPA (National
were clearly evident in the range of papers Fire Protection Association). This study provided background
materials -
for a summary report from the NFPA Committee on the Tox-
presented at the “International Symposium on Toxicology of
Combustion Products” held at the University of Utah in 1976. icity of the Products of Combustion to the NFPA Standards
By this time, more than a dozen significant studies had been Council.
reported F71 originating in Belgium, France, Germany, F.R.,
Japan, United Kingdom and United States. The general test
Both the Southwest Research Institute and the NFPA studies
philosophy of this period was reviewed by Birky in 1976 [8].
concurred in the conclusions that “the current tests for toxicity
of products of combustion are inadequate for regulatory pur-
Following publication of the studies noted above, several in-
poses” and “toxicity should be a part of a fire hazard assess-
dependent assessments, including one by the US National
ment” [161.
Academy of Sciences 191, expressed a need to make sure that
any projected use of test results should be consistent with an
3.3 Current position
understanding of the shortcomings and limitations of this type
of testing. This philosophy has superseded the previously held
view that results of toxicity tests could be used directly to pro-
At the end of 1982, a consensus was reached in WG 4 that
vide a ranking order of toxic hazards in fire.
there was a need to attempt to integrate toxicity and com-
bustibility information (and not to use toxicity information by
There is also increasing emphasis of the role of toxicological itself as a basis for decisions on materials).
testing as a contributor to hazard analysis/risk assessment for
materials rather than as a direct decision-making fire standard.
No consensus has been reached regarding suitable timing, or,
This is consistent with the clear distinction between toxicity
more appropriately, what must be accomplished before it
and hazard in classical toxicology [IQ] and is generally em-
would be wise to propose that a toxicity test procedure be put
braced by combustion toxicologists, as expressed by Anderson
forward as a Draft International Standard. Despite this there
and Alarie in 1978 111 I.
has been agreement that the IS0 Working Groups should
continue to work towards a DIS dealing with problems as ap-
Tests were directed in the past to identifying materials which
propriate.
on burning give rise to unusually toxic products? These terms
were subject to different interpretations and have been re-
placed by two more precise terms: products of
4 Life threat in fire
-
“unusual specific toxicity” which refers to products ex-
erting types of toxic effect not normally encountered in fires
4.1 General aspects
(i.e. other than narcosis or irritance); and
- Although this Technical Report is concerned primarily with the
“extreme toxic potency” when the toxicity of the
toxic hazards associated with fire, the inability of victims to
products is much greater on a mass/mass basis than the
escape from fire atmospheres is often considered in terms of
toxic potency of products usually encountered in fires.
three major hazard factors:
3.2 State of the art reviews of combustion
a) smoke : obscuration of vision;
toxicology
b) heat;
An extensive review of the state of the art of combustion
toxicology has recently been completed by members of the
cl toxic factors : narcosis and irritancy.
staff of the Department of Fire Technology at Southwest
Research Institute, San Antonio, Texas. Results of this com-
Attempts have been made to define the limits of human ability
prehensive study (174 pages) have been published under the
to function and ultimately to survive fires in terms of “tenability
title Combustion Toxicology - Principles and Test Methods
limits” for each of the toxic factors (see annex B). It has been
[141. This document is an expanded, version of a report sub-
suggested that the point at which life or death is determined in
mitted to ASTM Committee E-5 on Fire Standards A Critical
a fire is the point at which the first tenability limit is reached.
Review of the State of the Art of Combustion Toxicology. The
Thus some experimental room fires have been reported in
review of test methods is international in scope and contains
which the tenability limits were reached in a definite sequence
extensive comments on advantages and disadvantages of each
and in the order shown above.
method as seen by the authors. While the opinions and conclu-
sions presented have not been submitted to consensus pro-
However for many fires, there is a considerable question as to
cesses within either ASTM or ISO, the factual content alone
should be very valuable to anyone seeking a better under- the feasibility of dealing precisely with the above factors as
separate entities when there is evidence that they usually func-
standing of what can - or cannot - be expected from test
data in combustion toxicology. tion in combination.
1) Formerly referred to as “super toxicants”.
ISO/TR 9122-l : 1989 (El
Thus smoke, which impairs escape ability by obscuration, also Information which might be of use in understanding the causes
of fire death and injury derive from a number of sources. The
contains toxic products which irritate the eyes causing further
impairment of vision. Similarly heat stress, severe irritation and information gathered by fire agencies consists mainly of infor-
mation on the origin and extent of fires and the position of vic-
narcosis may occur simultaneously in flaming room fires caus-
ing profound physical incapacitation, while ultimately the tims, which is of limited use in the understanding of toxic
hazard in fires, but when this information is taken in conjunc-
effects of narcotic gases, hypoxia due to oxygen depletion, or
tion with data from large scale experimental fires it is possible
heat may cause death.
to make some assessment of effects on fire victims. Other data
are derived from pathological studies of fire fatalities [18].
Thus we can conceive of “toxic hazard” in a general way as
Accounts by fire survivors and the experiences of fire-fighters
that aspect of hazard arising from toxic factors, but it is not at
are promising potential sources of information for under-
all clear that toxic hazard can ultimately be differentiated quan-
standing the toxic effects of fire atmospheres, although no
titatively from overall fire hazard.
systematic studies have been published and such information is
largely anecdotal.
In addition the life threat of fire atmospheres is greatly
aggravated by special circumstances. Fire is especially hazar-
The main toxic products identified in fires fall into two classes:
dous to infants and children, the elderly, invalids, and those
narcotic gases, which can cause narcosis and death, and ir-
whose abilities are impaired by alcohol or drugs. Fire is also a
ritants which cause incapacitation mainly by effects on the eyes
special problem for people in unfamiliar surroundings and in
and upper respiratory tract. The latter effect may impair escape
locations where escape is physically blocked or impeded.
capability and sometimes cause death in victims surviving the
immediate exposure due to lung damage.
4.2 Trends in fire statistics
Both of the main narcotic gases known to appear in fires, CO
and HCN, have been measured in the blood of both fatal [I83
Fire statistics from the UK covering the years from 1955 to 1971
and non-fatal [I91 fire casualties. Relatively little is known of ex-
showed a significant increase in the number of fatal and non-
posure to irritant products since these are difficult to identify in
fatal casualties reported as “overcome by toxic gas or smoke”.
the blood as having come from a fire (e.g. HCI, aldehydes).
Specifically, Bowes [I71 reported a fourfold increase in fatal
However Treitman et al. and other workers have detected high
casualties arising from toxic gas and smoke over that period.
concentrations of acrolein in some real fire atmospheres
Comparable statistics from other countries over these particular
1201, PII.
years are not available. Historically, however, the UK statistics
raised the question of whether the increase in smoke inhalation
Of the narcotic gases, CO is undoubtedly the most important
casualties might have been related to an increased use of
and produced lethal blood concentrations of carboxy-
modern synthetic materials in furnishings over the same
haemoglobin ( > 50 %I in 54 % of fire fatalities in the recent
interval.
pathology study 1181 at Glasgow of the Strathclyde region of
Scotland, while some 70 % of victims had carboxy-
While fire fatalities attributed to smoke and toxic gases in the haemoglobin concentrations capable of causing incapacitation
UK have continued to increase, the rise has been less dramatic
( > 30 % carboxyhaemoglobin), and all the remaining cases ex-
since 1971. Japanese statistics since 1968 and USA statistics cept two had burns sufficient to cause death. The contri-
since 1977 have not reflected a rise in smoke inhalation fatalities
bution of HCN to fire deaths was more difficult to assess since
in the recent past. high blood cyanide concentrations were almost always accom-
panied by high blood carboxyhaemoglobin concentrations in
victims, but the blood of 24 % of victims contained sufficient
The early UK statistics, however, have had significant historical
cyanide ( > 50 ~mol/l) to have had some incapacitative effects
impact. There are two views typically advanced in explanation
and in 5 % of cases to have been life threatening
of the 1955 to 1971 UK data:
( > 100 pmol/l) [221. The other major factor associated with fire
deaths in this study was a high blood alcohol concentration
a) that the composition of fire products has changed so
(42 % of victims), although this factor was found to be less
that the smoke from “modern” fires is more toxic on a
significant in the United Kingdom as a whole.
mass/mass basis than is the smoke produced by “tra-
ditional” materials (e.g. wood, wool, cotton), and that the
Some 40 % of fatalities in the Glasgow study had pulmonary
presence of unknown toxicants may account for the fact
haemorrhage which may have been caused by chemical ir-
that persons are now more likely to be overcome and fail to
ritants rather than by heat. However, the role of irritants in pro-
escape from a fire;
ducing incapacitation in fires is poorly understood, and there is
little published human data on the effects of eye and respiratory
b) that the composition and toxicity of fire products has
tract irritance on escape capability, particularly in fires. Com-
changed little, if at all, but that the rate of fire growth is
binations of GC-mass spectrometer analysis of combustion
much more rapid and the rate of evolution of products is
product atmospheres with animal exposures are beginning to
much greater than previously.
identify some of the important components [23].
However in considering these views it should be borne in mind However, another point that emerges from the Glasgow study
that fire loads may have increased in typical residential living is that there was no significant group of fatal victims for which
spaces. Also it has been suggested that the statistics may be in- death could not be attributed to either CO or burns. There was
fluenced by changes in the reporting of fires, and that actual no evidence that substances of unusual specific toxicity are im-
fires may not have changed as much as appears. portant in fires, although their existence cannot be ruled out. It
ISO/TR 9122-1 : 1989 (E)
For flaming fires where the person is in the compartment of
must be remembered that although most fatal victims have
origin, the hazard relates to the early stages of fire growth. The
burns or high blood carboxyhaemoglobin concentrations, this
most rapidly developing experimental fire takes only a few
does not prove that either agent was responsible for the initial
minutes to reach levels of heat and gases hazardous to life
incapacitation. Nevertheless the evidence from real fires and
fire casualties, when taken with data from experimental fire and LMI, [251.
suggests that substances of
combustion toxicity studies,
unusual specific toxicity are not important. The major toxic prod- The inability of persons to escape from such fires seems to
uct formed in fires causing incapacitation and subsequent depend upon a number of factors. Casualties include a higher
death is CO, with a possible contribution from HCN in some proportion of children and old people than does the general
cases [18]. In addition, irritants are likely to play an important population and people who are incapacitated by a previous
part in delaying escape by effects on the eyes and upper period of smouldering (see above) or by some other infirmity
respiratory tract and possibly also on the lungs. Also there has are obviously more at risk. However there seem to be two other
been no significant change in the toxicity of fire products that factors of importance, the behaviour of the victim and the ex-
could account for the increased incidence of incapacitation and ponential rate of fire development.
deaths. The problem in understanding this most probably lies in
the way in which the basic products (including carbon mon-
In many cases there is only a short period during which it is
oxide) evolve in modern fires.
possible to carry out the correct actions enabling escape, after
which a person may be rapidly trapped. Some persons may be
asleep during this critical escape “window” but there are also
4.3 Fire scenarios and victim incapacitation
reports of situations where the victim was aware of the fire
from ignition, but remained to attempt to extinguish the fire or
Data from fire statistics show that the vast majority of fire in-
for some other reason failed to attempt to leave before the
juries and deaths occur in domestic dwellings (80 % in both the
phase of very rapid fire growth, when heat and CO very quickly
UK and US) while a small proportion of injuries (20 %) and
reach life-threatening levels.
deaths (IO %) occur in other buildings such as shops, hotels,
hospitals and clubs.
The second scenario is where casualties occur remote from the
There are two different circumstances in which casualties due
source of the fire. Apart from being a common occurrence in
to toxic combustion products occur, those in the compartment
domestic dwellings such situations often occur in public
of origin of the fire and those remote from it. In each case the
buildings where the situation involves a developed fire which
hazards may arise from non-flaming or flaming combustion.
has spread from the first ignited material to others. Materials in
such fires are subject to substantial external thermal flux and in
Statistics in the UK indicate that, with fires in domestic
some cases to oxygen deficient environments. In these cases
premises and in transport fires, most of the casualties occur in
large quantities of material may be involved in flaming combus-
the compartment of origin of the fire. For fires in dwellings in
tion or pyrolysis producing large quantities of toxic smoke and
the UK this class of fire is responsible for the highest incidence
gases.
of deaths (60 %) and a high incidence of injuries (39 %I and
these fires occur mostly in living rooms or bedrooms and in
Fires where the victim is remote from the compartment of
upholstery or bedding. In these cases the material first ignited
origin are responsible for the highest incidence of non-fatal
may be responsible for the toxic environment, the fire not yet
casualties (48 %I in the UK and a large proportion of deaths
having spread to other materials, there is no thermal flux exter-
(37 %). Here the victim is five times more likely to be killed by
nal to the burning material and the burning or smouldering is
smoke than by burns and is often unaware of the fire during the
sustained by its exothermic nature.
crucial early phase, so that the gases may not penetrate to the
victim until the fire has reached its rapid growth phase and the
The USA statistics for the years 1980 to 1983 indicate that most
victim is already trapped. The major causes of incapacitation
of the fatalities from smoke only occur outside the room of fire
and death in this type of fire are almost certainly fumes, par-
origin (21 % in the room of fire origin and 77 % outside the
ticularly carbon monoxide, which can build up rapidly to high
room). The reason for this may be linked to differences in the
concentrations and the role of irritants in causirig incapacitation
reporting procedures between the UK and USA, due to the in-
and impeding escape attempts may be crucial.
clusion of “joint burn and smoke” victims with “smoke”
victims in the UK.
5 Chemical nature of fire effluents
The toxic hazard in such fires depends upon whether there is a
long period of smouldering, or whether there is a rapidly grow-
ing flaming fire.
Mechanisms of product formation
5.1
With smouldering fires there may be ample time for escape if
Knowledge of the main routes leading to the formation of com-
alerted sufficiently early but persons may be overcome by
bustion products [251, [261, C271 is an essential part of the wider
fumes, particularly carbon monoxide, after a long period of
understanding of the chemical aspects of combustion
time, if unaware of the danger. It is not possible from fire
toxicology of fires.
statistics to determine how common this type of fire is, since in
many cases smouldering fires become flaming fires before they
are detected. However it is likely that fires which are estimated Under the action of heat, organic polymeric materials decom-
pose and release volatile products. If a sufficient concentration
to have burned for 30 min or more before discovery have in-
volved long-term smouldering and it may be significant that of these products is attained and ignited then a flame may
develop and feed back to the polymer to continue the process.
deaths are much more likely in this class of fire.
ISO/TR 9122-l : 1989 (E)
The primary step in product formation therefore involves the Other important aspects regarding the fire effluent include
thermal decomposition of the polymeric material and may take
place in fires over a wide temperature range in oxidative or inert a) obscuration (usu ally optical density per metre) , rate of
(pyrolytic) conditions. Most of the chemical products present in production and
total amount of smoke produced;
fire atmospheres are species which have been produced from
b) temperature of the effluent and radiation from the
the decomposition of polymeric materials and which have
effluent.
escaped flame destruction. At relatively low temperatures (up
to about 400 OC) a polymeric material decomposes to give a
5.3 Classification of fires
restricted number of complex chemical products. It is at
medium temperatures (400 OC to 700 “C) that the greatest
Recent research has shown that in spite of the enormous com-
variety and often the greatest quantities of products, which
plexity of fire effluents, the oxygen concentration and the
may include hydrocarbons, oxygenated species (aldehydes,
relative concentrations of carbon dioxide and carbon monoxide
ketones), etc., are produced. This is also the main region where
(C02/C0 ratio) can provide a simple means of characterization.
polymers which are sensitive to oxygen may form oxygenated
This arises because the relative conversion of oxygen to carbon
species by incorporation of atmospheric oxygen.
monoxide and carbon dioxide depends markedly on the oxygen
concentration, with high oxygen concentrations favouring
At high temperatures (in excess of about 700 OC), organic and
complete combustion to carbon dioxide and conversely
organometallic compounds which are unstable under the nor-
restricted oxygen giving rise to carbon monoxide.
mal contact times achieved under these conditions may decom-
pose. Also present are complex polycyclic hydrocarbons and
By combining COZ/CO ratios with oxygen concentration and
other stable products of low molecular weight such as
expected fire “severity” as based on expected temperatures (or
hydrogen cyanide and certain organic nitriles. By contrast,
irradiance), a number of different fire types can be classified, as
combustion with flame tends to destroy these products with
summarized in table 2. These fire types are:
the formation of a small range of simple combustion products.
For example, with a polymer containing carbon, hydrogen and
Smouldering (self-sustained)
1 a)
oxygen, the combustion products will be carbon monoxide,
carbon dioxide and water; if nitrogen is also present, then
Although often misunderstood, smouldering is generally de-
molecular nitrogen and oxides of nitrogen may also be formed.
fined as a self-sustaining exothermic decomposition sometimes
accompanied by glowing. Smouldering is initiated by a local
In addition to CO, CO, and H20, a wide variety of products are
high temperature source in the absence of area heating. It takes
formed in fire effluents. For example, the chemical species pro-
place mostly in natural materials and some synthetic-natural
duced during the burning of wood and polypropylene (40 kg) in
composites, involving a smouldering front which propagates
a room-corridor are shown in table 1. Also shown is a summary
across the material (as in cotton, fibreboard) or within a bulk
of the main chemical groups.
(e.g. polyurethane initiated by smouldering cotton). Since
complex balances between heat generation and loss are in-
5.2 Characterization of fire atmospheres
volved, particularly with bulk materials, the phenomenon is not
always easy to produce.
During recent years, major advances have been made in the
analysis of fire effluents [271. It is recognised that the overall
Local temperatures at the smouldering front may range from
nature of the products is dependent particularly upon the type
about 400 OC (polyurethane foam) to 800 OC (cotton) and in
of polymeric material, temperatures and ventilation conditions.
some cases considerably higher. Oxygen concentrations near
A number of factors are important in defining fire atmospheres
to the front may be below ambient but the overall demand on
both for toxicological considerations and in comparing at-
oxygen is low and long periods usually elapse before sur-
mospheres between laboratory and full scale fire studies.
rounding oxygen concentrations fall significantly. Smouldering
will often continue in closed surroundings to a few percent ox-
These factors include
ygen. Since the condition is essentially a non-flaming one,
COZ/CO ratios have little significance. Temperatures of the
a) the yields of oxides of carbon (and C02/C0 ratio) and
general environment rarely exceed around 100 OC.
reduction in oxygen as a measure of the basic combustion
conditions;
The phenomenon of smouldering is important as a process
which continues to lead to loss of life, with early types of fur-
b) the concentration of additional specific toxic gases (in
niture and beds/bedding set into smouldering from sources
relation to carbon monoxide) which may be important for
such as smoker’s materials. In the room of fire origin, carbon
the specific polymers burnt (e.g. hydrogen cyanide,
monoxide concentrations may be of the order of 0 ppm to
hydrogen chloride);
1 500 ppm with irritants present. The time to incapacitation is
and concentrations of “unburnt” organic
cl types
often long (hours rather than a few minutes) usually with ample
inclu
products chemical fingerprints) ding :
time for escape if alerted.
1) total concentrations relative to carbon monoxide,
Non-flaming (oxidative) decomposition
1 b)
2) percentage distribution of important groups, e.g.
aromatic and aliphatic hydrocarbons, oxygenated species,
During fires and related circumstances (e.g. overheating),
amines, nitriles, halides, etc.;
materials and composites can be heated under conditions
d) rate of production of total quantities of the major where ample oxygen exists and toxic decomposition products
products of toxicologica I significance. can be formed. Examples include the radiative transfer of heat
ISO/TR 9122-l : 1989 (El
3 a) Fully developed flaming fires (low ventilation)
from a fire plume to remotely sited materials during the growth
phase of fire before flashover has occurred, the heating of
The severity of fully developed fires is dependent markedly on
lining, flooring or ceiling materials by heat conduction through
the available ventilation. Where ventilation restricts develop-
building structures and bulkhead etc., and general overheat
ment in post-flashover fires, oxygen concentrations may fall as
situations (electrical cables, electrical/electronic components
low as a few percent and CO21CO ratios reach values less than
particularly where outer surfaces become very hot). Oxygen
10. Typical irradiance will exceed 40 kW/m2 (temperature
concentrations in the vicinity of such conditions may be 21 %
>600 OC).
or reduced to about 5 % (still significant in oxidation terms).
CO&O has no significance since flaming is not involved.
Since the condition is only relevant under pre-flame conditions, 3 b) Fully developed flaming fires (well ventilated)
the direct temperature of materials and composites will nor-
Under well ventilated conditions where there is little restriction
mally be less than 500 OC, as otherwise auto-ignition will occur
on the oxygen available to the fire, typical irradiances will ex-
for flammable materials. Similarly where the condition is in-
ceed 50 kW/m2 up to as high as 150 kW/m2 (material
duced by heat radiation, pre-flashover conditions will usually
temperature 600 OC to 1 200 “Cl; C02/C0 ratios will normally
mean irradiances less than 25 kW/m?
be less than 100 with oxygen concentrations less than 10 %
(typically 5 % to IO %I.
Oxidative decomposition has an external heat source and
therefore is not self-sustaining. It should not be confused with
Under fully developed fire conditions, persons in the vicinity of
smouldering.
the fire may experience concentrations of carbon monoxide (up
to about 3 %), hydrogen cyanide (up to about 500 ppm), ir-
ritants, smoke and some heat. Cooling may have given
breatheable temperatures of fire gases. Under these condi-
1 cl Non-flaming (pyrolytic) decomposition
tions, time to incapacitation may be much less than a minute.
Item 1 b) above is related to oxidative decomposition of
materials by, for example, heat radiation or overheat con-
6 Experimental fire studies
ditions. In some cases oxygen concentrations in the vicinity of
the material may be insufficient to induce oxidative decompo-
6.1 General aspects
sition. Under these conditions (usually less than 5 % oxygen)
the decomposition will be “pyrolytic”. Examples include the
After ignition, fire development may occur in different ways,
overheating of material such as insulation in cavities where
depending on the environmental conditions as well as on the
there is limited oxygen availability but where there are
arrangement of fuel. However a general pattern can be
passageways for release of toxic products to other parts of a
established for the fire development. In the case of a compart-
building or transport complex and the overheating of cables
ment fire, the general temperature-time curve shows three
where interior materials are protected from the atmosphere.
stages (see figure I).
Stage 1 represents an exponential rise of the fire room
Under these conditions temperatures as high as 1 000 OC may
temperature, when there is enough oxygen present (developing
be involved since ignition cannot take place even with flam-
fire). A second stage is reached when the surface of all com-
mable materials. Since there is no flaming the C02/C0 ratio is
bustible contents of the room will be decomposed to such an
not relevant. Normally this condition cannot be achieved by
extent that sudden ignition occurs all over the room (flashover);
heat radiation.
this characterizes the stage of the fully developed fire. In this
stage 2 (fully developed), the rapid temperature rise of
flashover is subsequently moderated by oxygen depletion to a
2 Developing fire (flaming)
steady state (often termed ventilation controlled).
In stage 3 the combustibles in the room are depleted and the
During the early stages of flaming fires (pre-flashover),
temperature decreases depending on the ventilation and the
materials and composites are decomposed primarily by the in-
heat- and mass-transfer relations.
creasing feedback of heat radiation from the flame. The overall
environment is a complex one, since there is a “micro-
In each of these phases, a different mixture of decomposition
environment” where materials are at elevated temperatures in
products will be obtained. In order to study a material’s con-
the immediate vicinity of the flame, together with a more
tribution to a fire atmosphere, consideration of the production
general environment where materials etc., are being heated by
of fire effluents from the material under different conditions of
a growing irradiance from the flame. In rooms which reach
both temperature and ventilation is necessary. Moreover infor-
flashover with temperatures between 400 OC and 650 OC, the
mation is required of the fire situation being considered. In this
effective blackbody radiation is in the range 20 kW/m2
way, one can seek to derive the yield of effluent per unit mass
to 40 kW/m?
decomposed, which together with the mass involved in the fire
gives an estimation of the material’s contribution.
Experience shows that C02/C0 ratios are typically 100 to 200,
with oxygen concentrations of down to about 15 % or IO %.
6.2 Results of fire simulation tests
Carbon monoxide concentrations may typically reach 1 % with
CO2 up to 10 % at 10 % to 15 % oxygen. In combination with A number of fire tests have been reported in the literature to
the irritants, smoke and heat, persons in the room of origin may
study the behaviour of materials and composites under
have a few minutes to incapacitation. simulated full scale conditions. Many of these have involved
ISO/TR 9122-l : 1989 E)
Although bioassay methodology varies depending upon the
the contents of buildings rather than components, reflecting
class of toxicant, most test methods follow the same general
the view over recent years
...

TECHNICAL
ISOliEC
REPORT
TR 9122-l
First edition
1989-09- 15
Toxicity testing of fire effluents -
Part 1 I
General
Essais de toxicith des effluents du feu -
Partie 7 : Gh&alit6s
Reference number
ISO/IEC/TR 9122-1 : 1989 (E)
----
ISO/TR 9122-1 :1989 U3
Page
Contents
iv
Foreword .
v
Introduction .
1 Scope .
2 Definitions and abbreviations .
3 General .
3.1 Historical background .
...................... 2
3.2 State of the art reviews of combustion toxicology
................................................... 2
3.3 Current position
...................................................... 2
4 Life threat in fire
................................................... 2
4.1 General aspects
.............................................
4.2 Trends in fire statistics
............................... 3
4.3 Fire scenarios and victim incapacitation
......................................... 4
5 Chemical nature of fire effluents
................................... 4
5.1 Mechanisms of product formation
................................. 5
5.2 Characterization of fire atmospheres
5.3 Classification of fires .
6 Experimental fire studies .
6.1 Generalaspects. .
6.2 Results of fire simulation tests . 6
@ IS0 1989
All rights reserved. No part of this publication may be reproduced or utilized in any form or by any
means, electronic or mechanical, including photocopying and microfilm, without permission in
writing from the publisher.
International Organization for Standardization
Case postale 56 l CH-1211 Geneve 20 l Switzerland
Printed in Switzerland
ii
ISO/Tf? 9122-l :1989 E)
Page
......................................... 7
7 Toxicity testing of fire effluents.
7.1 Introduction .
................................. 7
7.2 Review of some typical test methods
Limitations of laboratory smoke toxicity tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
7.3
7.4 Analytical methods as alternatives to animal testing. . . . . . . . .
8 Hazard analysis risk assessment . 9
................................................... 9
8.1 General aspects
................................... 9
8.2 Approaches to fire risk assessment
8.3 Toxichazard .
............................................... 10
8.4 Mitigation of hazard
................................................... 10
9 Concluding remarks
Annexes
A Bibliography .
....................................................... 15
B Tenability limits
ISO/TR 9122-1 : 1989 E)
Foreword
IS0 (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of
national standards bodies (IS0 member bodies). The work of preparing International
Standards is normally carried out through IS0 technical committees. Each member
body interested in a subject for which a technical committee has been established has
the right to be represented on that committee. International organizations, govern-
mental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
The main task of IS0 technical committees is to prepare International Standards. In
exceptional circumstances a technical committee may propose the publication of a
Technical Report of one of the following types:
within the technical committee cannot be
when the necessa support
- type 1, rY
obtained for t he publication of a n lnternati onal Standard, despite repeated efforts;
2, when the subject is still under technical development requiring wider
- type
exposure;
-
type 3, when a technical committee has collected data of a different kind from
that which is normally published as an International Standards (“state of the art”, for
example).
Technical Reports are accepted for publication directly by IS0 Council. Technical
Reports types 1 and 2 are subject to review within three years of publication, to decide
if they can be transformed into International Standards. Technical Reports type 3 do
not necessarily have to be reviewed until the data they provide is considered no longer
valid or useful.
ISO/TR 9122 was prepared by Technical Committee ISO/TC 92, Fire tests on bulding
materials, components and s true tures.
The reasons which led to the decisi on to publish this document in the form of a
explained in the lntrodu ction
technical Report type 3 are
ISO/TR 9122 will consist of the following parts, under the general title Toxicity testing
of fire effluents :
- Part 7: General
-
Part 2: Guidelines for biological assays to determine acute tion toxicity of
fire methodology
effluents : basic principles, criteria and
-
Part 3: Methods for analysis of gases and vapours
-
Part 4: Fire models
Annexes A and B of this Technical Report are for information only.
IV
ISO/TR 9122-l : 1989 (E)
Introduction
This Technical Report is intended as useful background information regarding the
current state of the art of the development of tests for assessing the toxicity of fire
effluents.
It outlines the current philosophy behind the development of tests and indicates how
the tests might be used as a contribution in determining the overall toxic hazard, draw-
ing attention to the essential need to take account of information from other fire tests
to assess the overall fire hazard.
The report is designed to replace ISO/TR 6543 [II prepared by an earlier Working
Group (WG-12) reporting directly to ISO/TC 92 and published in 1979. The technical
report format is retained as being appropriate within IS0 for a subject which continues
to be under discussion and where the possibility exists of agreement for the prepar-
ation of an International Standard at a future date.
The document describes the evolution of thinking on the question of toxic hazards
since the publication of the ISO/TR 6543 [II, and attempts to identify clearly those
areas where general agreement has been reached and those where divergencies in
expert opinions continue to be expressed.
At the time of preparation of this Technical Report, advances are being made within
ISO/TC 92/SC3 in identifying the criteria and considering appropriate methods for
producing fire atmospheres (fire models), in the biological assessment of toxicity
(bioassay methods), in bioanalytical modelling and in analytical techniques for assess-
ing known toxic species in fire gases and laboratory methods.
Considerable emphasis has been directed towards the philosophies expressed within
WG-12 of ISO/TC 92 and the more recent WG-4 of ISO/TC 92/SC3. It is recognized
that these Working Groups have provided fora for debate by experts nominated by
Standards Bodies throughout the world and with international reputations. Knowledge
of the differing viewpoints which have been expressed by these experts is essential
background to all those who are involved in any way with possible test procedures for
assessing the toxicity of fire effluents.
V
This page intentionally left blank

ISO/TR 9122-l :‘I989 (E)
INTERNATIONAL STANDARD
Toxicity testing of fire effluents -
Part 1 I
General
The following abbreviations are used in the text:
1 Scope
The purpose of this part of ISO/TR 9122 is to provide an up-to-
Carbon monoxide co
date review of the philosophies prevailing on the question of
Carbon dioxide
co2
the development of tests for assessing toxic hazards in fire. It
Oxygen
presents the state of the art in 1987.
Hydrogen chloride HCI
Water
H20
This present report is designed to provide essential information
Hydrogen cyanide
HCN
to all those involved with the evaluation of the toxicity of fire
effluents not only in the development of meaningful test
procedures but also in their use for mitigating hazards.
3 General
3.1 Historical background
2 Definitions and abbreviations
For the purposes of this Technical Report, the following The toxic effects of exposure to fire effluents were probably
definitions apply. observed by prehistoric man on the first attempt to move fire
into a cave. The contribution of carbon monoxide to the
toxicity of fire effluents has been recognized for more than a
2.1 fire effluent: Total gaseous, particulate or aerosol
century, but it was not until 1951 that an extensive medical-
effluent from combustion or pyrolysis.
physiological investigation on The Toxico/ogy of Fire was
reported by Zapp [21. Animal experiments were directed
2.2 toxicity: Nature (effect) and extent (potency) of adverse
towards distinguishing quantitatively between the effects of
effects of a substance upon a living organism.
direct flame exposure (skin burns and respiratory burns),
generalized heat stress, and toxic factors - including carbon
2.3 toxic hazard: Danger caused to people in fire situations
monoxide, carbon dioxide, oxygen depletion, and other
by the formation of toxic products with respect to their nature,
toxicants. While carbon monoxide was found to exert the
quantity, rate of production and concentrations.
predominant physiological effect in a wide range of natural and
synthesized fire effluents, the experiments showed strong
evidence of interactions among all chemical and thermal stress
2.4 toxic risk: Likelihood that a toxic hazard will occur.
factors including simple heat stress.
2.5 specific toxicity: Particular adverse effect caused by a
Rapid expansion of research in polymer science during the
toxicant, e.g. narcosis, irritancy.
1950’s resulted in a substantial growth in chemical and
toxicological information relating to fire. A 1963 Survey of
2.6 toxic potency: Measure of the amount of toxicant
Available Information on the Toxicity of the Combustion and
required to elicit a specific toxic effect: the smaller the amount
Thermal Decomposition Products of Certain Building Materials
required the greater the potency.
under Fire Conditions [31 listed 297 references. Further
expansion of this data base has continued to the present day
with major emphasis, from a philosophical point of view, on
2.7 fire model: Means for the decomposition and/or
supplying the fundamental facts upon which any science
combustion of test specimens under defined conditions to
depends.
represent (a) known stage(s) of fire in order to generate fire
effluents for toxicity assessments. (This term is also used by
In the late 1960’s and early 1970’s research was increasingly
the fire science community in the mathematical simulation of
devoted to study of laboratory test methodologies. While
fire characteristics. )
fundamental understanding of fire remained as an implicit goal
of combustion toxicology, increased emphasis was directed
2.8 pyrolysis : Irreversible chemical decomposition caused
toward attempts to define specific test procedures which might
by heat, usually without oxidation.
serve to rank, rate, or classify materials with respect to fire
safety. Significant studies have been undertaken for example in
NOTE - This is the 1980 ASTM definition. In the USA, this term is
Germany by Reploh and co-workers 141 and Hofmann and
often used to refer to both oxidative and non-oxidative non-flaming
conditions when an external heat source is present.
Oettel [5]. A fundamental contribution to the acute inhalation
ISO/TR 9122-l : 1989 (I3
Another study of similar scope and depth entitled An Analysis
toxicology of combustion products was given by Kimmerle at
the 1973 Polymer Series Conferences of the University of Utah of Current Knowledge in Toxicity of the Products of Combus-
[6]. The dual objectives - understanding fire threat and testing tion [I51 has been recently made available by NFPA (National
were clearly evident in the range of papers Fire Protection Association). This study provided background
materials -
for a summary report from the NFPA Committee on the Tox-
presented at the “International Symposium on Toxicology of
Combustion Products” held at the University of Utah in 1976. icity of the Products of Combustion to the NFPA Standards
By this time, more than a dozen significant studies had been Council.
reported F71 originating in Belgium, France, Germany, F.R.,
Japan, United Kingdom and United States. The general test
Both the Southwest Research Institute and the NFPA studies
philosophy of this period was reviewed by Birky in 1976 [8].
concurred in the conclusions that “the current tests for toxicity
of products of combustion are inadequate for regulatory pur-
Following publication of the studies noted above, several in-
poses” and “toxicity should be a part of a fire hazard assess-
dependent assessments, including one by the US National
ment” [161.
Academy of Sciences 191, expressed a need to make sure that
any projected use of test results should be consistent with an
3.3 Current position
understanding of the shortcomings and limitations of this type
of testing. This philosophy has superseded the previously held
view that results of toxicity tests could be used directly to pro-
At the end of 1982, a consensus was reached in WG 4 that
vide a ranking order of toxic hazards in fire.
there was a need to attempt to integrate toxicity and com-
bustibility information (and not to use toxicity information by
There is also increasing emphasis of the role of toxicological itself as a basis for decisions on materials).
testing as a contributor to hazard analysis/risk assessment for
materials rather than as a direct decision-making fire standard.
No consensus has been reached regarding suitable timing, or,
This is consistent with the clear distinction between toxicity
more appropriately, what must be accomplished before it
and hazard in classical toxicology [IQ] and is generally em-
would be wise to propose that a toxicity test procedure be put
braced by combustion toxicologists, as expressed by Anderson
forward as a Draft International Standard. Despite this there
and Alarie in 1978 111 I.
has been agreement that the IS0 Working Groups should
continue to work towards a DIS dealing with problems as ap-
Tests were directed in the past to identifying materials which
propriate.
on burning give rise to unusually toxic products? These terms
were subject to different interpretations and have been re-
placed by two more precise terms: products of
4 Life threat in fire
-
“unusual specific toxicity” which refers to products ex-
erting types of toxic effect not normally encountered in fires
4.1 General aspects
(i.e. other than narcosis or irritance); and
- Although this Technical Report is concerned primarily with the
“extreme toxic potency” when the toxicity of the
toxic hazards associated with fire, the inability of victims to
products is much greater on a mass/mass basis than the
escape from fire atmospheres is often considered in terms of
toxic potency of products usually encountered in fires.
three major hazard factors:
3.2 State of the art reviews of combustion
a) smoke : obscuration of vision;
toxicology
b) heat;
An extensive review of the state of the art of combustion
toxicology has recently been completed by members of the
cl toxic factors : narcosis and irritancy.
staff of the Department of Fire Technology at Southwest
Research Institute, San Antonio, Texas. Results of this com-
Attempts have been made to define the limits of human ability
prehensive study (174 pages) have been published under the
to function and ultimately to survive fires in terms of “tenability
title Combustion Toxicology - Principles and Test Methods
limits” for each of the toxic factors (see annex B). It has been
[141. This document is an expanded, version of a report sub-
suggested that the point at which life or death is determined in
mitted to ASTM Committee E-5 on Fire Standards A Critical
a fire is the point at which the first tenability limit is reached.
Review of the State of the Art of Combustion Toxicology. The
Thus some experimental room fires have been reported in
review of test methods is international in scope and contains
which the tenability limits were reached in a definite sequence
extensive comments on advantages and disadvantages of each
and in the order shown above.
method as seen by the authors. While the opinions and conclu-
sions presented have not been submitted to consensus pro-
However for many fires, there is a considerable question as to
cesses within either ASTM or ISO, the factual content alone
should be very valuable to anyone seeking a better under- the feasibility of dealing precisely with the above factors as
separate entities when there is evidence that they usually func-
standing of what can - or cannot - be expected from test
data in combustion toxicology. tion in combination.
1) Formerly referred to as “super toxicants”.
ISO/TR 9122-l : 1989 (El
Thus smoke, which impairs escape ability by obscuration, also Information which might be of use in understanding the causes
of fire death and injury derive from a number of sources. The
contains toxic products which irritate the eyes causing further
impairment of vision. Similarly heat stress, severe irritation and information gathered by fire agencies consists mainly of infor-
mation on the origin and extent of fires and the position of vic-
narcosis may occur simultaneously in flaming room fires caus-
ing profound physical incapacitation, while ultimately the tims, which is of limited use in the understanding of toxic
hazard in fires, but when this information is taken in conjunc-
effects of narcotic gases, hypoxia due to oxygen depletion, or
tion with data from large scale experimental fires it is possible
heat may cause death.
to make some assessment of effects on fire victims. Other data
are derived from pathological studies of fire fatalities [18].
Thus we can conceive of “toxic hazard” in a general way as
Accounts by fire survivors and the experiences of fire-fighters
that aspect of hazard arising from toxic factors, but it is not at
are promising potential sources of information for under-
all clear that toxic hazard can ultimately be differentiated quan-
standing the toxic effects of fire atmospheres, although no
titatively from overall fire hazard.
systematic studies have been published and such information is
largely anecdotal.
In addition the life threat of fire atmospheres is greatly
aggravated by special circumstances. Fire is especially hazar-
The main toxic products identified in fires fall into two classes:
dous to infants and children, the elderly, invalids, and those
narcotic gases, which can cause narcosis and death, and ir-
whose abilities are impaired by alcohol or drugs. Fire is also a
ritants which cause incapacitation mainly by effects on the eyes
special problem for people in unfamiliar surroundings and in
and upper respiratory tract. The latter effect may impair escape
locations where escape is physically blocked or impeded.
capability and sometimes cause death in victims surviving the
immediate exposure due to lung damage.
4.2 Trends in fire statistics
Both of the main narcotic gases known to appear in fires, CO
and HCN, have been measured in the blood of both fatal [I83
Fire statistics from the UK covering the years from 1955 to 1971
and non-fatal [I91 fire casualties. Relatively little is known of ex-
showed a significant increase in the number of fatal and non-
posure to irritant products since these are difficult to identify in
fatal casualties reported as “overcome by toxic gas or smoke”.
the blood as having come from a fire (e.g. HCI, aldehydes).
Specifically, Bowes [I71 reported a fourfold increase in fatal
However Treitman et al. and other workers have detected high
casualties arising from toxic gas and smoke over that period.
concentrations of acrolein in some real fire atmospheres
Comparable statistics from other countries over these particular
1201, PII.
years are not available. Historically, however, the UK statistics
raised the question of whether the increase in smoke inhalation
Of the narcotic gases, CO is undoubtedly the most important
casualties might have been related to an increased use of
and produced lethal blood concentrations of carboxy-
modern synthetic materials in furnishings over the same
haemoglobin ( > 50 %I in 54 % of fire fatalities in the recent
interval.
pathology study 1181 at Glasgow of the Strathclyde region of
Scotland, while some 70 % of victims had carboxy-
While fire fatalities attributed to smoke and toxic gases in the haemoglobin concentrations capable of causing incapacitation
UK have continued to increase, the rise has been less dramatic
( > 30 % carboxyhaemoglobin), and all the remaining cases ex-
since 1971. Japanese statistics since 1968 and USA statistics cept two had burns sufficient to cause death. The contri-
since 1977 have not reflected a rise in smoke inhalation fatalities
bution of HCN to fire deaths was more difficult to assess since
in the recent past. high blood cyanide concentrations were almost always accom-
panied by high blood carboxyhaemoglobin concentrations in
victims, but the blood of 24 % of victims contained sufficient
The early UK statistics, however, have had significant historical
cyanide ( > 50 ~mol/l) to have had some incapacitative effects
impact. There are two views typically advanced in explanation
and in 5 % of cases to have been life threatening
of the 1955 to 1971 UK data:
( > 100 pmol/l) [221. The other major factor associated with fire
deaths in this study was a high blood alcohol concentration
a) that the composition of fire products has changed so
(42 % of victims), although this factor was found to be less
that the smoke from “modern” fires is more toxic on a
significant in the United Kingdom as a whole.
mass/mass basis than is the smoke produced by “tra-
ditional” materials (e.g. wood, wool, cotton), and that the
Some 40 % of fatalities in the Glasgow study had pulmonary
presence of unknown toxicants may account for the fact
haemorrhage which may have been caused by chemical ir-
that persons are now more likely to be overcome and fail to
ritants rather than by heat. However, the role of irritants in pro-
escape from a fire;
ducing incapacitation in fires is poorly understood, and there is
little published human data on the effects of eye and respiratory
b) that the composition and toxicity of fire products has
tract irritance on escape capability, particularly in fires. Com-
changed little, if at all, but that the rate of fire growth is
binations of GC-mass spectrometer analysis of combustion
much more rapid and the rate of evolution of products is
product atmospheres with animal exposures are beginning to
much greater than previously.
identify some of the important components [23].
However in considering these views it should be borne in mind However, another point that emerges from the Glasgow study
that fire loads may have increased in typical residential living is that there was no significant group of fatal victims for which
spaces. Also it has been suggested that the statistics may be in- death could not be attributed to either CO or burns. There was
fluenced by changes in the reporting of fires, and that actual no evidence that substances of unusual specific toxicity are im-
fires may not have changed as much as appears. portant in fires, although their existence cannot be ruled out. It
ISO/TR 9122-1 : 1989 (E)
For flaming fires where the person is in the compartment of
must be remembered that although most fatal victims have
origin, the hazard relates to the early stages of fire growth. The
burns or high blood carboxyhaemoglobin concentrations, this
most rapidly developing experimental fire takes only a few
does not prove that either agent was responsible for the initial
minutes to reach levels of heat and gases hazardous to life
incapacitation. Nevertheless the evidence from real fires and
fire casualties, when taken with data from experimental fire and LMI, [251.
suggests that substances of
combustion toxicity studies,
unusual specific toxicity are not important. The major toxic prod- The inability of persons to escape from such fires seems to
uct formed in fires causing incapacitation and subsequent depend upon a number of factors. Casualties include a higher
death is CO, with a possible contribution from HCN in some proportion of children and old people than does the general
cases [18]. In addition, irritants are likely to play an important population and people who are incapacitated by a previous
part in delaying escape by effects on the eyes and upper period of smouldering (see above) or by some other infirmity
respiratory tract and possibly also on the lungs. Also there has are obviously more at risk. However there seem to be two other
been no significant change in the toxicity of fire products that factors of importance, the behaviour of the victim and the ex-
could account for the increased incidence of incapacitation and ponential rate of fire development.
deaths. The problem in understanding this most probably lies in
the way in which the basic products (including carbon mon-
In many cases there is only a short period during which it is
oxide) evolve in modern fires.
possible to carry out the correct actions enabling escape, after
which a person may be rapidly trapped. Some persons may be
asleep during this critical escape “window” but there are also
4.3 Fire scenarios and victim incapacitation
reports of situations where the victim was aware of the fire
from ignition, but remained to attempt to extinguish the fire or
Data from fire statistics show that the vast majority of fire in-
for some other reason failed to attempt to leave before the
juries and deaths occur in domestic dwellings (80 % in both the
phase of very rapid fire growth, when heat and CO very quickly
UK and US) while a small proportion of injuries (20 %) and
reach life-threatening levels.
deaths (IO %) occur in other buildings such as shops, hotels,
hospitals and clubs.
The second scenario is where casualties occur remote from the
There are two different circumstances in which casualties due
source of the fire. Apart from being a common occurrence in
to toxic combustion products occur, those in the compartment
domestic dwellings such situations often occur in public
of origin of the fire and those remote from it. In each case the
buildings where the situation involves a developed fire which
hazards may arise from non-flaming or flaming combustion.
has spread from the first ignited material to others. Materials in
such fires are subject to substantial external thermal flux and in
Statistics in the UK indicate that, with fires in domestic
some cases to oxygen deficient environments. In these cases
premises and in transport fires, most of the casualties occur in
large quantities of material may be involved in flaming combus-
the compartment of origin of the fire. For fires in dwellings in
tion or pyrolysis producing large quantities of toxic smoke and
the UK this class of fire is responsible for the highest incidence
gases.
of deaths (60 %) and a high incidence of injuries (39 %I and
these fires occur mostly in living rooms or bedrooms and in
Fires where the victim is remote from the compartment of
upholstery or bedding. In these cases the material first ignited
origin are responsible for the highest incidence of non-fatal
may be responsible for the toxic environment, the fire not yet
casualties (48 %I in the UK and a large proportion of deaths
having spread to other materials, there is no thermal flux exter-
(37 %). Here the victim is five times more likely to be killed by
nal to the burning material and the burning or smouldering is
smoke than by burns and is often unaware of the fire during the
sustained by its exothermic nature.
crucial early phase, so that the gases may not penetrate to the
victim until the fire has reached its rapid growth phase and the
The USA statistics for the years 1980 to 1983 indicate that most
victim is already trapped. The major causes of incapacitation
of the fatalities from smoke only occur outside the room of fire
and death in this type of fire are almost certainly fumes, par-
origin (21 % in the room of fire origin and 77 % outside the
ticularly carbon monoxide, which can build up rapidly to high
room). The reason for this may be linked to differences in the
concentrations and the role of irritants in causirig incapacitation
reporting procedures between the UK and USA, due to the in-
and impeding escape attempts may be crucial.
clusion of “joint burn and smoke” victims with “smoke”
victims in the UK.
5 Chemical nature of fire effluents
The toxic hazard in such fires depends upon whether there is a
long period of smouldering, or whether there is a rapidly grow-
ing flaming fire.
Mechanisms of product formation
5.1
With smouldering fires there may be ample time for escape if
Knowledge of the main routes leading to the formation of com-
alerted sufficiently early but persons may be overcome by
bustion products [251, [261, C271 is an essential part of the wider
fumes, particularly carbon monoxide, after a long period of
understanding of the chemical aspects of combustion
time, if unaware of the danger. It is not possible from fire
toxicology of fires.
statistics to determine how common this type of fire is, since in
many cases smouldering fires become flaming fires before they
are detected. However it is likely that fires which are estimated Under the action of heat, organic polymeric materials decom-
pose and release volatile products. If a sufficient concentration
to have burned for 30 min or more before discovery have in-
volved long-term smouldering and it may be significant that of these products is attained and ignited then a flame may
develop and feed back to the polymer to continue the process.
deaths are much more likely in this class of fire.
ISO/TR 9122-l : 1989 (E)
The primary step in product formation therefore involves the Other important aspects regarding the fire effluent include
thermal decomposition of the polymeric material and may take
place in fires over a wide temperature range in oxidative or inert a) obscuration (usu ally optical density per metre) , rate of
(pyrolytic) conditions. Most of the chemical products present in production and
total amount of smoke produced;
fire atmospheres are species which have been produced from
b) temperature of the effluent and radiation from the
the decomposition of polymeric materials and which have
effluent.
escaped flame destruction. At relatively low temperatures (up
to about 400 OC) a polymeric material decomposes to give a
5.3 Classification of fires
restricted number of complex chemical products. It is at
medium temperatures (400 OC to 700 “C) that the greatest
Recent research has shown that in spite of the enormous com-
variety and often the greatest quantities of products, which
plexity of fire effluents, the oxygen concentration and the
may include hydrocarbons, oxygenated species (aldehydes,
relative concentrations of carbon dioxide and carbon monoxide
ketones), etc., are produced. This is also the main region where
(C02/C0 ratio) can provide a simple means of characterization.
polymers which are sensitive to oxygen may form oxygenated
This arises because the relative conversion of oxygen to carbon
species by incorporation of atmospheric oxygen.
monoxide and carbon dioxide depends markedly on the oxygen
concentration, with high oxygen concentrations favouring
At high temperatures (in excess of about 700 OC), organic and
complete combustion to carbon dioxide and conversely
organometallic compounds which are unstable under the nor-
restricted oxygen giving rise to carbon monoxide.
mal contact times achieved under these conditions may decom-
pose. Also present are complex polycyclic hydrocarbons and
By combining COZ/CO ratios with oxygen concentration and
other stable products of low molecular weight such as
expected fire “severity” as based on expected temperatures (or
hydrogen cyanide and certain organic nitriles. By contrast,
irradiance), a number of different fire types can be classified, as
combustion with flame tends to destroy these products with
summarized in table 2. These fire types are:
the formation of a small range of simple combustion products.
For example, with a polymer containing carbon, hydrogen and
Smouldering (self-sustained)
1 a)
oxygen, the combustion products will be carbon monoxide,
carbon dioxide and water; if nitrogen is also present, then
Although often misunderstood, smouldering is generally de-
molecular nitrogen and oxides of nitrogen may also be formed.
fined as a self-sustaining exothermic decomposition sometimes
accompanied by glowing. Smouldering is initiated by a local
In addition to CO, CO, and H20, a wide variety of products are
high temperature source in the absence of area heating. It takes
formed in fire effluents. For example, the chemical species pro-
place mostly in natural materials and some synthetic-natural
duced during the burning of wood and polypropylene (40 kg) in
composites, involving a smouldering front which propagates
a room-corridor are shown in table 1. Also shown is a summary
across the material (as in cotton, fibreboard) or within a bulk
of the main chemical groups.
(e.g. polyurethane initiated by smouldering cotton). Since
complex balances between heat generation and loss are in-
5.2 Characterization of fire atmospheres
volved, particularly with bulk materials, the phenomenon is not
always easy to produce.
During recent years, major advances have been made in the
analysis of fire effluents [271. It is recognised that the overall
Local temperatures at the smouldering front may range from
nature of the products is dependent particularly upon the type
about 400 OC (polyurethane foam) to 800 OC (cotton) and in
of polymeric material, temperatures and ventilation conditions.
some cases considerably higher. Oxygen concentrations near
A number of factors are important in defining fire atmospheres
to the front may be below ambient but the overall demand on
both for toxicological considerations and in comparing at-
oxygen is low and long periods usually elapse before sur-
mospheres between laboratory and full scale fire studies.
rounding oxygen concentrations fall significantly. Smouldering
will often continue in closed surroundings to a few percent ox-
These factors include
ygen. Since the condition is essentially a non-flaming one,
COZ/CO ratios have little significance. Temperatures of the
a) the yields of oxides of carbon (and C02/C0 ratio) and
general environment rarely exceed around 100 OC.
reduction in oxygen as a measure of the basic combustion
conditions;
The phenomenon of smouldering is important as a process
which continues to lead to loss of life, with early types of fur-
b) the concentration of additional specific toxic gases (in
niture and beds/bedding set into smouldering from sources
relation to carbon monoxide) which may be important for
such as smoker’s materials. In the room of fire origin, carbon
the specific polymers burnt (e.g. hydrogen cyanide,
monoxide concentrations may be of the order of 0 ppm to
hydrogen chloride);
1 500 ppm with irritants present. The time to incapacitation is
and concentrations of “unburnt” organic
cl types
often long (hours rather than a few minutes) usually with ample
inclu
products chemical fingerprints) ding :
time for escape if alerted.
1) total concentrations relative to carbon monoxide,
Non-flaming (oxidative) decomposition
1 b)
2) percentage distribution of important groups, e.g.
aromatic and aliphatic hydrocarbons, oxygenated species,
During fires and related circumstances (e.g. overheating),
amines, nitriles, halides, etc.;
materials and composites can be heated under conditions
d) rate of production of total quantities of the major where ample oxygen exists and toxic decomposition products
products of toxicologica I significance. can be formed. Examples include the radiative transfer of heat
ISO/TR 9122-l : 1989 (El
3 a) Fully developed flaming fires (low ventilation)
from a fire plume to remotely sited materials during the growth
phase of fire before flashover has occurred, the heating of
The severity of fully developed fires is dependent markedly on
lining, flooring or ceiling materials by heat conduction through
the available ventilation. Where ventilation restricts develop-
building structures and bulkhead etc., and general overheat
ment in post-flashover fires, oxygen concentrations may fall as
situations (electrical cables, electrical/electronic components
low as a few percent and CO21CO ratios reach values less than
particularly where outer surfaces become very hot). Oxygen
10. Typical irradiance will exceed 40 kW/m2 (temperature
concentrations in the vicinity of such conditions may be 21 %
>600 OC).
or reduced to about 5 % (still significant in oxidation terms).
CO&O has no significance since flaming is not involved.
Since the condition is only relevant under pre-flame conditions, 3 b) Fully developed flaming fires (well ventilated)
the direct temperature of materials and composites will nor-
Under well ventilated conditions where there is little restriction
mally be less than 500 OC, as otherwise auto-ignition will occur
on the oxygen available to the fire, typical irradiances will ex-
for flammable materials. Similarly where the condition is in-
ceed 50 kW/m2 up to as high as 150 kW/m2 (material
duced by heat radiation, pre-flashover conditions will usually
temperature 600 OC to 1 200 “Cl; C02/C0 ratios will normally
mean irradiances less than 25 kW/m?
be less than 100 with oxygen concentrations less than 10 %
(typically 5 % to IO %I.
Oxidative decomposition has an external heat source and
therefore is not self-sustaining. It should not be confused with
Under fully developed fire conditions, persons in the vicinity of
smouldering.
the fire may experience concentrations of carbon monoxide (up
to about 3 %), hydrogen cyanide (up to about 500 ppm), ir-
ritants, smoke and some heat. Cooling may have given
breatheable temperatures of fire gases. Under these condi-
1 cl Non-flaming (pyrolytic) decomposition
tions, time to incapacitation may be much less than a minute.
Item 1 b) above is related to oxidative decomposition of
materials by, for example, heat radiation or overheat con-
6 Experimental fire studies
ditions. In some cases oxygen concentrations in the vicinity of
the material may be insufficient to induce oxidative decompo-
6.1 General aspects
sition. Under these conditions (usually less than 5 % oxygen)
the decomposition will be “pyrolytic”. Examples include the
After ignition, fire development may occur in different ways,
overheating of material such as insulation in cavities where
depending on the environmental conditions as well as on the
there is limited oxygen availability but where there are
arrangement of fuel. However a general pattern can be
passageways for release of toxic products to other parts of a
established for the fire development. In the case of a compart-
building or transport complex and the overheating of cables
ment fire, the general temperature-time curve shows three
where interior materials are protected from the atmosphere.
stages (see figure I).
Stage 1 represents an exponential rise of the fire room
Under these conditions temperatures as high as 1 000 OC may
temperature, when there is enough oxygen present (developing
be involved since ignition cannot take place even with flam-
fire). A second stage is reached when the surface of all com-
mable materials. Since there is no flaming the C02/C0 ratio is
bustible contents of the room will be decomposed to such an
not relevant. Normally this condition cannot be achieved by
extent that sudden ignition occurs all over the room (flashover);
heat radiation.
this characterizes the stage of the fully developed fire. In this
stage 2 (fully developed), the rapid temperature rise of
flashover is subsequently moderated by oxygen depletion to a
2 Developing fire (flaming)
steady state (often termed ventilation controlled).
In stage 3 the combustibles in the room are depleted and the
During the early stages of flaming fires (pre-flashover),
temperature decreases depending on the ventilation and the
materials and composites are decomposed primarily by the in-
heat- and mass-transfer relations.
creasing feedback of heat radiation from the flame. The overall
environment is a complex one, since there is a “micro-
In each of these phases, a different mixture of decomposition
environment” where materials are at elevated temperatures in
products will be obtained. In order to study a material’s con-
the immediate vicinity of the flame, together with a more
tribution to a fire atmosphere, consideration of the production
general environment where materials etc., are being heated by
of fire effluents from the material under different conditions of
a growing irradiance from the flame. In rooms which reach
both temperature and ventilation is necessary. Moreover infor-
flashover with temperatures between 400 OC and 650 OC, the
mation is required of the fire situation being considered. In this
effective blackbody radiation is in the range 20 kW/m2
way, one can seek to derive the yield of effluent per unit mass
to 40 kW/m?
decomposed, which together with the mass involved in the fire
gives an estimation of the material’s contribution.
Experience shows that C02/C0 ratios are typically 100 to 200,
with oxygen concentrations of down to about 15 % or IO %.
6.2 Results of fire simulation tests
Carbon monoxide concentrations may typically reach 1 % with
CO2 up to 10 % at 10 % to 15 % oxygen. In combination with A number of fire tests have been reported in the literature to
the irritants, smoke and heat, persons in the room of origin may
study the behaviour of materials and composites under
have a few minutes to incapacitation. simulated full scale conditions. Many of these have involved
ISO/TR 9122-l : 1989 E)
Although bioassay methodology varies depending upon the
the contents of buildings rather than components, reflecting
class of toxicant, most test methods follow the same general
the view over recent years that it is often the contents of
plan. One of a number of combustion methods chosen to
buildings which are first ignited and produce the initial life
represent certain real-fire conditions is selected to produce fire
threat in fire.
effluents by burning or thermally decomposing a material. The
In 1978 tests were carried out with furniture [281 arrangements
effluents are presented to animal subjects, usually rodents,
simulating the stacks of furniture involved in the Woolworths which are exposed for a specific period of time with certain
Store fire in Manchester. In 1981 tests included a simulation of
biological response end points being observed.
the Dublin “Stardust” Disco Fire 1291.
The responses most commonly employed for narcosis are
Fires in fully furnished rooms have been studied by the US lethality and incapacitation, with the latter defined as inability
Southwest Research Institute [14], the International Isocyanate to perform either a conditioned response or some normal motor
...

RAPPORT
ISO
TECHNIQUE
TR 9122-I
Première édition
1989-09-15
Corrigée et réimprimée
1989-11-15
Essais de toxicité des effluents du feu -
Partie 1 :
Généralités
Toxicity testing of fife effluents -
Part I : General
Numéro de référence
ISO/TR 9122-1 : 1989 (FI
ISO/TR 9122-l : 1989 (FI
Page
Sommaire
Avant-propos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iv
Introduction. v
1 Domaine d’application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
.............................................. 1
2 Définitions et abréviations
3 Généralités . 1
3.1 Historique. 1
3.2 Rapports sur l’état de la technique de la toxicologie de combustion . . . . . . .
3.3 Position actuelle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4 Menace du feu sur la vie des individus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
4.1 Aspectsgénéraux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
4.2 Tendances des statistiques sur les incendies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3 Scénarios d’incendie et «incapacitation» des victimes . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 Nature chimique des effluents du feu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.1 Mécanisme de formation des produits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2 Caractérisation des atmosphères d’incendie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.3 Classification des incendies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6 Études expérimentales des incendies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.1 Aspectsgénéraux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2 Résultats des essais de simulation d’incendie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
0 ISO 1989
Droits de reproduction réservés. Aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni
utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord écrit de l’éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case postale 56 l CH-1211 Genève 20 l Suisse
Imprimé en Suisse
ii
ISO/TR 9122-l : 1989 (F)
Page
7 Essais de toxicité des effluents du feu .
7.1 Introduction .
7.2 Présentation de quelques méthodes types .
7.3 Limitations des essais de toxicité des fumées en laboratoire .
7.4 Méthodes analytiques en remplacement des essais sur les animaux. . 10
8 Analyse du danger et évaluation des risques .
8.1 Aspectsgénéraux .
8.2 Approches pour l’évaluation des risques d’incendie . 10
8.3 Danger de toxicité .
8.4 Atténuation du danger .
9 Remarques en conclusion .
Annexes
......................................................... 13
A Bibliographie
Limites supportables . 15
B
. . .
III
ISO/TR 9122-1 : 1989 (FI
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale
d’organismes nationaux de normalisation (comités membres de I’ISO). L’élaboration
des Normes internationales est normalement confiée aux comités techniques de I’ISO.
Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité
technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec I’ISO participent également aux travaux.
La tâche principale des comités techniques de I’ISO est d’élaborer les Normes interna-
tionales. Exceptionnellement, un comité technique peut proposer la publication d’un
rapport technique d’un des types suivants:
-
type 1: orsqu’en dépit de mai nts efforts au sein d’un comité technique, I’accor
ne peut être réalisé en faveur la publication d’une Norme internationale;
requis
-
type 2: lorsque le sujet en question est encore en cours de développement tech-
nique et requiert une plus grande démonstration;
-
type 3: lorsqu’un comité technique a réuni des données de natures différentes
de celles qui sont normalement publiées comme Normes internationales (ceci pouvant
comprendre des informations sur l’état de la technique, par exemple).
La publication des rapports techniques dépend directement de l’acceptation du Conseil
de I’ISO. Les Rapports techniques des types 1 et 2 font l’objet d’un nouvel examen
trois ans plus tard après leur publication afin de décider éventuellement de leur trans-
formation en Normes internationales. Les rapports techniques du type 3 ne doivent pas
nécessairement être revisés avant que les données fournies ne soient plus jugées vala-
bles ou utiles.
L’ISO/TR 9122 a été préparé par le comité technique ISO/TC 92, Essais au feu sur /es
matériaux de construction, composants et structures.
la décision de publier le présent docu ment sous forme de
Les raisons justifiant
lport technique du type 3 sont exposées dans l’introduction
RaP
L’ISO/TR 9122 comprendra les parties suivantes, sous le titre général Essais de toxicité
des effuents du feu:
-
Partie 7 : Gén&alités
-
Partie 2: Guide des essais biologiques pour la dé termina tion de la toxicité aiguë
des e ffluen ts du feu: principes de base, critères et méthodologie
-
Partie 3: Méthodes d’analyse des gaz et vapeurs
-
Partie 4: Modèles d’incendie
internationale sont données uniquement à
Les annexes A et B de la présente Norme
titre d’information.
iv
ISO/Tf? 9122-l : 1989 (F)
Introduction
à servir d’information de base sur l’état actuel de la
Irésent Rapport technique vise
Le P
tech nique d’élaboration des essais permettant d’évaluer la toxicité des efflu ents du feu.
II met en relief la tendance actuelle en matière d’élaboration des essais et indique com-
ment on pourrait les utiliser à titre de contribution pour déterminer le danger global de
toxicité, tout en attirant l’attention sur la nécessité absolue de tenir compte des infor-
mations provenant d’autres essais au feu pour déterminer le danger global des
incendies.
Ce rapport est destiné à remplacer I’ISO/TR 6543 [ 11 préparé par un groupe de travail
précédent (GT 12) directement lié à I’ISO/TC 92 et qui l’a publié en 1979. Le statut de
rapport technique a été considéré comme étant approprié dans le cadre de I’ISO, étant
donné que ce sujet est toujours en discussion et qu’il y a une possibilité d’accord pour
la préparation ultérieure d’une norme internationale.
Le document décrit l’évolution des idées sur la question des dangers de toxicité depuis
la publication de I’ISO/TR 6543 Cl 1 et essaie d’identifier clairement les points sur les-
quels on est arrivé à un accord général et les points où les divergences entre les
opinions des experts persistent.
Au moment de la préparation du présent Rapport technique, I’ISO/TC 92/SC 3 pro-
gresse dans l’identification des critères et l’étude de méthodes appropriées de produc-
tion d’atmosphères d’incendie (modèles feu), dans l’évaluation biologique de la toxicité
(méthodes d’essais biologiques), dans les études bioanalytiques et dans les
techniques analytiques d’évaluation des espèces toxiques connues dans les gaz
d’incendie et les méthodes de laboratoire.
Les concepts exprimés au sein du GT 12 de I’ISO/TC 92 et plus récemment au sein du
GT 4 de I’ISO/TC 92/SC 3 ont été particulièrement mis en lumière. II a été noté que
ces groupes de travail ont offert l’occasion de débats parmi les experts nommés par les
organismes de normalisation dans le monde entier et de réputation mondiale. La con-
naissance des différents points de vue exprimés par ces experts est une base essentielle
pour tous ceux qui s’occupent de quelque facon que ce soit des méthodes d’essai pos-
sibles pour évaluer la toxicité des effluents du feu.
V
Page blanche
NORME INTERNATIONALE ISO/TR 9122-l : 1989 (F)
Essais de toxicité des effluents du feu -
Partie 1 :
Généralités
NOTE - C’est la définition donnée dans I’ASTM 1980. Aux États-Unis,
1 Domaine d’application
ce terme est souvent utilisé pour faire référence aux conditions
d’incendie sans flammes avec et sans oxydation, en présence d’une
L’objet de la présente partie de I’ISO/TR 9122 est de fournir
source de chaleur externe.
une présentation actualisée des concepts prédominants sur
l’élaboration des essais permettant d’évaluer les dangers de
Les abréviations suivantes sont utilisées dans le texte:
toxicité des incendies. II présente l’état de la technique en 1987.
Monoxyde de carbone CO
Le présent rapport vise à donner des informations essentielles à
Dioxyde de carbone
CO2
tous ceux qui sont chargés d’évaluer la toxicité des effluents Oxygène
volatils du feu non seulement dans l’élaboration de méthodes
Chlorure d’hydrogène HCI
d’essais pertinentes mais également dans leur utilisation pour Eau
H20
atténuer les dangers.
Cyanure d’hydrogène HCN
3 Généralités
2 Définitions et abréviations
Pour les besoins du présent Rapport technique, les définitions
3.1 Historique
suivantes s’appliquent.
Les effets toxiques de l’exposition aux effluents du feu furent
probablement observés par l’homme préhistorique lorsqu’il
2.1 effluents du feu: Ensemble de produits gazeux, de
essaya pour la première fois d’amener le feu dans une grotte. La
particules ou d’aérosol de combustion ou de pyrolyse.
contribution du monoxyde de carbone à la toxicité des effluents
du feu est reconnue depuis plus d’un siècle, mais ce n’est qu’en
1951 qu’une enquête médico-physiologique titrée «Toxicologie
toxicité: Nature (effet) et étendue (puissance) des effets
2.2
du Feu» a été effectuée par Zapp 121. Des expériences
nocifs d’une substance sur un organisme vivant.
effectuées sur des animaux ont contribué à distinguer
quantitativement entre les effets d’exposition directe à la
2.3 danger de toxicité: Danger que courent les individus
flamme (brûlures cutanées et respiratoires), la tension (stress)
dans les incendies de par la formation de produits toxiques
généralisée provoquée par la chaleur et les facteurs toxiques, y
selon leur nature, leur quantité, leur vitesse de production et
compris le monoxyde de carbone, le dioxyde de carbone,
leurs concentrations.
l’appauvrissement en oxygène et autres substances toxiques.
Tandis qu’on s’est apercu que le monoxyde de carbone exerce
risque de toxicité: Probabilité de danger de toxicité. l’effet physiologique prédominant dans toute une gamme de
2.4
produits volatils du feu naturels et synthétisés, les expériences
ont donné de fortes preuves d’interaction parmi tous les
2.5 toxicité spécifique: Effet nocif particulier causé par une
facteurs chimiques et thermiques de tension y compris les
substance toxique, par exemple narcose, irritation.
simples tensions provoquées par la chaleur.
L’expansion rapide de la recherche dans le domaine des
2.6 pouvoir toxique: Mesure de la quantité de substance
toxique requise pour produire un effet toxique spécifique; la polymères pendant les années 50 a permis une croissance
substantielle des informations chimiques et toxicologiques
toxicité est plus élevée lorsque la quantité est plus petite.
portant sur le feu. Une ((Étude de l’information disponible sur la
toxicité des produits de combustion et de décomposition
2.7 modèle feu : Moyen de décomposer et/ou de soumettre
thermique de certains matériaux du bâtiment dans des
à la combustion des éprouvettes d’essai dans des conditions
conditions d’incendie» effectuée en 1963 133 a dénombré
définies permettant de représenter une ou plusieurs phases
297 références. L’expansion de cette base de données s’est
connues de l’incendie afin de générer des effluents du feu pour
poursuivie jusqu’à aujourd’hui en mettant principalement
évaluer la toxicité. (Ce terme est également utilisé par les
l’accent, d’un point de vue théorique, sur l’apport de faits
spécialistes d’essais au feu pour la simulation mathématique
fondamentaux dont dépend toute science.
des caractéristiques d’un incendie.)
À la fin des années 60 et au début des années 70, la recherche
2.8 pyrolyse: Décomposition chimique irréversible due à la s’est de plus en plus tournée vers l’étude de méthodologies
chaleur, habituellement sans oxydation. d’essais de laboratoire. Tandis que la compréhension

lsO/TF? 9122-l : 1989 (FI
Cette étude passe en revue les méthodes d’essais de divers
fondamentale du feu restait un but implicite de la toxicologie de
la combustion, on s’est de plus en plus intéressé à essayer de pays et contient des commentaires approfondis sur les avanta-
ges et inconvénients de chaque méthode selon les auteurs.
définir des méthodes d’essais spécifiques qui pourraient évaluer
ou classifier les matériaux en ce qui concerne la sécurité incen- Bien que les opinions et conclusions présentées n’aient pas été
soumises aux processus de consensus au sein de I’ASTM ou de
die. Des études importantes ont été entreprises par exemple en
Allemagne par Reploh et ses collaborateurs [4], et Hofmann et I’ISO, la teneur réelle de cette étude devrait à elle seule être très
précieuse pour toute personne essayant de mieux comprendre
Oettel [5]. Une contribution fondamentale à la toxicologie aiguë
par inhalation des produits de combustion a été faite par ce que l’on peut, ou ne peut pas attendre, des données obte-
Kimmerle lors de la Série de conférences sur les polymères de nues en essai en toxicologie de la combustion.
l’Université d’Utah [61 en 1973. Le double objectif - compré-
Une autre étude ayant le même objet et la même teneur, intitu-
hension de la menace d’incendie et essais des matériaux -
lée oAnalyse des connaissances actuelles en matière de toxicité
était patent dans l’étendue de documents présentés lors du
des produits de combustion>> [ 151 a été récemment publiée par
«Symposium international de toxicologie des produits de com-
le NFPA (National Fire Protection Association). Cette étude a
bustion» qui s’est tenu à l’Université d’Utah en 1976. À cette
servi de base à un rapport du Comité du NFPA sur la toxicité
date, on comptait plus d’une douzaine d’études importantes [7]
des produits de combustion auprès du Conseil des normes du
provenant de Belgique, de France, d’Allemagne R.F., du
NFPA.
Japon, du Royaume-Uni et des Etats-Unis. Le concept général
d’essai de cette période a été étudié par Birky en 1976 [8].
Les études du Southwest Research Institute et du NFPA sont
d’accord en arrivant aux conclusions suivantes: «Les essais
Après la publication des études mentionnées ci-dessus, plu-
actuels sur la toxicité des produits de combustion sont inadé-
sieurs évaluations indépendantes, comprenant une évaluation
quats à des fins réglementaires)) et «la toxicité devrait être l’un
effectuée par l’Académie nationale des sciences des Etats-Unis
des éléments d’une évaluation du danger du feu» 1161.
[9], ont exprimé le besoin de s’assurer que toute utilisation
envisagée des résultats d’essais devait être liée à la compréhen-
3.3 Position actuelle
sion des «imperfections et limitations» de ce type d’essai. Cette
conception a remplacé celle précédemment adoptée qui préco-
À la fin de 1982, le Groupe de travail 4 est arrivé au consensus
nisait l’utilisation directe des résultats des essais de toxicité
qu’il était nécessaire d’essayer d’intégrer les informations de
‘pour obtenir un classement des dangers de toxicité dans les
toxicité et de combustibilité (et qu’il ne fallait pas utiliser les
incendies.
informations de toxicité telles quelles comme base pour les
décisions portant sur les matériaux).
L’accent a également été mis plutôt sur le rôle des essais toxi-
, cologiques et sur leur contribution à l’analyse des
II n’y a pas eu consensus sur le calendrier ni plus généralement
dangers/l’évaluation des risques pour les matériaux que sur
sur ce qui devait être fait avant qu’il convienne de proposer
celui d’une norme d’essai au feu entraînant directement une
qu’une méthode d’essai de toxicité soit présentée en tant que
décision. Ceci est conforme à la distinction nette entre la toxi-
projet de norme internationale. Malgré cela, il y a eu accord sur
cité et le danger en toxicologie classique [IO], et est générale-
le fait que les groupes de travail de I’ISO devraient continuer à
ment accepté par les toxicologues de la combustion, comme
travailler pour élaborer un projet de norme internationale trai-
l’ont exprimé Anderson et Alarie en 1978 [ 1 II.
tant des problèmes de facon appropriée.
Les essais dans le passé ont porté sur l’identification de maté-
inhabituellement toxiquesl)
riaux donnant des produits
4 Menace du feu sur la vie des individus
lorsqu’on les brûle. Ces termes ont été remplacés par deux
produits de «toxicité spécifique non
termes plus précis :
4.1 Aspects généraux
usuelle» qui concerne des produits qui exercent des effets toxi-
ques que l’on ne trouve pas couramment dans les incendies
Bien que le présent Rapport technique traite principalement des
(c’est-à-dire autres que la narcose ou l’irritation) et «produits à
dangers de toxicité en relation avec les incendies, l’incapacité
extrême haute toxicité» lorsque la toxicité de produits est beau-
de victimes d’échapper aux atmosphères d’incendie est sou-
coup plus large dans le rapport masse/masse de produits à
vent étudiée en fonction de trois facteurs principaux de danger:
haute toxicité normalement trouvés dans les incendies.
a) fumée: obscurcissement de la vision;
3.2 Rapports sur l’état de la technique
b) chaleur;
de la toxicologie de combustion
c) facteurs toxiques: narcose et irritation.
Un rapport approfondi sur l’état de la technique en matière de
toxicologie de la combustion vient d’être achevé par les mem- II a été tenté de définir les limites des capacités humaines à
bres du personnel du Département de la technologie du feu au fonctionner et en fin de compte à survivre à des incendies en
Southwest Research Institute, San Antonio, Texas. Les résul- termes de «limites supportables)) pour chacun des facteurs
tats de cette étude exhaustive (174 pages) ont été publiés sous toxiques (voir annexe B). II a été suggéré que le point auquel la
le titre de oToxicologie de la combustion - Principes et métho- vie ou la mort se décide dans un incendie est le point auquel est
des d’essai)) [ 141. Ce document est une version élargie d’un rap- atteinte la première limite supportable. Quelques incendies
port soumis au Comité E-5 de I’ASTM sur les normes sur le feu expérimentaux ont donc été étudiés dans des pièces où les limi-
CtÉtude critique sur l’état de la technique de la toxicologie de tes supportables ont été atteintes selon une séquence définie et
combus tiorw. dans l’ordre indiqué ci-dessus.
1) Appelés par le passé des mupertoxicantm.
ISO/TR 9122-l : 1989 (F)
Cependant, pour de nombreux incendies, il existe une difficulté la laine, le coton) et que la présence de substances toxiques
importante de faisabilité à traiter précisément en tant qu’entités
inconnues peut être responsable du fait que les personnes
séparées les facteurs ci-dessus mentionnés alors qu’il est courent aujourd’hui un risque accru d’être asphyxiées et de
ne pas pouvoir s’échapper d’un incendie;
prouvé qu’ils sont généralement combinés.
b) la composition et la toxicité des produits d’incendie a
C’est ainsi que la fumée, qui par obscurcissement visuel gêne la
possibilité d’évacuation contient également des produits toxi- peu changé, pour ainsi dire pas du tout, mais la vitesse de
ques qui irritent les yeux, et diminuent encore plus la vision. De propagation de l’incendie est beaucoup plus rapide, et la
vitesse d’évolution des produits est bien plus importante
même, la chaleur, une irritation sévère et une narcose peuvent
apparaître simultanément lors d’incendies de pièces en flammes qu’auparavant.
provoquant une forte incapacitation physique, tandis qu’à la
fin, les effets des gaz narcotiques, I’hypoxie due à I’apprauvris-
Cependant, en considérant ces points de vue, il faut tenir
sement en oxygène, ou la chaleur peuvent aboutir à provoquer
compte du fait que les charges calorifiques ont augmenté dans
la mort.
les zones résidentielles typiques.
Nous pouvons donc envisager le «risque d’intoxication» de
II a également été suggéré que les statistiques pouvaient être
facon générale comme étant l’aspect du risque dû aux facteurs
influencées par des changements dans la manière de faire les
toxiques, mais il n’est pas du tout évident que le risque d’intoxi-
rapports d’incendies, et que les incendies réels pourraient ne
cation puisse en fin de compte se différencier quantitativement
pas avoir changé autant qu’il semble.
du risque global créé par l’incendie.
Des informations qui pourraient être utiles pour comprendre les
En outre, la menace que constituent les atmosphères d’incen-
causes de décès et blessures des incendies émanent de plu-
die sur la vie des individus est fortement aggravée par des
sieurs sources. Les données rassemblées par les organismes
circonstances spéciales. L’incendie est particulièrement dange-
des incendies comprennent surtout des informations sur I’ori-
reux pour les nourrissons et les enfants, les personnes âgées,
gine des incendies, leur étendue et la position de victimes, ce
les invalides et ceux dont les capacités sont diminuées par
qui est d’une utilité limitée pour la compréhension des dangers
l’alcool ou les médicaments ou par les drogues.
toxiques des incendies, mais lorsque cette information est prise
en considération avec des données de feux expérimentaux à
Le feu est également un problème particulier pour les gens qui ne grande échelle, il est possible de faire une évaluation des effets
sont pas dans leur environnement habituel et dans des endroits sur les victimes d’incendies. D’autres données sont obtenues
où les sorties sont physiquement bloquées ou encombrées. d’études pathologiques de morts en incendies E181. Les expo-
sés de survivants des incendies et les expériences de pompiers
sont des sources potentielles prometteuses d’informations pour
4.2 Tendances des statistiques sur les incendies
comprendre les effets toxiques des atmosphères d’incendie,
bien qu’aucune étude systématique ne soit publiée et que de
Les statistiques sur les incendies provenant du Royaume-Uni et
telles informations sont plutôt anecdotiques.
portant sur les années 1955 à 1971 ont montré une augmenta-
tion importante du nombre d’accidents fatals et non fatals pour
Les principaux produits toxiques identifiés dans les incendies se
cause dkasphyxie par les gaz ou les fumées toxiques». En parti-
divisent en deux classes: les gaz narcotiques qui peuvent pro-
culier, Bowes [171 a indiqué que le nombre des morts dus a des
voquer une narcose et la mort, et les irritants qui provoquent
gaz ou à des fumées toxiques a quadruplé entre ces années.
une Des statistiques semblables d’autres pays sur cette même
et les voies respiratoires supérieures. Ces effets peuvent gêner
période ne sont pas disponibles. Cependant, historiquement,
les possibilités de s’échapper et parfois provoquer la mort chez
les statistiques britanniques ont soulevé la question de savoir si
les victimes survivant à l’exposition immédiate par suite d’atta-
l’augmentation de victimes d’inhalation de fumée est en rapport
que des poumons.
avec l’utilisation croissante de matériaux d’ameublement
modernes synthétiques sur cette même période.
Les deux gaz narcotiques principaux qui apparaissent dans les
incendies, CO et HCN, ont été mesurés dans le sang des victi-
Bien que les victimes d’incendie attribuées à la fumée et aux
mes d’incendies mortes [183 ou non 1191. On sait relativement
gaz toxiques au Royaume-Uni ont continué à croître, I’augmen-
peu de chose sur l’exposition aux produits irritants, étant donné
tation n’a pas été aussi dramatique depuis 1971. Les statisti-
qu’il est difficile d’identifier dans le sang s’ils proviennent d’un
ques au Japon depuis 1968 et aux États-Unis depuis 1977 n’ont
incendie (par exemple HCI, aldéhydes). Cependant, Treitman et
pas reflété une augmentation des morts dus à l’inhalation de
al. et d’autres chercheurs ont détecté des niveaux élevés
fumée dans le passé récent.
d’acroléine dans certaines atmosphères réelles d’incendie
ml, PII.
Toutefois, les statistiques britanniques ont eu un fort impact
historique. II existe actuellement deux points de vue principaux
De tous les gaz narcotiques, le CO est indubitablement le plus
permettant d’expliquer les statistiques au Royaume-Uni de 1955
important et a donné dans le sang des concentrations de
à 1971:
carboxyhémoglobine ( > 50 %) dans 54 % des morts par
incendie dans l’étude de pathologie récente [181 effectuée à
a) la composition des produits d’incendie a changé, si bien Glasgow sur la région de Strathclyde en Écosse, alors qu’envi-
que la fumée des incendies «modernes» est plus toxique, si
ron 70 % des victimes avaient des niveaux de carboxyhémoglo-
l’on prend le rapport de masse à masse, que la fumée pro- bine capables de provoquer une 30 % de
duite par des matériaux «traditionnels» (par exemple le bois,
carboxyhémoglobine), et tous les autres cas à l’exception de
ISO/TR 9122-l : 1989 (F)
deux d’entre eux avaient des brûlures suffisantes pour provo- II y a deux cas différents dans lesquels des accidents dus aux
quer la mort. La contribution du HCN aux décès par incendie a produits de combustion toxique se produisent: ceux qui se
été plus difficile à évaluer étant donné que les niveaux élevés de situent dans l’endroit où l’incendie a son origine et ceux qui
cyanure dans le sang étaient presque toujours accompagnés de sont éloignés de cet endroit, et dans chaque cas, les risques
niveaux élevés de carboxyhémoglobine dans le sang des victi- peuvent être dus à une combustion avec ou sans flamme.
mes, mais le sang de 24 % des victimes contenait suffisam-
ment de cyanure (> 50 ~mol/l) pour avoir des effets invali-
Les statistiques au Royaume-Uni indiquent que, avec des
dants et dans 5 % pour avoir constitué une menace sur la vie
incendies dans des locaux domestiques et des incendies lors du
(> 100 ~mol/l) [221. L’autre facteur principal associé aux
transport, la plupart des accidents se produisent au lieu d’ori-
décès dus aux incendies dans la présente étude était un niveau
gine de l’incendie. Pour les incendies dans les habitations au
d’alcool élevé dans le sang (42 % des victimes) bien que ce
Royaume-Uni, cette classe d’incendie est responsable de la
facteur soit trouvé moins significatif au Royaume-Uni dans son
plus grande fréquence de décès (60 %) et d’une grande fré-
ensemble.
quence de blessures (39 %) et ces incendies se produisent le
plus souvent dans les salles de séjour et dans les chambres, et
sur le mobilier ou la literie. Dans ces cas, le matériau qui
Environ 40 % des cas mortels dans l’étude faite à Glasgow
s’allume en premier peut être responsable de l’environnement
avaient des hémorragies pulmonaires qui pouvaient être dues à
toxique, le feu ne s’étant pas encore étendu aux autres maté-
des produits chimiques irritants plutôt qu’à la chaleur. Cepen-
riaux, il n’y a pas de flux thermique externe au matériau qui
dant, on connaît peu le rôle des produits irritants dans I?tinca-
brûle, et la flamme ou le feu qui couve sont soutenus par sa
pacitatiom) et il y a peu de données publiées sur les êtres
nature exothermique.
humains portant sur les effets de l’irritation des yeux et des
voies respiratoires sur l’aptitude à s’échapper, particulièrement
Aux États-Unis, les statistiques pour les années 1980 à 1983
dans les incendies. Les combinaisons de l’analyse spectrométri-
indiquent que la plupart des morts dus à la fumée ont lieu seule-
que de la masse GC des atmosphères des produits de combus-
ment en dehors du lieu d’origine de l’incendie (21 % dans le lieu
tion avec des expositions d’animaux commencent à permettre
d’origine de l’incendie et 77 % en dehors). La raison peut être
d’identifier certains des composants importants [231.
liée aux différences dans la facon de rassembler les informa-
,
tions entre le Royaume-Uni et les États-Unis, étant donné qu’au
Cependant, un autre point qui ressort de l’étude de Glasgow
Royaume-Uni les victimes de «fumée» sont comprises dans les
est qu’il n’y avait aucun groupe important de décès où la mort
victimes «de brûlures et fumée combinées».
ne pouvait être attribuée ni au CO, ni aux brûlures. II n’y a
aucune preuve que les substances dont la toxicité spécifique
Le risque de toxicité dans ces incendies dépend du temps pen-
est inhabituelle soient importantes dans les incendies bien que
dant lequel le feu couve ou de la rapidité avec laquelle la com-
l’on ne puisse pas nier leur existence. II faut se rappeler que,
bustion se développe.
bien que la plupart des victimes décédées aient eu des brûlures
ou des niveaux élevés de carboxyhémoglobine dans le sang,
Avec des feux qui couvent, on a simplement le temps de
cela ne prouve pas que l’un ou l’autre de ces éléments soit res-
s’échapper si l’alarme est donnée suffisamment tôt, mais les
ponsable de Ikincapacitatiom) initiale. Néanmoins, lorsque les
individus peuvent être paralysés par les fumées, en particulier le
preuves obtenues à partir d’incendies et de victimes d’incendies
monoxyde de carbone, après une longue période, s’ils ne sont
réels sont étudiées avec des données provenant d’études
pas conscients du danger. II n’est pas possible, à partir des sta-
d’incendie expérimentaux et de toxicité de la combustion, on
tistiques d’incendie, de déterminer la fréquence de ce type
en vient à penser que les substances ayant une toxicité spécifi-
d’incendie étant donné que, dans de nombreux cas, les feux
que inhabituelle ne sont pas importantes et que le produit toxi-
qui couvent deviennent des incendies avec flammes avant
que principal qui se forme dans les incendies provoquant
d’être détectés. Cependant, il est probable que les incendies
I’ qui, selon les estimations, brûlent pendant 30 min ou plus
une contribution possible du HCN [181. De plus, les produits
avant qu’on les détecte, ont couvé pendant longtemps, et il
irritants sont susceptibles de jouer un rôle important en retar-
paraît important de noter que les décès se produisent le plus
dant la fuite par des effets sur les yeux et les voies respiratoires
souvent dans cette classe d’incendie.
supérieures, et peut-être même sur les poumons. On en déduit
également qu’il n’y a eu aucune modification importante de la
Pour les incendies avec flammes où la personne se trouve dans
toxicité des produits d’incendie qui soit responsable de la fré-
le local d’origine, le risque porte sur les premières phases de
quence croissante de I’«incapacitation» et du décès, si bien que
l’évolution de l’incendie. L’incendie expérimental qui se déve-
le probléme de compréhension porte certainement sur la facon
,
loppe le plus rapidement ne prend que quelques minutes pour
dont les produits de base (y compris le monoxyde de carbone)
atteindre des niveaux de chaleur et de gaz dangereux pour la vie
sont émis dans les incendies modernes.
WI, [251.
4.3 Scénarios d ‘incendie et «incapacitation»
L’inaptitude des individus à s’échapper de ces incendies semble
des victimes
dépendre d’un certain nombre de facteurs. Les accidents com-
prennent une proportion plus élevée d’enfants et de personnes
Les données provenant de statistiques d’incendie montrent que âgées que la population dans son ensemble, et les individus qui
la grande majorité des blessures et des décès par les incendies perdent leurs moyens pendant la première phase de feu qui
se produisent dans des habitations (80 % au Royaume-Uni et couve (voir ci-dessus), ou à cause de toute autre infirmité sont
aux États-Unis) tandis qu’une petite partie des blessures (20 %) évidemment plus exposés. II semble cependant qu’il y ait deux
et des décès (10 %) se produisent dans d’autres bâtiments tels autres facteurs importants: le comportement de la victime et la
que boutiques, hôtels, hôpitaux et clubs. vitesse exponentielle de l’évolution de l’incendie.
ISO/TR 9122-l : 1989 (FI
les flammes. À des températures relativement basses (jusqu’à
Dans de nombreux cas, la personne bénéficie d’un court
instant pendant lequel elle peut effectuer les actions correctes 400 OC), le matériau polymère se décompose pour donner un
nombre restreint de produits chimiques complexes. C’est à des
lui permettant de s’échapper, après quoi, elle sera rapidement
piégée. Certaines personnes peuvent être endormies pendant températures moyennes (400 OC à 700 OCI que l’on obtient la
ce ((laps de temps» critique où elles peuvent s’échapper, mais plus grande variété et souvent les plus grandes quantités de
on a également des exemples de situations où la victime était produits, lesquels peuvent comprendre les hydrocarbures, les
consciente de l’incendie dès l’allumage, mais est restée pour composés oxygénés (aldéhydes, cétones), etc. C’est égale-
essayer d’éteindre le feu, ou, pour quelque autre raison, n’a pas ment la zone principale où les polymères sensibles à l’oxygène
essayé de s’en aller avant la phase d’évolution très rapide du feu peuvent former des composés oxygénés en incorporant I’oxy-
où la chaleur et le CO atteignent très rapidement des niveaux gène atmosphérique.
qui mettent en danger la vie de l’individu.
À haute température (au-dessus d’environ 700 OC), les compo-
sés organiques et organométalliques, qui sont instables pen-
Le second scénario est celui où les accidents se produisent loin
dant la durée d’exposition normale dans ces conditions, peu-
de la source de l’incendie. Outre le fait que ces accidents se
vent se décomposer. On trouve également des hydrocarbures
produisent dans des habitations, ils ont lieu souvent dans des
polycycliques complexes et d’autres produits stables de faible
bâtiments publics, où un feu développé s’est propagé du pre-
poids moléculaire, tels que le cyanure d’hydrogène et certains
mier matériau allumé aux autres. Les matériaux de ces incen-
nitriles organiques. Au contraire, la combustion avec flamme
dies sont soumis à un important flux thermique externe, et dans
tend à détruire ces produits avec la formation d’une petite série
certains cas, à des environnements pauvres en oxygène. Dans
de produits de combustion simples. Par exemple, avec un poly-
ces cas-là, d’importantes quantités de matériaux peuvent subir
mère contenant du carbone, de l’hydrogène et de l’oxygène, les
une combustion avec flammes ou une pyrolyse produisant de
produits de combustion seront le monoxyde de carbone, le
grandes quantités de fumées et de gaz toxiques.
dioxyde de carbone et l’eau; s’il y a également de l’azote, il peut
se former de l’azote moléculaire et des oxydes d’azote.
Les incendies où la victime se trouve loin du local d’origine sont
responsables du taux le plus important d’accidents non fatals
Outre le CO, CO, et H20, une large gamme de produits se
(48 %) au Royaume-Uni et d’un taux important de décès
forme dans les effluents du feu. Les composés chimiques qui se
(37 % ). Dans ce cas, la victime a cinq fois plus de chances
dégagent pendant la combustion de bois et de polypropylène
d’être tuée par la fumée que par les brûlures, et elle est souvent
(40 kg) dans une pièce-couloir sont donnés au tableau 1. On y
inconsciente de l’incendie pendant la phase cruciale du début,
trouve également un résumé des principaux groupes
si bien que les gaz peuvent ne pas arriver jusqu’à la victime tant
chimiques.
que l’incendie n’a pas atteint sa phase de développement
rapide, et la victime est déjà prise au piège. Les causes principa-
5.2 Caractérisation des atmosphères d’incendie
les de perte de connaissance et de décès dans ce type d’incen-
die sont presque certainement les fumées, particulièrement du
Dans les dernières années, des progrès décisifs ont été réalisés
monoxyde de carbone, qui peut atteindre rapidement des
dans l’analyse des effluents du feu [271. II est reconnu que la
concentrations élevées, et les substances irritantes peuvent
nature globale des produits dépend particulièrement du type de
jouer un rôle crucial en «incapacitant» les victimes et en les
matériau polymère, des températures et des conditions de ven-
empêchant de s’échapper.
tilation. Un certain nombre de facteurs sont importants pour la
définition des atmosphères d’incendie pour des considérations
toxicologiques et pour comparer les atmosphères entre des étu-
5 Nature chimique des effluents du feu
des d’incendie de laboratoire et des études d’incendie à
l’échelle réelle.
5.1 Mécanisme de formation des produits
Ces facteurs sont les suivants:
La connaissance des itinéraires principaux conduisant à la
a) les rendements en oxydes de carbone (et le rapport
formation de produits de combustion [251, [261, [271 est une
CO2/CO) et la réduction en oxygène qui servent à mesurer
donnée essentielle permettant de comprendre de facon plus
les conditions de base de la combustion;
large les aspects chimiques de la toxicologie de combustion
dans les incendies.
b) la concentration en gaz toxiques spécifiques supplé-
mentaires (par rapport au monoxyde de carbone) qui peut
être importante pour les polymères spécifiques brûlés (par
Sous l’action de la chaleur, les matériaux polymères se décom-
exemple cyanure d’hydrogène, chlorure d’hydrogène);
posent et émettent des produits volatils. Si l’on atteint une con-
centration de ces produits et s’il y a allumage, une flamme peut
CI les types et les concentrations de produits organiques
alors se développer et fournir de la chaleur en plus au polymère
«non brûlés» (identifications chimiques) (chemical finger
pour continuer le processus.
prints) comprenant:
La phase primaire de la formation du produit comprend donc la
1) les concentrations totales par rapport au monoxyde
décomposition thermique du matériau polymère et peut se pro-
de carbone,
duire dans des incendies sur toute une gamme de températures
dans des conditions d’oxydation ou d’inertie (conditions pyroly-
2) la répartition en pourcentage des groupes impor-
tiques). La plupart des produits présents dans les effluents du
tants, par exemple hydrocarbures aromatiques et ali-
feu sont du même genre que ceux résultant de la destruction
phatiques, composés oxygénés, amines, nitriles,
des matériaux polymères qui ont échappé à la destruction par
alogénures, etc.;
ISO/TR 9122-1 : 1989 (FI
Ce phénomène est important et constitue un processus qui
d) la vitesse de production de quan tités totales des princi-
paux produits importants su r le plan toxicologique. continue à provoquer des pertes de vies humaines avec les
types traditionnels de mobilier et de lits/de literie où s’est
déclenché un feu couvant à partir de sources telles que le maté-
impo rtants concernant les effluents du feu
Les autres aspects
riel de fumeur. Dans le local d’origine du feu les concentrations
comprennent:
en monoxyde de carbone peuvent être de l’ordre de 0 ppm à
1 500 ppm et comprendre des substances irritantes. Le temps
nécessaire pour arriver à I’«incapacitation)) est souvent long
(des heures plutôt que quelques minutes) avec suffisamment
de temps pour s’échapper si l’alarme est donnée.
la température et le rayonnement des effluents.
b)
1 b) Décomposition sans flammes (par oxydation)
Pendant les incendies et les phénomènes annexes (par exemple
5.3 Classification des incendies
surchauffe), les matériaux et composites peuvent être chauffés
dans des conditions où il y a suffisamment d’oxygène et où les
Des études récentes ont montré que malgré la très grande com-
produits de décomposition toxiques peuvent se former. Les
plexité des effluents du feu, la concentration en oxygène et les
exemples comprennent le transfert de chaleur par rayonnement
concentrations relatives en dioxyde de carbone et en monoxyde
provenant d’une ccplume» de feu en direction de matériaux éloi-
de carbone (rapport CO21CO) peuvent constituer un moyen
gnés pendant la phase de développement de l’incendie avant
simple permettant de les caractériser. Cela provient du fait que
l’embrasement, le chauffage des matériaux de revêtement
la conversion relative de l’oxygène en monoxyde de carbone et
mural, du sol ou du plafond par conduction thermique par les
en dioxyde de carbone dépend notablement de la concentration
structures du bâtiment et les cloisons, etc., et des cas géné-
en oxygène, les fortes concentrations en oxygène favorisant la
raux de surchauffe (câbles électriques, composants
combustion complète en dioxyde de carbone et inversément les
électriques/électroniques, surtout aux endroits où les surfaces
faibles concentrations en oxygène produisant du monoxyde de
extérieures deviennent très chaudes). Les concentrations en
carbone.
oxygène à proximité de ces environnements peuvent être de
21 % ou réduites jusqu’à environ 5 % (ce qui est toujours signi-
En combinant les rapports C02/C0, la concentration en oxy-
ficatif en termes d’oxydation). CO,/CO n’est pas pertinent
gène et la gravité prévue de l’incendie, en se fondant sur les
puisque les flammes ne sont pas présentes. Étant donné que la
températures attendues (ou sur le rayonnement calorifique), on
situation n’est pas significative des conditions de pré-
peut classer un certain nombre de différents types d’incendie,
inflammation, la température directe des matériaux et composi-
comme le montre le tableau 2. Ces types d’incendies sont les
tes sera normalement inférieure à 500 OC, sinon il y aura un
suivants.
auto-allumage des matériaux inflammables. De même, lorsque
la situation est induite par un rayonnement thermique, les
Feu couvant (auto-entretenu)
1 a)
conditions de préembrasement correspondront à des rayonne-
ments inférieurs à 25 kW/m?
Bien que ce concept soit souvent mal compris, un feu couvant
est généralement défini comme une décomposition exothermi-
La décomposition par oxydation a une source de chaleur
que auto-entretenue parfois accompagnée par une incandes-
externe et n’est pas auto-entretenue. Elle ne devrait donc pas
cence. Un feu couvant est initié par une source locale à haute
être confondue avec un feu couvant.
température en l’absence d’une surface chauffante. Elle a lieu la
plupart du temps sur des matériaux naturels et certains compo-
1 c) Décomposition sans flammes (pyrolytique)
sés synthétiques-naturels comprenant un front de feu couvant
qui se propage dans le matériau (tel que coton, panneau de
Le point b) ci-dessus portait sur la décomposition par oxydation
fibres) ou dans un ensemble (par exemple polyuréthanne
des matériaux, par exemple par rayonnement thermique ou sur-
amorcé par la combustion à feu couvant de coton).
chauffe. Dans certains cas, les concentrations en oxygène à
proximité du matériau peuvent être insuffisantes pour induire
Comme cela implique des équilibres complexes entre la généra-
une décomposition par oxydation. Dans ces conditions (géné-
tion et la perte de chaleur, surtout avec les matériaux en vrac, le
ralement moins de 5 % en oxygène), la décomposition sera
phéno
...

RAPPORT
ISO
TECHNIQUE
TR 9122-I
Première édition
1989-09-15
Corrigée et réimprimée
1989-11-15
Essais de toxicité des effluents du feu -
Partie 1 :
Généralités
Toxicity testing of fife effluents -
Part I : General
Numéro de référence
ISO/TR 9122-1 : 1989 (FI
ISO/TR 9122-l : 1989 (FI
Page
Sommaire
Avant-propos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iv
Introduction. v
1 Domaine d’application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
.............................................. 1
2 Définitions et abréviations
3 Généralités . 1
3.1 Historique. 1
3.2 Rapports sur l’état de la technique de la toxicologie de combustion . . . . . . .
3.3 Position actuelle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4 Menace du feu sur la vie des individus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
4.1 Aspectsgénéraux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
4.2 Tendances des statistiques sur les incendies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3 Scénarios d’incendie et «incapacitation» des victimes . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 Nature chimique des effluents du feu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.1 Mécanisme de formation des produits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2 Caractérisation des atmosphères d’incendie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.3 Classification des incendies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6 Études expérimentales des incendies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.1 Aspectsgénéraux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2 Résultats des essais de simulation d’incendie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
0 ISO 1989
Droits de reproduction réservés. Aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni
utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord écrit de l’éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case postale 56 l CH-1211 Genève 20 l Suisse
Imprimé en Suisse
ii
ISO/TR 9122-l : 1989 (F)
Page
7 Essais de toxicité des effluents du feu .
7.1 Introduction .
7.2 Présentation de quelques méthodes types .
7.3 Limitations des essais de toxicité des fumées en laboratoire .
7.4 Méthodes analytiques en remplacement des essais sur les animaux. . 10
8 Analyse du danger et évaluation des risques .
8.1 Aspectsgénéraux .
8.2 Approches pour l’évaluation des risques d’incendie . 10
8.3 Danger de toxicité .
8.4 Atténuation du danger .
9 Remarques en conclusion .
Annexes
......................................................... 13
A Bibliographie
Limites supportables . 15
B
. . .
III
ISO/TR 9122-1 : 1989 (FI
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale
d’organismes nationaux de normalisation (comités membres de I’ISO). L’élaboration
des Normes internationales est normalement confiée aux comités techniques de I’ISO.
Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité
technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec I’ISO participent également aux travaux.
La tâche principale des comités techniques de I’ISO est d’élaborer les Normes interna-
tionales. Exceptionnellement, un comité technique peut proposer la publication d’un
rapport technique d’un des types suivants:
-
type 1: orsqu’en dépit de mai nts efforts au sein d’un comité technique, I’accor
ne peut être réalisé en faveur la publication d’une Norme internationale;
requis
-
type 2: lorsque le sujet en question est encore en cours de développement tech-
nique et requiert une plus grande démonstration;
-
type 3: lorsqu’un comité technique a réuni des données de natures différentes
de celles qui sont normalement publiées comme Normes internationales (ceci pouvant
comprendre des informations sur l’état de la technique, par exemple).
La publication des rapports techniques dépend directement de l’acceptation du Conseil
de I’ISO. Les Rapports techniques des types 1 et 2 font l’objet d’un nouvel examen
trois ans plus tard après leur publication afin de décider éventuellement de leur trans-
formation en Normes internationales. Les rapports techniques du type 3 ne doivent pas
nécessairement être revisés avant que les données fournies ne soient plus jugées vala-
bles ou utiles.
L’ISO/TR 9122 a été préparé par le comité technique ISO/TC 92, Essais au feu sur /es
matériaux de construction, composants et structures.
la décision de publier le présent docu ment sous forme de
Les raisons justifiant
lport technique du type 3 sont exposées dans l’introduction
RaP
L’ISO/TR 9122 comprendra les parties suivantes, sous le titre général Essais de toxicité
des effuents du feu:
-
Partie 7 : Gén&alités
-
Partie 2: Guide des essais biologiques pour la dé termina tion de la toxicité aiguë
des e ffluen ts du feu: principes de base, critères et méthodologie
-
Partie 3: Méthodes d’analyse des gaz et vapeurs
-
Partie 4: Modèles d’incendie
internationale sont données uniquement à
Les annexes A et B de la présente Norme
titre d’information.
iv
ISO/Tf? 9122-l : 1989 (F)
Introduction
à servir d’information de base sur l’état actuel de la
Irésent Rapport technique vise
Le P
tech nique d’élaboration des essais permettant d’évaluer la toxicité des efflu ents du feu.
II met en relief la tendance actuelle en matière d’élaboration des essais et indique com-
ment on pourrait les utiliser à titre de contribution pour déterminer le danger global de
toxicité, tout en attirant l’attention sur la nécessité absolue de tenir compte des infor-
mations provenant d’autres essais au feu pour déterminer le danger global des
incendies.
Ce rapport est destiné à remplacer I’ISO/TR 6543 [ 11 préparé par un groupe de travail
précédent (GT 12) directement lié à I’ISO/TC 92 et qui l’a publié en 1979. Le statut de
rapport technique a été considéré comme étant approprié dans le cadre de I’ISO, étant
donné que ce sujet est toujours en discussion et qu’il y a une possibilité d’accord pour
la préparation ultérieure d’une norme internationale.
Le document décrit l’évolution des idées sur la question des dangers de toxicité depuis
la publication de I’ISO/TR 6543 Cl 1 et essaie d’identifier clairement les points sur les-
quels on est arrivé à un accord général et les points où les divergences entre les
opinions des experts persistent.
Au moment de la préparation du présent Rapport technique, I’ISO/TC 92/SC 3 pro-
gresse dans l’identification des critères et l’étude de méthodes appropriées de produc-
tion d’atmosphères d’incendie (modèles feu), dans l’évaluation biologique de la toxicité
(méthodes d’essais biologiques), dans les études bioanalytiques et dans les
techniques analytiques d’évaluation des espèces toxiques connues dans les gaz
d’incendie et les méthodes de laboratoire.
Les concepts exprimés au sein du GT 12 de I’ISO/TC 92 et plus récemment au sein du
GT 4 de I’ISO/TC 92/SC 3 ont été particulièrement mis en lumière. II a été noté que
ces groupes de travail ont offert l’occasion de débats parmi les experts nommés par les
organismes de normalisation dans le monde entier et de réputation mondiale. La con-
naissance des différents points de vue exprimés par ces experts est une base essentielle
pour tous ceux qui s’occupent de quelque facon que ce soit des méthodes d’essai pos-
sibles pour évaluer la toxicité des effluents du feu.
V
Page blanche
NORME INTERNATIONALE ISO/TR 9122-l : 1989 (F)
Essais de toxicité des effluents du feu -
Partie 1 :
Généralités
NOTE - C’est la définition donnée dans I’ASTM 1980. Aux États-Unis,
1 Domaine d’application
ce terme est souvent utilisé pour faire référence aux conditions
d’incendie sans flammes avec et sans oxydation, en présence d’une
L’objet de la présente partie de I’ISO/TR 9122 est de fournir
source de chaleur externe.
une présentation actualisée des concepts prédominants sur
l’élaboration des essais permettant d’évaluer les dangers de
Les abréviations suivantes sont utilisées dans le texte:
toxicité des incendies. II présente l’état de la technique en 1987.
Monoxyde de carbone CO
Le présent rapport vise à donner des informations essentielles à
Dioxyde de carbone
CO2
tous ceux qui sont chargés d’évaluer la toxicité des effluents Oxygène
volatils du feu non seulement dans l’élaboration de méthodes
Chlorure d’hydrogène HCI
d’essais pertinentes mais également dans leur utilisation pour Eau
H20
atténuer les dangers.
Cyanure d’hydrogène HCN
3 Généralités
2 Définitions et abréviations
Pour les besoins du présent Rapport technique, les définitions
3.1 Historique
suivantes s’appliquent.
Les effets toxiques de l’exposition aux effluents du feu furent
probablement observés par l’homme préhistorique lorsqu’il
2.1 effluents du feu: Ensemble de produits gazeux, de
essaya pour la première fois d’amener le feu dans une grotte. La
particules ou d’aérosol de combustion ou de pyrolyse.
contribution du monoxyde de carbone à la toxicité des effluents
du feu est reconnue depuis plus d’un siècle, mais ce n’est qu’en
1951 qu’une enquête médico-physiologique titrée «Toxicologie
toxicité: Nature (effet) et étendue (puissance) des effets
2.2
du Feu» a été effectuée par Zapp 121. Des expériences
nocifs d’une substance sur un organisme vivant.
effectuées sur des animaux ont contribué à distinguer
quantitativement entre les effets d’exposition directe à la
2.3 danger de toxicité: Danger que courent les individus
flamme (brûlures cutanées et respiratoires), la tension (stress)
dans les incendies de par la formation de produits toxiques
généralisée provoquée par la chaleur et les facteurs toxiques, y
selon leur nature, leur quantité, leur vitesse de production et
compris le monoxyde de carbone, le dioxyde de carbone,
leurs concentrations.
l’appauvrissement en oxygène et autres substances toxiques.
Tandis qu’on s’est apercu que le monoxyde de carbone exerce
risque de toxicité: Probabilité de danger de toxicité. l’effet physiologique prédominant dans toute une gamme de
2.4
produits volatils du feu naturels et synthétisés, les expériences
ont donné de fortes preuves d’interaction parmi tous les
2.5 toxicité spécifique: Effet nocif particulier causé par une
facteurs chimiques et thermiques de tension y compris les
substance toxique, par exemple narcose, irritation.
simples tensions provoquées par la chaleur.
L’expansion rapide de la recherche dans le domaine des
2.6 pouvoir toxique: Mesure de la quantité de substance
toxique requise pour produire un effet toxique spécifique; la polymères pendant les années 50 a permis une croissance
substantielle des informations chimiques et toxicologiques
toxicité est plus élevée lorsque la quantité est plus petite.
portant sur le feu. Une ((Étude de l’information disponible sur la
toxicité des produits de combustion et de décomposition
2.7 modèle feu : Moyen de décomposer et/ou de soumettre
thermique de certains matériaux du bâtiment dans des
à la combustion des éprouvettes d’essai dans des conditions
conditions d’incendie» effectuée en 1963 133 a dénombré
définies permettant de représenter une ou plusieurs phases
297 références. L’expansion de cette base de données s’est
connues de l’incendie afin de générer des effluents du feu pour
poursuivie jusqu’à aujourd’hui en mettant principalement
évaluer la toxicité. (Ce terme est également utilisé par les
l’accent, d’un point de vue théorique, sur l’apport de faits
spécialistes d’essais au feu pour la simulation mathématique
fondamentaux dont dépend toute science.
des caractéristiques d’un incendie.)
À la fin des années 60 et au début des années 70, la recherche
2.8 pyrolyse: Décomposition chimique irréversible due à la s’est de plus en plus tournée vers l’étude de méthodologies
chaleur, habituellement sans oxydation. d’essais de laboratoire. Tandis que la compréhension

lsO/TF? 9122-l : 1989 (FI
Cette étude passe en revue les méthodes d’essais de divers
fondamentale du feu restait un but implicite de la toxicologie de
la combustion, on s’est de plus en plus intéressé à essayer de pays et contient des commentaires approfondis sur les avanta-
ges et inconvénients de chaque méthode selon les auteurs.
définir des méthodes d’essais spécifiques qui pourraient évaluer
ou classifier les matériaux en ce qui concerne la sécurité incen- Bien que les opinions et conclusions présentées n’aient pas été
soumises aux processus de consensus au sein de I’ASTM ou de
die. Des études importantes ont été entreprises par exemple en
Allemagne par Reploh et ses collaborateurs [4], et Hofmann et I’ISO, la teneur réelle de cette étude devrait à elle seule être très
précieuse pour toute personne essayant de mieux comprendre
Oettel [5]. Une contribution fondamentale à la toxicologie aiguë
par inhalation des produits de combustion a été faite par ce que l’on peut, ou ne peut pas attendre, des données obte-
Kimmerle lors de la Série de conférences sur les polymères de nues en essai en toxicologie de la combustion.
l’Université d’Utah [61 en 1973. Le double objectif - compré-
Une autre étude ayant le même objet et la même teneur, intitu-
hension de la menace d’incendie et essais des matériaux -
lée oAnalyse des connaissances actuelles en matière de toxicité
était patent dans l’étendue de documents présentés lors du
des produits de combustion>> [ 151 a été récemment publiée par
«Symposium international de toxicologie des produits de com-
le NFPA (National Fire Protection Association). Cette étude a
bustion» qui s’est tenu à l’Université d’Utah en 1976. À cette
servi de base à un rapport du Comité du NFPA sur la toxicité
date, on comptait plus d’une douzaine d’études importantes [7]
des produits de combustion auprès du Conseil des normes du
provenant de Belgique, de France, d’Allemagne R.F., du
NFPA.
Japon, du Royaume-Uni et des Etats-Unis. Le concept général
d’essai de cette période a été étudié par Birky en 1976 [8].
Les études du Southwest Research Institute et du NFPA sont
d’accord en arrivant aux conclusions suivantes: «Les essais
Après la publication des études mentionnées ci-dessus, plu-
actuels sur la toxicité des produits de combustion sont inadé-
sieurs évaluations indépendantes, comprenant une évaluation
quats à des fins réglementaires)) et «la toxicité devrait être l’un
effectuée par l’Académie nationale des sciences des Etats-Unis
des éléments d’une évaluation du danger du feu» 1161.
[9], ont exprimé le besoin de s’assurer que toute utilisation
envisagée des résultats d’essais devait être liée à la compréhen-
3.3 Position actuelle
sion des «imperfections et limitations» de ce type d’essai. Cette
conception a remplacé celle précédemment adoptée qui préco-
À la fin de 1982, le Groupe de travail 4 est arrivé au consensus
nisait l’utilisation directe des résultats des essais de toxicité
qu’il était nécessaire d’essayer d’intégrer les informations de
‘pour obtenir un classement des dangers de toxicité dans les
toxicité et de combustibilité (et qu’il ne fallait pas utiliser les
incendies.
informations de toxicité telles quelles comme base pour les
décisions portant sur les matériaux).
L’accent a également été mis plutôt sur le rôle des essais toxi-
, cologiques et sur leur contribution à l’analyse des
II n’y a pas eu consensus sur le calendrier ni plus généralement
dangers/l’évaluation des risques pour les matériaux que sur
sur ce qui devait être fait avant qu’il convienne de proposer
celui d’une norme d’essai au feu entraînant directement une
qu’une méthode d’essai de toxicité soit présentée en tant que
décision. Ceci est conforme à la distinction nette entre la toxi-
projet de norme internationale. Malgré cela, il y a eu accord sur
cité et le danger en toxicologie classique [IO], et est générale-
le fait que les groupes de travail de I’ISO devraient continuer à
ment accepté par les toxicologues de la combustion, comme
travailler pour élaborer un projet de norme internationale trai-
l’ont exprimé Anderson et Alarie en 1978 [ 1 II.
tant des problèmes de facon appropriée.
Les essais dans le passé ont porté sur l’identification de maté-
inhabituellement toxiquesl)
riaux donnant des produits
4 Menace du feu sur la vie des individus
lorsqu’on les brûle. Ces termes ont été remplacés par deux
produits de «toxicité spécifique non
termes plus précis :
4.1 Aspects généraux
usuelle» qui concerne des produits qui exercent des effets toxi-
ques que l’on ne trouve pas couramment dans les incendies
Bien que le présent Rapport technique traite principalement des
(c’est-à-dire autres que la narcose ou l’irritation) et «produits à
dangers de toxicité en relation avec les incendies, l’incapacité
extrême haute toxicité» lorsque la toxicité de produits est beau-
de victimes d’échapper aux atmosphères d’incendie est sou-
coup plus large dans le rapport masse/masse de produits à
vent étudiée en fonction de trois facteurs principaux de danger:
haute toxicité normalement trouvés dans les incendies.
a) fumée: obscurcissement de la vision;
3.2 Rapports sur l’état de la technique
b) chaleur;
de la toxicologie de combustion
c) facteurs toxiques: narcose et irritation.
Un rapport approfondi sur l’état de la technique en matière de
toxicologie de la combustion vient d’être achevé par les mem- II a été tenté de définir les limites des capacités humaines à
bres du personnel du Département de la technologie du feu au fonctionner et en fin de compte à survivre à des incendies en
Southwest Research Institute, San Antonio, Texas. Les résul- termes de «limites supportables)) pour chacun des facteurs
tats de cette étude exhaustive (174 pages) ont été publiés sous toxiques (voir annexe B). II a été suggéré que le point auquel la
le titre de oToxicologie de la combustion - Principes et métho- vie ou la mort se décide dans un incendie est le point auquel est
des d’essai)) [ 141. Ce document est une version élargie d’un rap- atteinte la première limite supportable. Quelques incendies
port soumis au Comité E-5 de I’ASTM sur les normes sur le feu expérimentaux ont donc été étudiés dans des pièces où les limi-
CtÉtude critique sur l’état de la technique de la toxicologie de tes supportables ont été atteintes selon une séquence définie et
combus tiorw. dans l’ordre indiqué ci-dessus.
1) Appelés par le passé des mupertoxicantm.
ISO/TR 9122-l : 1989 (F)
Cependant, pour de nombreux incendies, il existe une difficulté la laine, le coton) et que la présence de substances toxiques
importante de faisabilité à traiter précisément en tant qu’entités
inconnues peut être responsable du fait que les personnes
séparées les facteurs ci-dessus mentionnés alors qu’il est courent aujourd’hui un risque accru d’être asphyxiées et de
ne pas pouvoir s’échapper d’un incendie;
prouvé qu’ils sont généralement combinés.
b) la composition et la toxicité des produits d’incendie a
C’est ainsi que la fumée, qui par obscurcissement visuel gêne la
possibilité d’évacuation contient également des produits toxi- peu changé, pour ainsi dire pas du tout, mais la vitesse de
ques qui irritent les yeux, et diminuent encore plus la vision. De propagation de l’incendie est beaucoup plus rapide, et la
vitesse d’évolution des produits est bien plus importante
même, la chaleur, une irritation sévère et une narcose peuvent
apparaître simultanément lors d’incendies de pièces en flammes qu’auparavant.
provoquant une forte incapacitation physique, tandis qu’à la
fin, les effets des gaz narcotiques, I’hypoxie due à I’apprauvris-
Cependant, en considérant ces points de vue, il faut tenir
sement en oxygène, ou la chaleur peuvent aboutir à provoquer
compte du fait que les charges calorifiques ont augmenté dans
la mort.
les zones résidentielles typiques.
Nous pouvons donc envisager le «risque d’intoxication» de
II a également été suggéré que les statistiques pouvaient être
facon générale comme étant l’aspect du risque dû aux facteurs
influencées par des changements dans la manière de faire les
toxiques, mais il n’est pas du tout évident que le risque d’intoxi-
rapports d’incendies, et que les incendies réels pourraient ne
cation puisse en fin de compte se différencier quantitativement
pas avoir changé autant qu’il semble.
du risque global créé par l’incendie.
Des informations qui pourraient être utiles pour comprendre les
En outre, la menace que constituent les atmosphères d’incen-
causes de décès et blessures des incendies émanent de plu-
die sur la vie des individus est fortement aggravée par des
sieurs sources. Les données rassemblées par les organismes
circonstances spéciales. L’incendie est particulièrement dange-
des incendies comprennent surtout des informations sur I’ori-
reux pour les nourrissons et les enfants, les personnes âgées,
gine des incendies, leur étendue et la position de victimes, ce
les invalides et ceux dont les capacités sont diminuées par
qui est d’une utilité limitée pour la compréhension des dangers
l’alcool ou les médicaments ou par les drogues.
toxiques des incendies, mais lorsque cette information est prise
en considération avec des données de feux expérimentaux à
Le feu est également un problème particulier pour les gens qui ne grande échelle, il est possible de faire une évaluation des effets
sont pas dans leur environnement habituel et dans des endroits sur les victimes d’incendies. D’autres données sont obtenues
où les sorties sont physiquement bloquées ou encombrées. d’études pathologiques de morts en incendies E181. Les expo-
sés de survivants des incendies et les expériences de pompiers
sont des sources potentielles prometteuses d’informations pour
4.2 Tendances des statistiques sur les incendies
comprendre les effets toxiques des atmosphères d’incendie,
bien qu’aucune étude systématique ne soit publiée et que de
Les statistiques sur les incendies provenant du Royaume-Uni et
telles informations sont plutôt anecdotiques.
portant sur les années 1955 à 1971 ont montré une augmenta-
tion importante du nombre d’accidents fatals et non fatals pour
Les principaux produits toxiques identifiés dans les incendies se
cause dkasphyxie par les gaz ou les fumées toxiques». En parti-
divisent en deux classes: les gaz narcotiques qui peuvent pro-
culier, Bowes [171 a indiqué que le nombre des morts dus a des
voquer une narcose et la mort, et les irritants qui provoquent
gaz ou à des fumées toxiques a quadruplé entre ces années.
une Des statistiques semblables d’autres pays sur cette même
et les voies respiratoires supérieures. Ces effets peuvent gêner
période ne sont pas disponibles. Cependant, historiquement,
les possibilités de s’échapper et parfois provoquer la mort chez
les statistiques britanniques ont soulevé la question de savoir si
les victimes survivant à l’exposition immédiate par suite d’atta-
l’augmentation de victimes d’inhalation de fumée est en rapport
que des poumons.
avec l’utilisation croissante de matériaux d’ameublement
modernes synthétiques sur cette même période.
Les deux gaz narcotiques principaux qui apparaissent dans les
incendies, CO et HCN, ont été mesurés dans le sang des victi-
Bien que les victimes d’incendie attribuées à la fumée et aux
mes d’incendies mortes [183 ou non 1191. On sait relativement
gaz toxiques au Royaume-Uni ont continué à croître, I’augmen-
peu de chose sur l’exposition aux produits irritants, étant donné
tation n’a pas été aussi dramatique depuis 1971. Les statisti-
qu’il est difficile d’identifier dans le sang s’ils proviennent d’un
ques au Japon depuis 1968 et aux États-Unis depuis 1977 n’ont
incendie (par exemple HCI, aldéhydes). Cependant, Treitman et
pas reflété une augmentation des morts dus à l’inhalation de
al. et d’autres chercheurs ont détecté des niveaux élevés
fumée dans le passé récent.
d’acroléine dans certaines atmosphères réelles d’incendie
ml, PII.
Toutefois, les statistiques britanniques ont eu un fort impact
historique. II existe actuellement deux points de vue principaux
De tous les gaz narcotiques, le CO est indubitablement le plus
permettant d’expliquer les statistiques au Royaume-Uni de 1955
important et a donné dans le sang des concentrations de
à 1971:
carboxyhémoglobine ( > 50 %) dans 54 % des morts par
incendie dans l’étude de pathologie récente [181 effectuée à
a) la composition des produits d’incendie a changé, si bien Glasgow sur la région de Strathclyde en Écosse, alors qu’envi-
que la fumée des incendies «modernes» est plus toxique, si
ron 70 % des victimes avaient des niveaux de carboxyhémoglo-
l’on prend le rapport de masse à masse, que la fumée pro- bine capables de provoquer une 30 % de
duite par des matériaux «traditionnels» (par exemple le bois,
carboxyhémoglobine), et tous les autres cas à l’exception de
ISO/TR 9122-l : 1989 (F)
deux d’entre eux avaient des brûlures suffisantes pour provo- II y a deux cas différents dans lesquels des accidents dus aux
quer la mort. La contribution du HCN aux décès par incendie a produits de combustion toxique se produisent: ceux qui se
été plus difficile à évaluer étant donné que les niveaux élevés de situent dans l’endroit où l’incendie a son origine et ceux qui
cyanure dans le sang étaient presque toujours accompagnés de sont éloignés de cet endroit, et dans chaque cas, les risques
niveaux élevés de carboxyhémoglobine dans le sang des victi- peuvent être dus à une combustion avec ou sans flamme.
mes, mais le sang de 24 % des victimes contenait suffisam-
ment de cyanure (> 50 ~mol/l) pour avoir des effets invali-
Les statistiques au Royaume-Uni indiquent que, avec des
dants et dans 5 % pour avoir constitué une menace sur la vie
incendies dans des locaux domestiques et des incendies lors du
(> 100 ~mol/l) [221. L’autre facteur principal associé aux
transport, la plupart des accidents se produisent au lieu d’ori-
décès dus aux incendies dans la présente étude était un niveau
gine de l’incendie. Pour les incendies dans les habitations au
d’alcool élevé dans le sang (42 % des victimes) bien que ce
Royaume-Uni, cette classe d’incendie est responsable de la
facteur soit trouvé moins significatif au Royaume-Uni dans son
plus grande fréquence de décès (60 %) et d’une grande fré-
ensemble.
quence de blessures (39 %) et ces incendies se produisent le
plus souvent dans les salles de séjour et dans les chambres, et
sur le mobilier ou la literie. Dans ces cas, le matériau qui
Environ 40 % des cas mortels dans l’étude faite à Glasgow
s’allume en premier peut être responsable de l’environnement
avaient des hémorragies pulmonaires qui pouvaient être dues à
toxique, le feu ne s’étant pas encore étendu aux autres maté-
des produits chimiques irritants plutôt qu’à la chaleur. Cepen-
riaux, il n’y a pas de flux thermique externe au matériau qui
dant, on connaît peu le rôle des produits irritants dans I?tinca-
brûle, et la flamme ou le feu qui couve sont soutenus par sa
pacitatiom) et il y a peu de données publiées sur les êtres
nature exothermique.
humains portant sur les effets de l’irritation des yeux et des
voies respiratoires sur l’aptitude à s’échapper, particulièrement
Aux États-Unis, les statistiques pour les années 1980 à 1983
dans les incendies. Les combinaisons de l’analyse spectrométri-
indiquent que la plupart des morts dus à la fumée ont lieu seule-
que de la masse GC des atmosphères des produits de combus-
ment en dehors du lieu d’origine de l’incendie (21 % dans le lieu
tion avec des expositions d’animaux commencent à permettre
d’origine de l’incendie et 77 % en dehors). La raison peut être
d’identifier certains des composants importants [231.
liée aux différences dans la facon de rassembler les informa-
,
tions entre le Royaume-Uni et les États-Unis, étant donné qu’au
Cependant, un autre point qui ressort de l’étude de Glasgow
Royaume-Uni les victimes de «fumée» sont comprises dans les
est qu’il n’y avait aucun groupe important de décès où la mort
victimes «de brûlures et fumée combinées».
ne pouvait être attribuée ni au CO, ni aux brûlures. II n’y a
aucune preuve que les substances dont la toxicité spécifique
Le risque de toxicité dans ces incendies dépend du temps pen-
est inhabituelle soient importantes dans les incendies bien que
dant lequel le feu couve ou de la rapidité avec laquelle la com-
l’on ne puisse pas nier leur existence. II faut se rappeler que,
bustion se développe.
bien que la plupart des victimes décédées aient eu des brûlures
ou des niveaux élevés de carboxyhémoglobine dans le sang,
Avec des feux qui couvent, on a simplement le temps de
cela ne prouve pas que l’un ou l’autre de ces éléments soit res-
s’échapper si l’alarme est donnée suffisamment tôt, mais les
ponsable de Ikincapacitatiom) initiale. Néanmoins, lorsque les
individus peuvent être paralysés par les fumées, en particulier le
preuves obtenues à partir d’incendies et de victimes d’incendies
monoxyde de carbone, après une longue période, s’ils ne sont
réels sont étudiées avec des données provenant d’études
pas conscients du danger. II n’est pas possible, à partir des sta-
d’incendie expérimentaux et de toxicité de la combustion, on
tistiques d’incendie, de déterminer la fréquence de ce type
en vient à penser que les substances ayant une toxicité spécifi-
d’incendie étant donné que, dans de nombreux cas, les feux
que inhabituelle ne sont pas importantes et que le produit toxi-
qui couvent deviennent des incendies avec flammes avant
que principal qui se forme dans les incendies provoquant
d’être détectés. Cependant, il est probable que les incendies
I’ qui, selon les estimations, brûlent pendant 30 min ou plus
une contribution possible du HCN [181. De plus, les produits
avant qu’on les détecte, ont couvé pendant longtemps, et il
irritants sont susceptibles de jouer un rôle important en retar-
paraît important de noter que les décès se produisent le plus
dant la fuite par des effets sur les yeux et les voies respiratoires
souvent dans cette classe d’incendie.
supérieures, et peut-être même sur les poumons. On en déduit
également qu’il n’y a eu aucune modification importante de la
Pour les incendies avec flammes où la personne se trouve dans
toxicité des produits d’incendie qui soit responsable de la fré-
le local d’origine, le risque porte sur les premières phases de
quence croissante de I’«incapacitation» et du décès, si bien que
l’évolution de l’incendie. L’incendie expérimental qui se déve-
le probléme de compréhension porte certainement sur la facon
,
loppe le plus rapidement ne prend que quelques minutes pour
dont les produits de base (y compris le monoxyde de carbone)
atteindre des niveaux de chaleur et de gaz dangereux pour la vie
sont émis dans les incendies modernes.
WI, [251.
4.3 Scénarios d ‘incendie et «incapacitation»
L’inaptitude des individus à s’échapper de ces incendies semble
des victimes
dépendre d’un certain nombre de facteurs. Les accidents com-
prennent une proportion plus élevée d’enfants et de personnes
Les données provenant de statistiques d’incendie montrent que âgées que la population dans son ensemble, et les individus qui
la grande majorité des blessures et des décès par les incendies perdent leurs moyens pendant la première phase de feu qui
se produisent dans des habitations (80 % au Royaume-Uni et couve (voir ci-dessus), ou à cause de toute autre infirmité sont
aux États-Unis) tandis qu’une petite partie des blessures (20 %) évidemment plus exposés. II semble cependant qu’il y ait deux
et des décès (10 %) se produisent dans d’autres bâtiments tels autres facteurs importants: le comportement de la victime et la
que boutiques, hôtels, hôpitaux et clubs. vitesse exponentielle de l’évolution de l’incendie.
ISO/TR 9122-l : 1989 (FI
les flammes. À des températures relativement basses (jusqu’à
Dans de nombreux cas, la personne bénéficie d’un court
instant pendant lequel elle peut effectuer les actions correctes 400 OC), le matériau polymère se décompose pour donner un
nombre restreint de produits chimiques complexes. C’est à des
lui permettant de s’échapper, après quoi, elle sera rapidement
piégée. Certaines personnes peuvent être endormies pendant températures moyennes (400 OC à 700 OCI que l’on obtient la
ce ((laps de temps» critique où elles peuvent s’échapper, mais plus grande variété et souvent les plus grandes quantités de
on a également des exemples de situations où la victime était produits, lesquels peuvent comprendre les hydrocarbures, les
consciente de l’incendie dès l’allumage, mais est restée pour composés oxygénés (aldéhydes, cétones), etc. C’est égale-
essayer d’éteindre le feu, ou, pour quelque autre raison, n’a pas ment la zone principale où les polymères sensibles à l’oxygène
essayé de s’en aller avant la phase d’évolution très rapide du feu peuvent former des composés oxygénés en incorporant I’oxy-
où la chaleur et le CO atteignent très rapidement des niveaux gène atmosphérique.
qui mettent en danger la vie de l’individu.
À haute température (au-dessus d’environ 700 OC), les compo-
sés organiques et organométalliques, qui sont instables pen-
Le second scénario est celui où les accidents se produisent loin
dant la durée d’exposition normale dans ces conditions, peu-
de la source de l’incendie. Outre le fait que ces accidents se
vent se décomposer. On trouve également des hydrocarbures
produisent dans des habitations, ils ont lieu souvent dans des
polycycliques complexes et d’autres produits stables de faible
bâtiments publics, où un feu développé s’est propagé du pre-
poids moléculaire, tels que le cyanure d’hydrogène et certains
mier matériau allumé aux autres. Les matériaux de ces incen-
nitriles organiques. Au contraire, la combustion avec flamme
dies sont soumis à un important flux thermique externe, et dans
tend à détruire ces produits avec la formation d’une petite série
certains cas, à des environnements pauvres en oxygène. Dans
de produits de combustion simples. Par exemple, avec un poly-
ces cas-là, d’importantes quantités de matériaux peuvent subir
mère contenant du carbone, de l’hydrogène et de l’oxygène, les
une combustion avec flammes ou une pyrolyse produisant de
produits de combustion seront le monoxyde de carbone, le
grandes quantités de fumées et de gaz toxiques.
dioxyde de carbone et l’eau; s’il y a également de l’azote, il peut
se former de l’azote moléculaire et des oxydes d’azote.
Les incendies où la victime se trouve loin du local d’origine sont
responsables du taux le plus important d’accidents non fatals
Outre le CO, CO, et H20, une large gamme de produits se
(48 %) au Royaume-Uni et d’un taux important de décès
forme dans les effluents du feu. Les composés chimiques qui se
(37 % ). Dans ce cas, la victime a cinq fois plus de chances
dégagent pendant la combustion de bois et de polypropylène
d’être tuée par la fumée que par les brûlures, et elle est souvent
(40 kg) dans une pièce-couloir sont donnés au tableau 1. On y
inconsciente de l’incendie pendant la phase cruciale du début,
trouve également un résumé des principaux groupes
si bien que les gaz peuvent ne pas arriver jusqu’à la victime tant
chimiques.
que l’incendie n’a pas atteint sa phase de développement
rapide, et la victime est déjà prise au piège. Les causes principa-
5.2 Caractérisation des atmosphères d’incendie
les de perte de connaissance et de décès dans ce type d’incen-
die sont presque certainement les fumées, particulièrement du
Dans les dernières années, des progrès décisifs ont été réalisés
monoxyde de carbone, qui peut atteindre rapidement des
dans l’analyse des effluents du feu [271. II est reconnu que la
concentrations élevées, et les substances irritantes peuvent
nature globale des produits dépend particulièrement du type de
jouer un rôle crucial en «incapacitant» les victimes et en les
matériau polymère, des températures et des conditions de ven-
empêchant de s’échapper.
tilation. Un certain nombre de facteurs sont importants pour la
définition des atmosphères d’incendie pour des considérations
toxicologiques et pour comparer les atmosphères entre des étu-
5 Nature chimique des effluents du feu
des d’incendie de laboratoire et des études d’incendie à
l’échelle réelle.
5.1 Mécanisme de formation des produits
Ces facteurs sont les suivants:
La connaissance des itinéraires principaux conduisant à la
a) les rendements en oxydes de carbone (et le rapport
formation de produits de combustion [251, [261, [271 est une
CO2/CO) et la réduction en oxygène qui servent à mesurer
donnée essentielle permettant de comprendre de facon plus
les conditions de base de la combustion;
large les aspects chimiques de la toxicologie de combustion
dans les incendies.
b) la concentration en gaz toxiques spécifiques supplé-
mentaires (par rapport au monoxyde de carbone) qui peut
être importante pour les polymères spécifiques brûlés (par
Sous l’action de la chaleur, les matériaux polymères se décom-
exemple cyanure d’hydrogène, chlorure d’hydrogène);
posent et émettent des produits volatils. Si l’on atteint une con-
centration de ces produits et s’il y a allumage, une flamme peut
CI les types et les concentrations de produits organiques
alors se développer et fournir de la chaleur en plus au polymère
«non brûlés» (identifications chimiques) (chemical finger
pour continuer le processus.
prints) comprenant:
La phase primaire de la formation du produit comprend donc la
1) les concentrations totales par rapport au monoxyde
décomposition thermique du matériau polymère et peut se pro-
de carbone,
duire dans des incendies sur toute une gamme de températures
dans des conditions d’oxydation ou d’inertie (conditions pyroly-
2) la répartition en pourcentage des groupes impor-
tiques). La plupart des produits présents dans les effluents du
tants, par exemple hydrocarbures aromatiques et ali-
feu sont du même genre que ceux résultant de la destruction
phatiques, composés oxygénés, amines, nitriles,
des matériaux polymères qui ont échappé à la destruction par
alogénures, etc.;
ISO/TR 9122-1 : 1989 (FI
Ce phénomène est important et constitue un processus qui
d) la vitesse de production de quan tités totales des princi-
paux produits importants su r le plan toxicologique. continue à provoquer des pertes de vies humaines avec les
types traditionnels de mobilier et de lits/de literie où s’est
déclenché un feu couvant à partir de sources telles que le maté-
impo rtants concernant les effluents du feu
Les autres aspects
riel de fumeur. Dans le local d’origine du feu les concentrations
comprennent:
en monoxyde de carbone peuvent être de l’ordre de 0 ppm à
1 500 ppm et comprendre des substances irritantes. Le temps
nécessaire pour arriver à I’«incapacitation)) est souvent long
(des heures plutôt que quelques minutes) avec suffisamment
de temps pour s’échapper si l’alarme est donnée.
la température et le rayonnement des effluents.
b)
1 b) Décomposition sans flammes (par oxydation)
Pendant les incendies et les phénomènes annexes (par exemple
5.3 Classification des incendies
surchauffe), les matériaux et composites peuvent être chauffés
dans des conditions où il y a suffisamment d’oxygène et où les
Des études récentes ont montré que malgré la très grande com-
produits de décomposition toxiques peuvent se former. Les
plexité des effluents du feu, la concentration en oxygène et les
exemples comprennent le transfert de chaleur par rayonnement
concentrations relatives en dioxyde de carbone et en monoxyde
provenant d’une ccplume» de feu en direction de matériaux éloi-
de carbone (rapport CO21CO) peuvent constituer un moyen
gnés pendant la phase de développement de l’incendie avant
simple permettant de les caractériser. Cela provient du fait que
l’embrasement, le chauffage des matériaux de revêtement
la conversion relative de l’oxygène en monoxyde de carbone et
mural, du sol ou du plafond par conduction thermique par les
en dioxyde de carbone dépend notablement de la concentration
structures du bâtiment et les cloisons, etc., et des cas géné-
en oxygène, les fortes concentrations en oxygène favorisant la
raux de surchauffe (câbles électriques, composants
combustion complète en dioxyde de carbone et inversément les
électriques/électroniques, surtout aux endroits où les surfaces
faibles concentrations en oxygène produisant du monoxyde de
extérieures deviennent très chaudes). Les concentrations en
carbone.
oxygène à proximité de ces environnements peuvent être de
21 % ou réduites jusqu’à environ 5 % (ce qui est toujours signi-
En combinant les rapports C02/C0, la concentration en oxy-
ficatif en termes d’oxydation). CO,/CO n’est pas pertinent
gène et la gravité prévue de l’incendie, en se fondant sur les
puisque les flammes ne sont pas présentes. Étant donné que la
températures attendues (ou sur le rayonnement calorifique), on
situation n’est pas significative des conditions de pré-
peut classer un certain nombre de différents types d’incendie,
inflammation, la température directe des matériaux et composi-
comme le montre le tableau 2. Ces types d’incendies sont les
tes sera normalement inférieure à 500 OC, sinon il y aura un
suivants.
auto-allumage des matériaux inflammables. De même, lorsque
la situation est induite par un rayonnement thermique, les
Feu couvant (auto-entretenu)
1 a)
conditions de préembrasement correspondront à des rayonne-
ments inférieurs à 25 kW/m?
Bien que ce concept soit souvent mal compris, un feu couvant
est généralement défini comme une décomposition exothermi-
La décomposition par oxydation a une source de chaleur
que auto-entretenue parfois accompagnée par une incandes-
externe et n’est pas auto-entretenue. Elle ne devrait donc pas
cence. Un feu couvant est initié par une source locale à haute
être confondue avec un feu couvant.
température en l’absence d’une surface chauffante. Elle a lieu la
plupart du temps sur des matériaux naturels et certains compo-
1 c) Décomposition sans flammes (pyrolytique)
sés synthétiques-naturels comprenant un front de feu couvant
qui se propage dans le matériau (tel que coton, panneau de
Le point b) ci-dessus portait sur la décomposition par oxydation
fibres) ou dans un ensemble (par exemple polyuréthanne
des matériaux, par exemple par rayonnement thermique ou sur-
amorcé par la combustion à feu couvant de coton).
chauffe. Dans certains cas, les concentrations en oxygène à
proximité du matériau peuvent être insuffisantes pour induire
Comme cela implique des équilibres complexes entre la généra-
une décomposition par oxydation. Dans ces conditions (géné-
tion et la perte de chaleur, surtout avec les matériaux en vrac, le
ralement moins de 5 % en oxygène), la décomposition sera
phéno
...