Instantanément libéré par l'éclatement des ailes contre les façades des tours, le kérosène (autour de trente-cinq mille litres par avion) se répandit largement avec les débris dans la direction donnée par les impacts jusqu'à ressortir en partie par la façade d'entrée et celles opposées, s'enflamma suite à de nombreux court-circuits électriques au sein des immeubles et des réacteurs eux-mêmes, formant d'énormes boules de feu (brûlant ainsi 20 % du combustible) allant du jaune à l'orangé, (dû à la combustion des particules de l'élément carbone engendrant des feux qui allaient se déplacer au fur et à mesure de l'épuisement des combustibles , et de l'embrasement de nouveaux matériaux. Cette combustion rapide provoqua une pénurie d'oxygène, les fumées, grises et légères suite aux boules de feu, virant au noir au bout d'un quart d'heure. Nulle part ne fut constaté de rougissement de parties en acier (à partir de 700 °C), ni même d'éclatement de vitres (au-dessus de 600 °C), même à proximité des brèches de sortie des pièces d'avions où devaient s'être accumulés les débris de toutes sortes (meubles, équipement...), témoignant de la relative faiblesse des incendies. Analysés par le NIST, les échantillons de poutres externes des étages impactés indiquent pour la plupart une exposition à une température maximale de 250 °C, une faisant exception avec une température supérieure, mais en dessous de 600 °C. Les calculs réalisés par cet organisme ont indiqué des températures maximales d'environ 500 °C

 Les feux restèrent contenus dans les espaces opposés à l'impact, à l'exception d'un surgissement au 105^e étage qui exhiba l'unique émergence de flammes du bâtiment. L'effondrement de la tour Sud induit une réactivation des feux à l'intérieur du bâtiment (fumée plus volumineuse et plus grise). La béance laissée par l'impact, mettant « à vue » le cœur du bâtiment, resta en permanence un trou noir, signalant ainsi l'absence d'incendie au niveau de la cage des services.

 L'inclinaison de l'impact fit que le kérosène de l'aile droite ressortit par les façades en trois énormes boules de feu. Il s'ensuivit que l'incendie consécutif fut bien moindre que pour la tour Nord et resta très localisé au coin est avec cependant un phénomène inhabituel mentionné par le NIST : peu avant l'effondrement fut enregistré un flash lumineux intense suivi, plusieurs minutes durant, d'un écoulement de métal en fusion.

Au moment de l'effondrement, les feux donnaient des indications d'étouffement, seule une fumée noire étant visible, qui s'échappait du bâtiment. L'équipe de pompiers qui était arrivée au 78^e étage avait signalé la présence de deux feux résiduels et demandé l'envoi de lances pour les éteindre. Quelques minutes plus tard, la tour s'effondrait avant que put être transmis l'ordre d'évacuation émis par le poste de commandement des urgences situé dans le WTC7. Au moins dix-huit personnes qui étaient situées dans les étages supérieurs avaient pu entre temps traverser sans difficulté la zone sinistrée par l'un des trois escaliers du noyau de services (où sont groupées les colonnes de la structure interne de soutien).

Lorsque le vol American Airlines 11 a frappé la tour nord du World Trade Center à 8h45, l'avion a taillé une brèche à travers les étages 93 à 99. Il a dévasté les cages d'ascenseur et les sorties d'urgence sont devenues impraticables. La rapide propagation du feu et de la fumée à travers les conduits de ventilation aux étages supérieurs devient un sérieux problème. Près de 1000 personnes se retrouvent ainsi piégées sans issue. Les gens à l'intérieur du bâtiment inondent les services d'urgence au téléphone. Certains ont essayé de s'échapper vers le toit, mais ils trouvent les portes d'accès verrouillées. Le sauvetage par le haut de l'immeuble aurait été impossible car les hélicoptères ne pouvaient atterrir dans l'épaisse fumée tourbillonnante. Les survivants ont commencé à briser les fenêtres des étages supérieurs. Mais l'oxygène de l'extérieur nourrit le feu et la situation à l'intérieur de la tour s’aggrave. Des personnes dans les étages supérieurs commencent à sauter.

Pour ceux qui ont sauté, la chute a duré environ dix secondes. Les corps ont touché le sol à une vitesse de 240 km/h. Cette vitesse n’était pas assez rapide pour provoquer une perte de conscience mais elle a assuré une mort instantanée à l'impact. Il y a eu un flot constant de jumpers. Ils ont sauté seul, à deux ou en groupe. Il est estimé que entre 100 et 200 personnes ont sauté du World Trade Center ce jour-là.

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