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Modélisation des phénomènes dangereux Phénomènes dangereux et modélisation des effets B. TRUCHOT Responsable de l’unité Dispersion Incendie Expérimentations et Modélisations

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Modélisation des phénomènes dangereux

Phénomènes dangereux et modélisation des effets

B. TRUCHOTResponsable de l’unité Dispersion Incendie

Expérimentations et Modélisations

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Modélisation des phénomènes dangereux

Phénomènes dangereux

Description et modélisation des phénomènes • BLEVE• Boil-Over & Boil-Over en couche mince• Dispersion atmosphérique• Explosion de nuage (UVCE)• Incendie

• Feux de liquides• Feux d’entrepôts • Feux torches

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Modélisation des phénomènes dangereux

Choix des scénarios

Choix de scénarios dimensionnants• Prise en compte de situations extrêmes donnant une image de l’enveloppe du

risque• Approche prudente au niveau du terme source

Brèche parfaite

Pas de dilution ou perte d’énergie à l’éclatement d’une capacité

Homogénéité des pratiques au niveau national

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Modélisation des phénomènes dangereux

BLEVE

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Modélisation des phénomènes dangereux

T,P

t

Prupt

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Modélisation des phénomènes dangereux

Produits et types d’effet

Le BLEVE peut impacter• Des stockages de gaz liquéfiés (Butane, Propane, Propylène mais aussi

ammoniac, dioxyde de carbone, …)

Et générer• Des effets de pression : éclatement du réservoir • Des effets thermiques : formation d’une boule de feu• Des projections : effets missiles pouvant impacter des cibles à plusieurs

centaines de mètres de l’accident

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Modélisation des phénomènes dangereux

Modélisation des effets d’un BLEVE

Les effets thermiques

Effets de surpression• Calcul de l’énergie de Brode• Diagramme Multi-Energy

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Modélisation des phénomènes dangereux

BO / BOCM

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Modélisation des phénomènes dangereux

EAUEAUEAU

EAU

EAUEAUEAU

EAU

Boil Over classique Boil Over couche mince

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Modélisation des phénomènes dangereux

Produits et types d’effet

Le Boil-Over peut impacter• Des stockages de produits inflammables visqueux et multi-composants (pétrole

➨brut) formation d’une onde de chaleurEt générer

• Des effets thermiques : formation d’une boule de feu

Le Boil-Over en Couche Mince peut impacter• Des stockages de produits inflammables visqueux (Diesel, Kérosène, FOD, …)

➨ pas de boil-over sur des produits peu visqueux (essence)Et générer

• Des effets thermiques : formation d’un cylindre de feu

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Modélisation des phénomènes dangereux

Modélisations des effets d’un Boil Over

Boil Over classique• Formule de l’IT 89 – d1 = 5,86M1/3 & d2 = 8,23 M1/3 • Des modèles plus complexes prenant en compte le volet cinétique pouvant être

mis sous la forme Distseuil = Aseuil.MliqBseuil

Boil Over couche mince• Modèle physique prenant en compte les différents phénomènes

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Modélisation des phénomènes dangereux

Dispersion atmosphérique

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Modélisation des phénomènes dangereux

Fdhm

gfjdjfgjgfjfgfjsoiùqdfhNuage de polluant

Pression

Température

Brèche

(diamètre, orientation)

Hauteurde rejet

Propriétés des substances

(état physique, densité, toxicité...)

Hliq

Débit à la brècheVitesse à l’orifice après expansion

Taux de dépôt liquide (rain-out)

Taux d’évaporation

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Modélisation des phénomènes dangereux

Les paramètres importants

• Caractéristiques du produit : propriétés physico-chimiques, toxicité, …

• Etat physique initial du fluide

• Mode de rejet : instantané, continu, débit variable

• Conditions de pression, de température, diamètre de fuite,

• Durée de rejet, alimentation du rejet par l’amont et l’aval, possibilités d’isolement, ...

• Canalisations : Pertes de charge, pompes, compresseurs, ...

• Lieu de fuite, hauteur de rejet

• Confinement, rejet impactant

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Modélisation des phénomènes dangereux

Impact du terme source

Rejet instantané

Rejet continu

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Modélisation des phénomènes dangereux

Notions de classe de vent

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Modélisation des phénomènes dangereux

2 classes de vent représentatives

Pourquoi ce choix F3/D5 ?• F3 : atmosphère stable, vent faible représentatif du cas dimensionnant• D5 : vent neutre, vitesse moyenne, cas représentatif d’une configuration

« moyenne »

A B C D E F

Vitessereprésentative

D5

F3

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Modélisation des phénomènes dangereux

Impact du vent

3 m/s

5 m/s

10 m/s

Plus le vent est fort, plus la dilution est importante (effet de cisaillement)

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Modélisation des phénomènes dangereux

Importance de la rugosité de surface

Centre urbainVilleDésert Cultures

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Modélisation des phénomènes dangereux

Les outils de modélisation

3 grandes familles d’approches• Les modèles Gaussiens

ALOHA, ADMS, …

• Les modèles IntégrauxPHAST, ALOHA, SLAB, …

• Les modèles 3DLes modèles Lagrangiens avec écoulement « Mass consistent »

Les modèles CFD

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Modélisation des phénomènes dangereux

UVCE

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Modélisation des phénomènes dangereux

Vitesse de flammePression Températureβ, Coefficient d’expansion

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Modélisation des phénomènes dangereux

Derrière β, l’influence de la position d’inflammation

Les gaz brulés sont enfermés par la flamme• La flamme est accélérée par

l’expansion des gaz brulés• Les effets de pression sont

accrus

Les gaz brulés peuvent être évacués à l’opposé de la flamme• Effet d’expansion des gaz limité• Effets de pression plus faible

Pour mémoire, ββββ ≈ 7/8 pour les hydrocarbures standards

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Modélisation des phénomènes dangereux

Effets de pression : la méthode multi-énergie

✤PS = Surpression (Pa)

P0 = Pression atmosphérique (Pa)

Ε = Energie d’explosion (J)

R = Distance d’effets (m)

∆ ∆Ps

P

P

s=0

( )R

R

E P

=0

1 3

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Modélisation des phénomènes dangereux

Un phénomène également possible dans un bâtiment

2 cas possibles • Tous les gaz inflammables sont consommés à l’ouverture de la paroi la plus

➨faible propagation des effets de pression• Une partie des gaz inflammables n’est pas consommée lors de l’ouverture de

➨la paroi la plus faible explosion secondaire : UVCE à l’extérieur avec fort niveau de turbulence dans le nuage

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Modélisation des phénomènes dangereux

Incendie

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Modélisation des phénomènes dangereux

Phénoménologie

Rayonnement de la flamme vers le produit

Formation de gaz de pyrolyse

Rayonnement de la flamme vers les cibles

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Modélisation des phénomènes dangereux

Produits et types d’effet

Un feu de nappe peut survenir• Sur tous types de produits inflammables : produits pétroliers (brut, gasoil,

essence, …), solvants dans l’industrie chimique (éthanol, acétone, …), …

Et générer• Des effets thermiques

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Modélisation des phénomènes dangereux

Le cas particulier des feux d’entrepôts

Développement d’un logiciel libre : Flumilog

• Campagne d’essais à moyenne échelle

• Développement d’une méthode prenant en compte les différents phénomènes

physiques

• Validation par un essai à grande échelle

• Réalisation de simulations numériques 3D

• Reconnaissance et publication du logiciel