Les installations photovoltaïques sont-elles dangereuses, en cas d'incendie ?
par Serge Koltchine, colonel de sapeurs-pompiers professionnel, directeur adjoint du SDIS des Yvelines, Expert près la Cour d'Appel de Versailles.
Le cas d’espèce du panneau solaire photovoltaïque nous conduit à une réflexion portant sur les risques nouveaux de ce dispositif de production de courant électrique. Outre ce risque l’inventaire peut comprendre potentiellement :
- le risque mécanique (chute du ou des panneaux)
- le risque toxique (résine à base de polymère enrobant les cellules, le mylar, isolant électrique, le tedlar, polymère fluoré pour protéger les surfaces).
Jusqu'à 900 vots en courant continu !
Ce dispositif produit du courant continu pour ensuite être converti en courant alternatif. Ce sont les rayons solaires (les photons, particules sans masse) qui excitent les atomes de silicium lesquels vont déclencher des mouvements ioniques des électrons et créer du courant. Ce processus peut générer une tension électrique pouvant atteindre 900 volts en continu. (effets du courant continu sur l'organisme humain : 2mA seuil de perception, 130mA seuil de fibrilation cardiaque).
On peut d’ores et déjà affirmer que la nuit, même avec un éclairage artificiel puissant, il n’y aurait pas de production d’énergie électrique. On peut aussi affirmer que la silice (le sable) n’est pas un matériau combustible, il fond vers 1400 °C.
Les risques sont ceux de l’électricité avec une problématique majeure, ON NE PEUT PAS ARRETER LA PRODUCTION D'ENERGIE ELECTRIQUE LE JOUR. Donc il faut tenter d’isoler le panneau des rayons solaires, c’est l’obscurcissement.
Afin d’obtenir un obscurcissement artificiel il a été tenté (en Allemagne) de recouvrir les cellules photovoltaïques du dispositif par « un tapis de mousse ».
L’Ecole des sapeurs-pompiers de Munich a aussi procédé à des essais en les recouvrant avec de la mousse plus « dense » (module de tentative 2) ou en prolongeant le temps de « recouvrement ». Le but de ces tentatives était de pouvoir trouver une méthode pour intervenir sur le courant continu.
Résultat : au plus tard 5 min après le « jet de mousse » – et dans les trois cas - la tension initiale est revenue à 100%.
CONCLUSION : LE RECOUVREMENT PAR DE LA MOUSSE D’UN DISPOSITIF PV N’EST PAS ADAPTE ET NE MET PAS EN SECURITE LES AGENTS QUI INTERVIENNENT SUR LE MODULE. IL N’EXISTE DONC ACTUELLEMENT AUCUN DISPOSITIF, MOYEN, AUCUNE TECHNIQUE PERMETTANT D’INTERVENIR LIBREMENT SUR DES PV – NE SACHANT PAS COMMENT INTERVENIR SUR LE COURANT CONTINU.
Par contre tous les dispositifs situés en aval de l’onduleur (courant continu en courant alternatif) peuvent être neutralisés.
Les points faibles de ce dispositif, à l’expérience, concernent le câblage situé en amont du convertisseur. Le risque majeur d'échauffement se situe sur les connections (raccordement avec des connecteurs spécialisés), sur les point de passage (conducteur blessé ou plié), sur les points de fixation de la canalisation électrique sur les poutres en bois.
Dans tous les cas : un risque !
Qu’il s’agisse d’intervenir en cas d’incendie du dispositif ou en cas d’inondations, dans les deux cas, le système photovoltaïque présente un risque. Une tension de 120 volts provoque déjà des lésions graves sur le corps de la personne. (48 volts en alternatif, 100 volts en continu sont les tensions qui au-delà sont dangereuses) Dans la plupart des cas, il faut savoir que la tension du générateur solaire est nettement plus élevée – pouvant atteindre les 850 volts. Plus l’intensité électrique est élevée, plus les dommages corporels seront graves.
Le jet d’eau utilisé par les pompiers présente normalement une résistance électrique. De plus, le pompier se tient en général à distance de la source de tension électrique. Mais cette « résistance » électrique du jet d’eau suffit-elle à mettre hors de danger les pompiers lors de ce type d’intervention ?
Le premier problème, on ne sait généralement pas si une maison est équipée ou non d’un système photovoltaïque. Chaque propriétaire devrait laisser cette information bien visible.
Des solutions...
Un dispositif de « coupure » devrait être situé à proximité du générateur solaire et être résistant au feu.
Un dispositif « automatique de coupe » devrait être mis en place – ne dépendant pas d’une alimentation électrique – le feu pourrait ronger les câbles d’un tel dispositif.
Un dispositif manuel devrait être pensé.
Il existe un autre problème, qui n’a rien à voir avec le courant : il est malheureusement concevable que, sous l’effet du feu, les « rails d’aluminium » sur lesquelles est déposé le dispositif photovoltaïque se déforment et se détachent de leurs fixations. Il est alors possible que la totalité des panneaux solaires tombe du toit et que, d’une part, cela compromette les actions des services de secours, et, d’autre part, provoque des accidents.
Faudra t’il laisser brûler ?
Faudra t’il attendre la nuit pour parfaire une extinction ?
Nul doute, les Services d’incendie et de secours sauront s’adapter aux nouvelles technologies !
Selon le Monde du 23 mars 2010, 37% des installations sont non conformes (51% métropole) ; les installateurs sont sans formation ni compétence requises et les particuliers peuvent bricoler leur propre installation.
Avis de la Commission Centrale de Sécurité du 15 novembre 2009 portant sur les Etablissements Recevant du Public
Toutes les dispositions sont prises pour éviter aux intervenants des services de secours tout risque de choc électrique au contact d'un conducteur actif de courant continu sous tension. Cet objectif peut notamment être atteint par l'une des dispositions suivantes, par ordre de préférence décroissante :
- un système de coupure d'urgence de la liaison DC est mis en place, positionné au plus près de la chaîne photovoltaïque, piloté à distance depuis une commande regroupée avec le dispositif de mise hors-tension du bâtiment ;
- les câbles DC cheminent en extérieur (avec protection mécanique si accessible) et pénètrent directement dans chaque local technique onduleur du bâtiment ;
- les onduleurs sont positionnés à l'extérieur, sur le toit, au plus près des modules ;
- les câbles DC cheminent à l'intérieur du bâtiment jusqu'au local technique onduleur, et sont placés dans un cheminement technique protégé, situé hors locaux à risques particuliers, et de degré coupe-feu égal au degré de stabilité au feu du bâtiment, avec un minimum de 30 minutes ;
- les câbles DC cheminent uniquement dans le volume où se trouvent les onduleurs. Ce volume est situé à proximité immédiate des modules. Il n'est accessible ni au public, ni au personnel ou occupants non autorisés. Le plancher bas de ce volume est stable au feu du même degré de stabilité au feu du bâtiment, avec un minimum de 30 minutes.
- une coupure générale simultanée de l'ensemble des onduleurs est positionnée de façon visible à proximité du dispositif de mise hors tension du bâtiment et identifiée par la mention :
"Attention — Présence de deux sources de tension :
1- Réseau de distribution ;
2- Panneaux photovoltaïques (en lettres noires sur fond jaune) ».
- un cheminement d'au moins 50 cm de large est laissé libre autour du ou des champs photovoltaïques installés en toiture. Celui-ci permet notamment d'accéder à toutes les installations techniques du toit (exutoires, climatisation, ventilation, visite...) ;
- la capacité de la structure porteuse à supporter la charge rapportée par l'installation photovoltaïque est justifiée par la fourniture d'une attestation de contrôle technique relative à la solidité à froid par un organisme agréé ;
- lorsqu'il existe, le local technique onduleur a des parois de degré coupe-feu égal au degré de stabilité au feu du bâtiment, avec un minimum de 30 minutes ;
- sur les plans du bâtiment, destinés à faciliter l'intervention des secours, les emplacements du ou des locaux techniques onduleurs sont signalés :
- le pictogramme dédié au risque photovoltaïque est apposé :
à l'extérieur du bâtiment à l'accès des secours,
aux accès aux volumes et locaux abritant les équipements techniques
Sécurité incendie d'installations solaires photovoltaiques
Le non respect des règles édictées par le guide de l'ADEME ( Document : Générateurs photovoltaiques raccordés au réseau – Spécifications techniques relatives à la protection des personnes et des biens – Guide pratique à l’usage des bureaux d’étude et installateurs – version 01/06/06 ), par le guide UTE 15 712 et par la plupart des constructeurs ayant édités des notices de poses complètes ( Schuco, Solar World, Scheuten, etc....) peut entrainer des conséquences extêmement grave, allant de la mise en péril des biens à la mise en danger de la vie d'autrui.
Ces règles mettent en évidence deux points importants:
- La qualité de la mise à la terre des panneaux ( section, materiaux, précautions anti glavaniques)
- La nature des connexions des panneaux entre eux.
Mise à la terre des panneaux photovoltaiques en toiture
Les panneaux solaires photovoltaiques, dès le lever du soleil et même s'ils ne sont pas encore raccordés à un onduleur, produisent des tensions de l'ordre de 400 à 600 volts, en courant continu, sous 4 à 10 amperes.
C'est, à peu de choses près, les caractéristiques d'un poste de soudure à l'arc, dont chacun sait qu'il peut délivrer des arcs électriques impressionnants.
D'autre part le courant continu, qui peut , beaucoup plus que le courant alternatif du réseau, provoquer facilement des paralysies cardiaques ou respiratoires, est un facteur de dangerosité plus important que n'importe quel autre appareil domestique.
Le décès d'un pompier allemand lors d'un incendie impliquant des capteurs solaires photovoltaiques a attiré l'attention des intervenants au feu de l'Europe entière.
Concrètement, s'il est exact que les panneaux solaires photovoltaiques sont de classe II ( isolation renforcée), cette isolation n'existe que tant que les cables de production ne sont pas dénudés par l'incendie !
Aussi, dans un tel cas, si les cables de production viennent à toucher les cadres métalliques des panneaux solaires photovoltaiques, et que la mise à la terre de ces cadres se révèle défectueuse, l'electrocution peut intervenir aussi bien lors de l'arrosage à la lance à incendie que lors du déblaiement des décombres ( même à terre, si ils sont ensoleillés, les capteurs peuvent continuer à produire !!!).
La réalisation de la mise à la terre doit donc assurer la tenue mécanique des liaisons de terre et la qualité du contact entre les différentes parties des liaisons dans de telles conditions.
Tenue mécanique des mises à la terre.
Cette caractéristique incite à réaliser les liaisons de terre dans une section suffisamment importante ( 16mm² cuivre ou 25mm² alu comme l'indique la plupart des documents sus-cités), afin que la chute des panneaux solaires photovoltaiques n'entrainent pas une rupture facile des liaisons de terre.
Qualité des liaisons de mise à la terre.
Les normes sus-citées précisent toutes que l'ensemble des cadres, généralement en aluminium, doit être relié cadre par cadre à la terre.
Ces cadres ( ou les parecloses qui les recouvrent - Roto Frank par exemple) sont la plupart du temps en aluminium alors que la liaison à la terre est le plus souvent réalisée en cuivre.
Le contact direct du cuivre sur l'aluminium provoque une corrosion galvanique qui détruit l'aluminium et donc, la liaison à la terre !
Il est donc indispensable d'assurer la liaison aux panneaux par un système évitant la corrosion galvanique.
En région PACA, s'ajoute une contrainte supplémentaire: par vent d'Est, les atmosphères sont chargées en sel. Dans de telles atmosphères, le couple galvanique entre aluminium et l'autre métal de liaison doit impérativement être inférieur à 2,5 , ce qui exclut l'usage d'acier inox, de metal galvanisé ou étamé.
Ne reste donc que la solution bien connue des électriciens industriels : la rondelle bi-metal cuivre/aluminium.
Pour information, le gigantesque champ photovoltaique industriel de Vinon sur Verdon est équipé de ce genre de protection galvanique.
A notre sens, la solution la mieux adaptée à la mise à la terre des panneaux solaires photovoltaiques consiste à relier les cadres par une tresse de cuivre ( étamée pour éviter la corrosion naturelle du cuivre) , via des rondelles bi metal cuivre/aluminium, les serrages étant assurés par vis autoforeuse ou boulon inox.
Cette solution présente l'avantage de réaliser une surface de liaison de l'ordre de 400 mm² à chaque point de liaison.
Or, plus la surface de contact est grande, plus faible est l'effet galvanique !
Autre avantage pratique non négligeable: poser de la tresse de 16mm² en toiture est beaucoup plus aisé que de poser du cable toronné conventionnel.
Le boom des panneaux solaires en Allemagne
Une affaire qui sent le brûlé
Si le feu avait pris dans le sous-sol, d’autres dangers menaçaient depuis le haut de la maison.
Cette année, dans le Land de Rhénanie Nord-Westfalie à Rösrath, alors que les pompiers intervenaient sur une opération ‘banale’, l’un des sapeurs-pompiers a été victime d’un violent « coup de jus ».
La cause de tout ceci est un grand panneau photovoltaïque placé sur le toit. Le courant continu amené jusqu’à la cave était resté sous tension malgrè le système éteint - une circonstance que les sapeurs-pompiers ne soupçonnaient pas.
Comme à Rösrath, à Weissenburg, Aichach, Gräfelfing ou bien d’autres : les sapeurs-pompiers d’Allemagne sont de plus en plus confrontés aux nombreux problèmes que peuvent présenter les panneaux photovoltaïques présents depuis cinq ans sur les toits allemands.
Si un incendie se déclare à même le système photovoltaïque ou sur d’autres élements du circuit électrique, des pièges dangereux peuvent se développer.
Certes, cet ‘aspect’ dangereux du dispositif photovoltäique peut être amoindri en actionnant le commutateur principal ou en multipliant les protections.
En revanche, en ce qui concerne l’ensemble du courant continu – les cellules du module photovoltaïques du toit, les câbles et le commutateur – , il n’est pas simple à désactiver.Tant que les panneaux solaires sont exposés à la lumière, du courant est produit. Selon la taille de l'installation, la tension peut atteindre jusqu'à 1 000 volts.
L’été dernier, des sapeurs-pompiers se sont déjà retrouvés face à une telle situation délicate. Il s’agissait d'un incendie qui s’est déclaré dans une halle de dépôt dans une agglomération du land de Schleswig-Holstein vers quatre heures du matin.
Comme "origine du problème", un procès-verbal établit que le système photovoltaïque installé sur le toit de la grande salle, a produit une tension électrique, malgrè une faible luminosité (aube).
Comme le système photovoltäique ne paraissait pas ‘inquiétant’ aux sapeurs-pompiers, ils l’ont laisser se consumer tout en en surveillant la combustion.
Chaque année dix milles nouveaux dispositifs sont construits. Les experts craignent une augmentation de ce genre de dommages collatéraux. Andreas KATTGE, sapeurs-pompiers de Hambourg estime que « le potentiel de risques auxquels s’exposent les forces d’intevention est considérable ».
Les experts estiment que la meilleure solution pour pallier à ces dangers serait des « zones d’actions libres » au système photovoltaïque. Il serait ainsi possible d’isoler le ‘générateur solaire’.
Des pièces détachées avaient été développées au tout début de l’étude de ce genre de dispositif écologique mais n’ont pas pu être commercialisées – du fait du coût qu’une telle production aurait entraîné.
En outre, au niveau national, les sapeurs-pompiers critiquent le fait suivant : il n'y a aucune instruction concrète et générale de protection en cas d’incendie sur un système photovoltaïque alors que l’on voit de plus en plus de toits recouverts complétement de panneaux solaires.
Un expert expliquait que dans la lutte contre un incendie dans une maison équipée de ce genre de dispositif, les panneaux agissent comme un couvercle géant qui empêche l’accès au lieu du sinistre depuis l’extérieur. De plus, de par le nombre de modèles de panneaux et de par la multitude de possibilités de construction et de fixation de ces dispositifs, il est plus difficile d’arrêter une manière d’agir/un procédé d’action quant à l’extinction du feu.
Certains installateurs/constructeurs auraient aussi besoin d'un ‘guide’ car il est fréquemment constaté que les sytèmes construits négligent certains aspects et donc mènent irrémédiablement à l’inflammation. Ainsi Uli Motzer, « régulateur des dégâts » à l’Assurance du Land de Wurtemberg, attire l’attention sur les nombreux dangers de la ‘mode photovoltaïsme’. Beaucoup de nouveaux ‘débutants’ des branches les plus différentes seraient attirés : Chacun se sent compétent pour installer de telles installations. François Joseph KUHN, professeur en sciences de l'ingénieur à la grande école Albstadt-de Sigmaringen, critique cette ‘légèreté’ vis-à-vis d’un tel domaine.
Depuis longtemps il exige un examen pour ce domaine/cette compétence. « Dans le ‘microcosme de l’énergie solaire’, des zones de non-droits demeurent comme au temps du Far West ».
08 Jan 2010 11:38
Peu de donnees sur la strategie de lutte contre l'incendie sont actuellement disponibles. Des craintes sont exprimees par les pompiers du fait qu'une partie de l'installation reste en permanence sous tension (risque d'arc electrique entre la zone sous tension et la partie metallique des lances).
Des informations ont ete collectees a partir de consignes redigees par des services de securite allemands ou americains.
Des solutions prospectives visant a faciliter l'intervention sont egalement evoquees.
Consignes de securite
Il est important de rappeler que, meme en cas de faible luminosite, les modules restent soustension.
Une des principales recommandations formulees consiste a segmenter au maximum l'installation PV et a mettre en place des systemes de deconnexion en de nombreux points de facon d'une part a limiter les risques de propagation du feu, d'autre part a reduire l'etendue des zones sous tension.
En effet s'il s'avere necessaire de s'approcher, pour une raison quelconque, des installations électriques connexes, le fait de pouvoir les isoler limite le risque de choc electrique.
En termes de tension, les recommandations de l'IEC (International Electrotechnical Commission)
mentionnent que les valeurs a ne pas dépasser pour éviter tout risque de choc sont de 50 V en
courant alternatif et 120 V en courant continu [R6]. En termes de courant, un choc electrique est possible a partir de 50 mA en alternatif et 300 mA en continu. Le risque de brulure par voie electrique est egalement a mentionner. Il est donc recommande de rester vigilant lors des opérations de déconnexion, de porter des vetements isolants (en particulier bottes et gants) et de ne pas garder sous la tenue des éléments métalliques susceptibles de conduire le courant (par exemple une montre). Le refroidissement des modules en feu peut etre assure a l'aide d'un jet d'eau pulvérise le risque de choc électrique etant moins important qu'avec un jet baton.
En cas d'incendie sur les panneaux, il existe également pour les pompiers des dangers lies a l émission de gaz toxiques .
Il est par consequent recommande de porter les equipements de protection individuels en particulier les appareils respiratoires (des mesures de toxicite peuvent etre realisees au cours de l'intervention).
En outre, sont toujours possibles la chute d objets et l eclatement du verre sollicite thermiquement
(suivi eventuellement de projection d eclats). Il convient donc de porter les vetements et équipements de sécurité permettant de se proteger de tels dangers.
Le choix de l'agent extincteur s'avere egalement delicat. Des essais realises par des pompiers allemands ont montre que la mousse n'adhere pas aux panneaux.
Par consequent, les differentes sources consultees montrent qu'a l'heure actuelle, il
n'existe pas reellement de strategie de lutte contre l'incendie sur des installations
industrielles comprenant des panneaux PV.
Cependant ce probleme fait actuellement l'objet de discussions et, compte tenu de la multiplication des installations, des procedures sont en cours d'elaboration.
Solutions prospectives
Pour faciliter l'intervention, des solutions permettant de sectionner automatiquement les differentes zones d'une installation PV sont en cours d'elaboration.
Par exemple, au niveau de l'onduleur, il pourrait etre envisage de reporter un signal (type detection de fumees) qui sectionnerait automatiquement l'ensemble des zones en courants alternatif et continu (systeme developpe par Aixcon Electrotechnik GmbH).
Selon, la meilleure solution consisterait a deconnecter individuellement chaque module via sa boite de jonction individuelle. L'idee serait de developper un systeme electronique de gestion qui autoriserait ou non un module donne a debiter dans le circuit : sur absence d'un signal specifique les bornes du module seraient mises en court-circuit. L'ideal consisterait a ramener les signaux jusqu'a l'onduleur ; ainsi, en cas de deconnexion de la partie en courant alternatif par les pompiers,
l'ensemble des sectionneurs tomberait automatiquement."
