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22 avril 2008 | Rendez-vous du CSTB

Les outils de calcul ISI Dhionis DHIMA

Ingénierie de la sécurité incendie

22 avril 2008 / Département Sécurité Structures Feu - Division IS 2

Modèles de développement du feu et du mouvement des fumées,

Modèles de l'évacuation des personnes,

Modèles du calcul d'échauffement,

Modèles du comportement thermo-mécanique,

Modèles d'analyse des risques et d'aide à la prise de décision

Les outils de calcul ISI


Modèles de développement du feu et du mouvement des fumées

Simples : formules empiriques (Données importantes : Q, D, H )

Objectif : Détermination de : T(flamme-panache), T(moy. gaz chauds),actions thermiques (flux thermiques) sur les cibles, dimensionnement des exutoires

• Hasemi,• Heskestad,• Zukoski,• Alpert,• McCaffray,• Foote, Pagni et Alvares(ventilation mécanique),

• Thomas (exutoire IT 246),• Modèle de couche chaude (F. D., Ph. F.)(désenfumage)


Modèles globaux ou de zones

Modèle d'une zone - réacteur agité (NAT)

Modèle à deux zones – zone froide et zone chaude (FISBA, OZONE)

Modèle à deux zones multivolumes (CIFI, BRI-2002, CFAST)

Données importantes : Combustibles - Débit calorifique, dimensions volume(s), conditions de ventilation, caractéristiques des parois.

Détermination des actions thermiques dans le volume et sur les ciblesEtude du mouvement des fumées et aide à la définition du mode d'évacuation des fumées


Objectifs :



Débit d’air entrantDébit de gaz de pyrolyse Débit d’air entraîné

Débit de gaz sortant

Débit du panache entrant en zone haute

Zone basse - froide

Zone haute - chaude

Hfumées



Modèles locaux ou de champs

Modèles généralistes (mécanique des fluide) : FLUENT, CFX, PHOENICS, etc.)

Modèles dédiés au feu : FDS, SATURNE (EDF)

Données importantes : Combustibles - Débit calorifique, dimensions volume(s), conditions de ventilation, caractéristiques des parois.

Détermination des actions thermiques dans le volume et sur les ciblesEtudier le mouvement des fumées et aider à la conception d'évacuation des fumées

Objectifs :



Calcul FDS – Grand Palais

Attention aux belles images !


En fonction des cibles (personnes ou structures)En fonction des scénarios de feu


Comment choisir un modèle ?

Connaissances sur la physique du feu (combustion, mécanique des fluides)Connaissances sur les méthodes numériquesConnaissances sur les combustibles

Quelles sont les exigences élémentaires pour utiliser ces modèles ?


Modèles de l'évacuation des personnes

• Représentation du bâtiment à évacuer (sortie, passages, obstacles…)• Représentation des occupants (mobilité, âge, sexe, vitesse…)• Comportement humain (évitement, engagement, affiliation familiarité…)• Itinéraires de déplacement (stratégie d'évacuation)• Déplacement des occupants (connaissance du bâtiment, attraction sortie,

ralentie, espaces traversés – escaliers, portes…, interaction occupants…)

•Phase de détection du feu •Phase de déclenchement de l'alarme générale •Délai de réaction des personnes suite au déclenchement de

l'alarme (pré mouvement) •Phase de mouvement des personnes vers les sorties.

Durée d'évacuation :

Paramètres pris en compte par les modèles d'évacuation :


Modèles de l'évacuation des personnes

SEVE-P : modèle de mouvement de foule - comportementaux humain limités

EXODUS : modèle de comportement humain, couplé à un logiciel de développement de feu et de mouvement de la fumée (CFAST) il offre la possibilité de simuler les effets du feu sur le comportement humain d’une personne en train d’évacuer.

EVAC : modèle de mouvement de personnes, peu de comportement humain

SEVE-P


Modèles de calcul d'échauffement

Modèles 1D, 2D et 3D (différences et éléments finis)

CSTB : ECHAFAUD (1D), TASEF et CIM'FEU (2D), SAFIR, MARC et SYMPHONIE (3D)


Connaissances sur les transferts thermiquesConnaissances sur les méthodes numériquesConnaissances des caractéristiquesConnaissances sur la dégradation des matériaux (ex. béton – éclatement, bois - combustion, produits de protection – tenue mécanique, fissures)

)()( θθλ Cet

Ils prennent en compte les non linéarités matériels


Modèles du comportement thermo-mécanique

Valeurs tabulées

Modèles simplifiés (formules) : Calculs élément par élémentCIM'FEU

Modèles avancés (éléments finis): MARC, SAFIR et SIMPHONIE(ANSYS et ABACUS)

Modélisation d'une partie de la structure ou de toute la structureIls prennent en compte les non linéarités géométriques (grands déplacements) matériels (lois de comportement élasto – plastiques)


Connaissances sur le comportement des structuresConnaissances sur les méthodes numériques (éléments finis)Connaissances sur les lois de comportement des matériaux (caractéristiques physico-mécaniques – fy(Q) et E(Q) )


Modèles du comportement thermo-mécanique

X Y

Z

Diamond 2004 for SAFIR

FILE: bat imentS3NODES: 2861BEAMS: 1388TRUSSES: 0SHELLS: 0SOILS: 0

BEAMS PLOT

potf . temarbaf . temipn500f .temipe240f .temsoliv ef .tempot58S3. tempot59S3. tempot57S3. temarba58S3.temarba59S3.temarba57S3.temipn500S3.temipn502S3.temipe240S3.temsoliv eiso.tem

XY

Z

Poutres intermédiaire et de rive

Poutre de la toiture

Poteau 59Poteau 57


FILE: pot57isoNODES: 328ELEMENTS: 247

SOLIDS PLOTCONTOUR PLOTTEMPERATURE PLOT

TIME: 7200 sec1049.30951.15853.00754.85656.70558.55460.40362.25264.10


FILE: i45t f natNODES: 364ELEMEN TS: 280

SOLIDS PLOTCONTOUR PLOTTEMPER ATURE PLOT

TIME: 900 sec649.70571.01492.33413.64334.95256.26177.5898.8920.20


FILE: iPN500isoNODES: 313ELEMENTS: 252

SOLIDS PLOTCONTOUR PLOTTEMPERATURE PLOT

TIME: 7200 sec1037.50957.46877.43797.39717.35637.31557.28477.24397.20

Diamond 2004 for

FILE: 57i40tNODES: 390ELEMENTS: 319

SOLIDS PLOTTEMPERATURE PLOT

TIME: 2100 sec864.00758.71653.43548.14442.85337.56232.28126.9921.70


Modèles d'analyse des risques et d'aide à la prise de décision

Analyse de dangers spécifiques

Analyse de risques pour la sélection les scénarios

Analyse de risques pour l'évaluation des solutions et la prise de décision

Modèle classique d'analyse des risques

Modèle d'analyse globale de la sécurité :Phénomènes physiques (développement du feu, fumées, …)Phénomènes discrètes – réseau de PETRI (alarme, détection, …)Aspects probabilistes – simulation Monte – Carlo)

Ils permettent :


Merci de votre attention

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