Une nouvelle méthode révolutionnaire testée permet d'éteindre les incendies de VE au lithium-ion en dix minutes avec un minimum d'eau.

Un rapport d'essais rendu public cette semaine par l'Agence suédoise de protection civile (MSB) montre qu'un extincteur à découpage peut éteindre en toute sécurité un feu de batterie en très peu de temps, avec une utilisation minimale d'eau et sans risque de réinflammation.

Le rapport est basé sur les résultats d'un certain nombre de tests effectués dans le cadre d'un projet collaboratif impliquant plusieurs parties prenantes, dont la Commission pour la désincarcération et les nouvelles technologies du CTIF, et le CTIF Suède, où Tore Eriksson, Tom van Esbroeck et Michel Gentilleau ont fait partie du groupe de référence. Yvonne Näsman et Per-OlaMalmquist du CTIF ont été membres du projet au nom de MSB.se.

Les essais visaient à déterminer si l'injection d'eau dans une batterie Li-ion en emballement thermique permettait d'étouffer et d'éteindre efficacement l'incendie sans qu'il ne se rallume.

Plusieurs types d'équipements ont été testés, notamment des clous à brouillard, des pioches, des buses traditionnelles et divers extincteurs pénétrants (qui utilisent le brouillard d'eau pour percer la coque protectrice de la batterie).

Veuillez noter que, pour des raisons de sécurité, l'utilisation de clous à brou illard ou de pioches (pour briser la coque de la batterie avant l'application de l'eau) n' est pas recommandée dans le rapport.

Plusieurs outils et méthodes testés

En tant que partie prenante du projet, Cobra Cold Cut Systems, membre associé du CTIF, a fourni sa lance à haute pression Cobra Ultra .

La lance d'extinction Murer a également été testée. Les deux outils permettent d'éteindre les incendies à distance grâce à l'utilisation d'unbrouillard d'eau qui peut pénétrer les murs et autres surfaces dures .

Dans le cas de l'essai grandeur nature, l'extincteur à coupe Cobra a été utilisé pour pénétrer la coque protectrice de la batterie au lithium du véhicule électrique, avec une introduction minimale d'oxygène dans la cellule .

Éviter les flammes et autres risques en utilisant les outils de pénétration appropriés

Plusieurs méthodes et outils ont été testés, et les outils d'extinction à haute pression ont donné les meilleurs résultats. Ils ont également fourni les méthodes les plus sûres pour l'opérateur, avec le risque le plus faible de rallumage ou de flammes de jet dangereuses.

La raison pour laquelle les extincteurs à coupe sont plus efficaces que les autres méthodes est que ces outils utilisent de l'eau à haute pression (parfois mélangée à un abrasif) pour couper l'enveloppe de la batterie, minimisant ainsi l'introduction d'oxygène dans la cellule.

Les moyens d'extinction utilisés sont les suivants

• L'équipement de lutte contre l'incendie Cobra Ultra High Pressure Lance (UHPL) - cet équipement utilise un abrasif entraîné dans l'eau pour percer, puis un brouillard d'eau pour supprimer/éteindre. Le tout est appliqué en une seule action continue. Il utilise de l'eau à un débit de 58 l/min.
• Lance pénétrante isolée - elle utilise une alimentation en eau à basse pression pour appliquer de l'eau, mais sans utiliser d'abrasif ; elle utilise de l'eau à 25 l/min.
• Injection d'eau à l'aide d'une hache et d'un tuyau relié à une source d'eau. La hache est utilisée pour faire le trou dans la batterie et le tuyau pour injecter l'eau dans la batterie. Le débit d'eau est de 75 l/min.

Les clous à brouillard et les pioches ne sont pas recommandés pour des raisons de sécurité.

D'autres méthodes testées, comme l'utilisation de clous antibrouillard ou de pioches pour briser la coque de la batterie avant l'application de l'eau, ne sont pas recommandées dans le rapport.

La raison pour laquelle les clous à brouillard et les pioches ont été jugés inappropriés est que ces méthodes ont montré une tendance accrue à faire jaillir des flammes dangereuses de la batterie, et qu'elles ont également exposé le pompier à un plus grand risque d'électrocution en raison du courant restant dans la batterie.

Le rapport du MSB souligne que les opérateurs qui souhaitent essayer cette méthode ne doivent le faire qu'après une évaluation approfondie des risques et qu'après avoir reçu une formation appropriée à l'utilisation d'outils approuvés à cet effet par le fabricant. Le rapport souligne également l'importance de n'utiliser que des outils et des méthodes approuvés par l'employeur.

Extinction réussie d'une batterie de véhicule électrique en 4 minutes - avec seulement 63 gallons d'eau

Plusieurs modules de batterie autonomes ainsi qu'un véhicule électrique grandeur nature ont été testés en amenant les batteries dans un état d'emballement thermique, ce qui a provoqué un incendie de la batterie. L'eau a été introduite 15 minutes après les premiers signes de propagation, afin de simuler un délai d'intervention typique des services d'incendie.

Lors de l'essai en grandeur réelle, la durée totale de l'effort d'extinction, depuis le moment où l'eau a été appliquée pour la première fois sur l'incendie du véhicule jusqu'au moment où la batterie lithium-ion a été jugée inerte, n'a été que de dix minutes pour l'extinction de l'ensemble de l'incendie du véhicule. La durée totale de l'extinction de la batterie seule a été de 4 minutes .

La consommation d'eau pour l'extinction de la batterie lithium-ion a été calculée à seulement 240 litres.

Si l'on inclut le temps nécessaire à l'extinction de l'ensemble de l' incendie du véhicule, , un total de 750 litres / 200 gallons a été utilisé, dans un effort combiné avec l'extincteur à coupe Cobra et l'extinction traditionnelle à l'eau.

Ce chiffre peut être comparé à des exemples concrets de services d'incendie qui ont utilisé des milliers de litres d'eau, nécessitant plusieurs camions-citernes, pour lutter contre un seul incendie de véhicule électrique.

De nombreux services de lutte contre les incendies ont également été témoins de cas où plusieurs équipes ont été dépêchées, passant des heures à essayer de contenir les incendies de VE, avec des résultats parfois très mitigés.

Aucun signe de reprise avec une utilisation minimale d'eau

Après seulement dix minutes d'inondation avec une quantité d'eau relativement faible, les batteries n'ont montré aucun signe de rallumage. Les mesures de tension des modules de batterie ont également montré que, dans tous les tests, les éléments de batterie affectés et les éléments voisins étaient refroidis et présentaient une baisse de tension. D'autres éléments de batterie ont conservé une charge complète ou résiduelle.

Certains des éléments de batterie sur lesquels l'extincteur Cobra avait été appliqué ne présentaient aucune tension résiduelle.

L'observation la plus importante est que, dans tous les cas, les éléments de batterie affectés et les éléments voisins ont été refroidis par l'introduction d'eau et ont présenté une baisse de tension. Cela a également permis de stopper la propagation du feu dans la batterie et d'empêcher l'incendie de se propager davantage.

Lire un résumé du rapport sur la page d'accueil de Cold Cut Systems

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Vous trouverez ci-dessous une vidéo éducative de 28 minutes montrant comment les tests ont été effectués.

Les essais ont été réalisés en 2022, après qu'une série d'essais préliminaires se soient révélés prometteurs en 2021.

Plusieurs types d'essais ont été réalisés, notamment des essais d'incendie sur des batteries isolées de véhicules électriques, ainsi qu'un essai d'incendie à grande échelle sur une batterie lithium-ion à l'intérieur d'un véhicule électrique.

Le fichier "Putting out battery fires with water" (éteindre les incendies de batteries avec de l'eau) est le rapport officiel du projet de MSB. Il peut être téléchargé en format pdf ci-dessus.

Il s'agit d'une version traduite par une machine du document suédois original. Une version professionnelle du document, traduite par un traducteur humain, sera bientôt publiée.

L'eau doit être appliquée en même temps que la pénétration, sous peine de provoquer de dangereuses flammes de jet.

Les essais montrent clairement qu'il est importantde pouvoir appliquer de l'eau simultanément à la pénétration de la coque protectrice de la batterie. D'autres méthodes, qui consistent à briser d'abord l'enveloppe de la batterie, laissent le temps à l'oxygène de pénétrer dans les cellules, ce qui peut conduire à un rallumage de la batterie. Le découpeur à froid permet d'inonder la batterie avec de l'eau avant que l'oxygène ne pénètre dans les cellules de la batterie, ce qui rend la batterie inerte en un temps plus court et offre un environnement de travail plus sûr pour l'opérateur.

Pas de rallumage dans les batteries testées au feu

Le rallumage des batteries lithium-ion qui ont déjà brûlé est assez courant et peut poser des problèmes aux dépanneuses et aux parcs à ferraille. Bien que les résultats de ces essais ne soient pas nécessairement concluants en ce qui concerne le rallumage, les méthodes testées sont prometteuses. Le texte ci-dessous est traduit directement du rapport suédois :

"La surveillance visant à détecter un éventuel rallumage a été limitée à 15 minutes, ce qui peut être acceptable dans une situation d'essai technique. Cependant, l'expérience sur le terrain a montré que le rallumage peut se produire après un laps de temps considérable - des heures ou des jours après le début de l'incendie. Pendant les deux ou trois jours où la batterie a été stockée après l'incendie et avant son démontage, il n'y a pas eu de rallumage.

Vidéo de Cold Cut System :

La vidéo ci-dessous, tirée de la chaîne YouTube de Cold Cut Systems, montre certaines des méthodes utilisées lors des tests. La méthode d'extinction des incendies de batteries de VE avec Cobra est basée sur le rapport de l'Agence suédoise des situations d'urgence civile (MSB), "Démonstration d'une méthode d'extinction des batteries lithium-ion". Ce film a été réalisé pour visualiser les tests effectués sur le véhicule électrique complet et ne provient pas des tests réels.

Méthodologie

Une analyse des documents de recherche existants sur les incendies de batteries Li-ion a été réalisée pour s'assurer que tous les risques connus étaient bien compris, ainsi que le mécanisme de propagation de l'incendie dans les batteries Li-ion.

L'une des conclusions générales de cette recherche est que la suppression la plus efficace d'une batterie Li-ion à propagation thermique est obtenue lorsque le liquide de refroidissement peut être appliqué aussi près que possible du cœur de la source de chaleur à l'intérieur de la batterie.

L'eau douce est le fluide le plus facilement disponible pour les premiers intervenants et a donc été l'agent choisi pour ces tests. L'un des objectifs des essais était de voir si des tactiques sûres pouvaient être mises au point pour que les secouristes puissent appliquer de l'eau pour refroidir l'intérieur d'une batterie Li-ion en emballement thermique.

Tous les tests ont été réalisés avec des batteries Li-ion dont l'état de charge était de 100 %. L'emballement thermique a été déclenché à l'aide d'une plaque chauffante installée avant le test. Les batteries ont également été modifiées pour contourner certains systèmes de sécurité ; ces modifications n'ont pas eu d'impact sur l'effet de refroidissement de l'eau.

Dans les essais ii) et iii), une fois que l'emballement thermique a été déclenché dans une cellule de la batterie, un délai de 15 minutes s'est écoulé avant l'application de l'agent extincteur. Ceci afin de simuler le temps nécessaire pour appeler les secours et pour qu'ils arrivent sur les lieux. Les essais ont pris fin lorsque l'inspection visuelle a indiqué qu'il n'y avait plus de propagation thermique et que les températures enregistrées par l'équipement d'imagerie thermique étaient inférieures à 50°C.

Les trois essais, dans l'ordre, étaient les suivants
i). Trois sous-packs autonomes - quatre modules de batterie à 24 volts, 6,54 kWh
ii) Une batterie de traction autonome à 14,8 volts, 2,8 kWh
iii) un véhicule électrique complet avec batterie de traction - 27 modules à 14,8 volts, 2,8 kWh.

Les essais ont été réalisés sur quatre types de configurations différentes :

- sous-batterie

- batterie de voiture électrique autonome

- véhicule électrique complet

- module de batterie.

Lesessais ont été réalisés pendant deux jours en avril 2022sur un terrain d'entraînement de l'association des services d'urgence de Södra Älvsborg. Il s'agit d'un terrain d'entraînement avancé qui possède de nombreuses années d'expérience en matière d'essais d'outils de coupe à froid pour diverses applications.

Au total, huit essais ont été réalisés, répartis sur quatre tests différents. Les essais ont été précédés d'une analyse des risques au cours de laquelle tous les outils ont été évalués sur la base de conditions spécifiques. L'analyse des risques a également pris en compte la conception des objets testés.

L'analyse des risques a montré qu'il pourrait y avoir des difficultés d'accès à la batterie et de sécurité électrique si l'on n'utilisait que l'équipement standard existant sur les véhicules de pompiers modernes. Il a donc été décidé d'inclure deux outils commerciaux dans la démonstration, l'extincteur de coupe et la lance d'extinction.

La conclusion suivante concernant les autres méthodes est traduite directement du document source suédois :

"Lorsque nous avons fait des trous tout en ajoutant de l'eau, aucune nouvelle flamme n'est apparue. Cependant, lorsque nous avons fait des trous sans ajouter d'eau, des flammes de jet sont apparues. Deux tentatives d'extinction ont été effectuées à l'aide d'outils auto-construits, assemblés à partir d'équipements supposés se trouver sur un camion de pompiers moderne standard : un tuyau de jet et un tuyau étroit, ainsi qu'une pioche, qui a été utilisée pour percer des trous. Bien que cela ait fonctionné lors de la démonstration,ce type d'approche n'est pas recommandé car la technologie est difficile à mettre en œuvre dans un véritable incendie de véhicule où l'accès à la batterie est limité et où il faudrait travailler à l'intérieur d'un véhicule en flammes".

"Lesrisques associés à la manipulation d'une batterie brûlée contenant une quantité importante d'énergie résiduelle doivent toujours être mis en balance avec les avantages d'un raccourcissement du délai d'intervention. Il convient de noter que les batteries lithium-ion qui ont été laissées à l'abandon peuvent également contenir une tension résiduelle et doivent toujours être traitées dans cette optique jusqu'à ce qu'il soit confirmé qu'elles sont électriquement mortes. Lors de la démonstration, une caméra thermique et un thermocouple ont été utilisés. Il est important de noter que la caméra thermique est sensible aux reflets et qu'il peut donc être difficile d'obtenir une image parfaitement exacte de la chaleur qui se propage à l'intérieur de la batterie. En cas d'incendie dans un véhicule électrique et sa batterie, il est de la plus haute importance que le personnel d'intervention prenne note des informations de sécurité et d'intervention du fabricant du véhicule dans la carte de sauvetage(Rescue Sheet) et les instructions de sauvetage(Emergency Response Guide, ERG) afin de pouvoir planifier l'intervention en fonction des conditions spécifiques du cas en question".

Résumé des tests :

Il ne s'agit que d'un résumé des tests, mais le rapport complet peut être consulté (en suédois) sur le site MSB.se.

Un résumé des tests en anglais est disponible sur la page d'accueil du système de coupe à froid Cobra.

Résultats et méthodologie :

Les essais ont été couronnés de succès et ont démontré, entre autres, qu'il est possible d'interrompre la propagation de la chaleur :

• Il est possible d'interrompre la propagation thermique dans une batterie Li-ion par une opération d'extinction active au cours de laquelle la batterie est inondée d'eau.
• Les opérations d'extinction au cours desquelles la batterie Li-ion est inondée d'eau peuvent raccourcir la durée de l'opération et réduire les besoins en personnel et en ressources matérielles.

Résultats des essais
Lors des deux premiers essais, les trois méthodes d'injection d'eau dans la batterie elle-même ont fonctionné dans la mesure où elles ont permis de réduire la chaleur dans les cellules de la batterie touchées et d'éteindre l'incendie. Les piles ne se sont pas rallumées après avoir été éteintes, quel que soit le test.

Toutefois, l'utilisation d'une hache pour percer le trou d'accès à l'eau dans le boîtier de la batterie a provoqué une augmentation initiale de l'intensité des flammes naissantes de la batterie jusqu'à ce que le tuyau soit raccordé et que l'eau puisse inonder les éléments de la batterie. Cette méthode était également la moins précise en termes de ciblage de l'eau sur les cellules en emballement thermique ou en propagation thermique.

Un facteur clé a été l'hypothèse selon laquelle, dans le cas extrême où les modules de batterie ne sont pas endommagés, leur tension reste intacte, alors que dans l'autre cas extrême, un module de batterie complètement brûlé ne présente aucune tension résiduelle. La tension résiduelle de chaque module de batterie a donc été considérée comme une indication de l'étendue des dommages causés par la propagation de l'emballement thermique. Dans tous les essais, les éléments de batterie affectés et les éléments voisins ont été refroidis et ont montré une chute de tension. Les autres cellules de la batterie ont conservé une charge complète ou résiduelle.

Le dernier essai de véhicule électrique complet a porté sur un véhicule entièrement incendié (c'est-à-dire que l'habitacle du véhicule était entièrement touché et que les cellules de la batterie Li-ion étaient en emballement thermique). L'habitacle du véhicule a été éteint à l'aide d'une buse d'incendie classique, puis l'équipement d'imagerie thermique a été utilisé pour montrer les points les plus chauds de la batterie. Le Cobra a ensuite été utilisé pour pénétrer à la fois la carrosserie du véhicule et le boîtier de la batterie, puis pour appliquer de l'eau à l'intérieur de la batterie elle-même. La durée totale de l'extinction a été de 10 minutes entre la première approche avec le Cobra et la fin de la lutte contre l'incendie, lorsque toutes les températures de surface sont tombées en dessous de 50°C. 15 minutes après l'extinction, l'ensemble du véhicule a été soulevé à deux reprises d'un mètre à l'aide d'un chariot élévateur à fourche, puis laissé tomber pour simuler une manipulation brutale - aucun rallumage ne s'est produit. La voiture a ensuite été placée en quarantaine pendant deux jours, sans qu'il y ait eu de réamorçage.

LeCobra a été utilisé pendant environ cinq minutes avec 240 litres d'eau. La buse de lutte contre l'incendie a été utilisée pendant quatre minutes avec 510 litres d'eau, soit un total de 750 litres. Ce chiffre est nettement inférieur aux 1 670 litres utilisés lors d'un test réalisé par Exponent et The Fire Protection Research Foundation en 2013.

L'utilisation de Cobra permet à l'opérateur d'agir à une distance plus sûre lorsqu'il établit un trou d'entrée pour l'injection d'eau.

Au premier signe de propagation, un compte à rebours a été lancé à partir de 15 minutes pour imiter le temps de réponse normal des services d'urgence.

La tentative d'extinction a alors commencé. Pour maîtriser l'incendie, le brouillard d'eau de l'extincteur de coupe a été utilisé pour étouffer les flammes et tenter d'éteindre l'incendie de la cabine.

Lorsqu'il a été possible d'ouvrir la porte arrière, l'imagerie thermique a été utilisée pour scanner l'intérieur du véhicule et rechercher des points chauds dans le bloc-batterie.

Pour ce faire, on a mesuré les gradients thermiques dans le plancher de l'habitacle. Le vent et le contrôle des gaz à l'aide d'un ventilateur PPV (ventilation à pression positive) ont rendu l'un des côtés du véhicule difficile d'accès en raison de l'épaisseur de la fumée et des flammes.

L'extincteur à découpage a été utilisé dans le tunnel de cardan et des rallonges de lance ont été utilisées pour faciliter l'accès et éviter le contact avec la carrosserie. Pendant que l'extincteur fonctionnait, un tuyau de jet conventionnel a été utilisé comme protection personnelle pour l'opérateur de l'extincteur.

Lorsque le feu s'est calmé et que les flammes les plus proches de l'opérateur de l'extincteur ont été éteintes, la personne munie du faisceau de protection (l'opérateur du faisceau) a continué à se concentrer sur l'extinction de l'incendie du compartiment. Il est à noter que la tâche principale de l'opérateur du faisceau de protection tout au long de l'opération était de protéger l'opérateur de l'extincteur contre les éclairs et les flammes. L'essai s'est terminé lorsque l'imageur thermique a montré une température stable inférieure à 50 °C.

Après l'interruption de l'effort d'extinction, la surveillance continue de la température à l'aide d'une caméra thermique s'est poursuivie pendant 15 minutes, afin de s'assurer que la propagation s'était arrêtée. Pour simuler l'enlèvement du véhicule, celui-ci a été soulevé d'environ un demi-mètre à plusieurs reprises à l'aide d'un chariot élévateur, puis déposé sur le sol pour voir s'il était possible de provoquer une réaction susceptible d'entraîner une réinflammation.

Conclusions

• Il est possible d'interrompre la propagation thermique dans une batterie Li-ion par une opération d'extinction active au cours de laquelle la batterie est inondée d'eau.
• Les opérations d'extinction au cours desquelles la batterie Li-ion est inondée d'eau peuvent raccourcir la durée de l'opération et réduire les besoins en personnel et en ressources matérielles.
• Il est difficile de déterminer le degré de propagation dans une batterie Li-ion pendant un incendie en cours en se basant sur des facteurs observables externes tels que l'imagerie thermique, la surveillance de la température, la fumée et le bruit.
• La chimie des cellules, l'état de charge, l'architecture de la batterie et l'architecture du véhicule sont des propriétés du système qui influencent le développement d'une surtension thermique et sa propagation lors d'un événement thermique dans un véhicule électrique.
• Lors de la planification d'une intervention, il est important d'examiner d'abord la fiche de sauvetage du véhicule et le guide d'intervention d'urgence (ERG) pour évaluer les conditions d'une opération d'extinction active.
• Les essais réalisés montrent qu'il est possible d'accéder à la batterie avec les outils testés. Les caméras à imagerie thermique et les fiches de sauvetage peuvent fournir des informations qui augmentent les chances de succès d'une opération.
• Le risque d'énergie électrique et chimique résiduelle, qui peut conduire à un nouvel allumage, doit toujours être pris en compte lors de la manipulation d'un véhicule électrique et de sa batterie de traction après un événement thermique.

Contexte :

Une étude préliminaire a été réalisée par Cold Cut Systems à Kungsbacka en 2021, à laquelle l'Agence suédoise pour la sécurité et la préparation des communautés (MSB) a participé en tant que référence. L'objectif était de déterminer s'il était possible d'interrompre le processus thermique d'une batterie lithium-ion en cours de propagation en établissant un flux d'eau interne dans le bloc-batterie.

Cold Cut Systems a utilisé un extincteur coupant (lance Standard Cobra) dans l'étude pilote et a obtenu de bons résultats. Il a été déterminé qu'il y avait suffisamment de preuves pour motiver d'autres études et tests afin de développer des lignes directrices pour les efforts offensifs d'extinction des incendies de batteries au lithium-ion.

Cette démonstration est une activité qui s'inscrit dans le cadre de ce travail.

L'objectif global de la démonstration était de contribuer à l'expérience expérimentale de la méthodologie d'inondation des batteries lithium-ion avec de l'eau en cas d'incendie et de montrer qu'elle peut contribuer à une extinction plus rapide et plus efficace, à condition qu'il soit possible d'accéder à la batterie en toute sécurité.

L'objectif des efforts d'extinction était d'arrêter la propagation thermique dans la batterie lithium-ion.

La démonstration s'est limitée à des objets d'essai composés de cellules lithium-ion avec une teneur maximale en nickel de 60 % dans le matériau de la cathode. Les systèmes d'électrodes plus riches en nickel et plus denses en énergie ont une réactivité plus élevée et doivent être étudiés séparément.

Les cellules prismatiques et les cellules à poche sont représentées dans les objets échantillons. Les cellules cylindriques n'ont pas été étudiées dans cette démonstration.