Physique de l’Incendie - Laboratoire Central de la ...laboratoirecentral.interieur.gouv.fr/content/download/1197/8294... · Conduction thermique La conduction thermique est le phénomène

Physiquede l’Incendie appliquée aux caissons

d’entraînement sapeurs-pompiersA. THIRY – Laboratoire Central de la Préfecture de Police

Caissons d’entrainement aux phénomènes thermiques - Colloque SDIS 35 – 12 mars 2013


Plan- Notions de flux

- Rayonnement

- Pyrolyse & flamme

- Fumées et effluents


Conduction thermiqueLa conduction thermique est le phénomène de transfert thermique provoqué par une différence de température entre deux régions d'un milieu (homogène ou non ), sans déplacement global de matière.

C’est la transmission de proche en proche de l'agitation thermique : un atome (ou une molécule) cède une partie de son énergie cinétique* à l'atome voisin

Loi de Fourier :

TkB23=

*

Contribution de la CONDUCTION en phase d’incendie :quelques % pendant la phase de démarrage, négligeable après

nx

Tgradq ⋅

Τ−= −=

δδλλ


ConvectionConvection naturelle (ou libre) : celle qui prend naissance quand lemouvement est uniquement dû à l’action du champ de la pesanteur surun fluide dont la masse volumique est variable d’un point à un autre.Lorsque le mouvement du fluide est dû à une action mécanique extérieure (pompe, ventilateur...) on dit que la convection est forcée.

)( ∞−= TTAhQ sconvconv

Avec : - Qconv = le flux thermique échangé par convection- h conv = coefficient de transfert par convection ; dépend del’état de surface, de la vitesse, de la température, de la naturedes gaz…- Ts = température du solide- T∞ = température de l’air autour du solide

Équation de Newton :


Convection Valeurs typiques de h conv :

Type de convection Fluide hconv (W.m-2.K-1)Naturelle Gaz 5 à 25

Forcée Gaz 10 à 500

Forcée Eau 100 à 15000Forcée Huile 50 à 1500Forcée Métaux liquides 5000 à 250 000

Contribution de la CONVECTION en phase d’incendie : de 50 à 90 % selon le combustible et l’avancement


Avec : F12, facteur de formeε l’émissivité (<1)σ constante de Stephan Boltzmann (5,67.10-8 W.m-2.K-4)

De plus, si le rayonnement est émis au sein d’une flamme ou d’un milieu semi-transparent :

ε = 1 - exp(-kl)k : coefficient d’absorptionl : épaisseur de flamme ou du milieu

Rayonnement thermiquePour calculer l’énergie que peut recevoir une surface parrayonnement :

Contribution du RAYONNEMENT en phase d’incendie :10 à 30% selon le combustible et la nature/position des parois

)( 41

4221 TTFqNet −= →εσ

Loi de Beer :


Plan- Notions de flux

- Rayonnement

- Pyrolyse & flamme



Notion de fraction radiative :

Rayonnement: « Production »

Qq rrad ⋅= χ

Dépend donc de :- puissance du foyer- surface de la flamme- Combustible- température de flamme et présence de suie

χ varie généralement entre 10 et 50% (<10% pour foyer > 10m)Méthane : 15 %Bois : entre 25 et 30%GPL : 35 %Acéthylène : 50%


Si peu de fumées :- transmission directe par les surfaces de flamme, - pas d’émission en provenance de la couche chaude - puissance directement proportionnelle à l’intensité

du foyerSi plafond de fumée :- fumées opaques au rayonnement le « flux-

foyer » est absorbé principalement par les suies- rayonnement des suies et de la couche chaude en

fonction de leur température, vers le bas

Rayonnement:« Transmission » à travers un milieu


Rayonnement


Plan- Généralités sur l’incendie

- Lois de la thermique

- Pyrolyse & flammes



PyrolyseLe débit massique de pyrolyse est une grandeur « surfacique »

Puissance du feu liée à : dimension des surfaces concernées nombre de surfaces (côtés, face arrière, …) leur orientation (horizontale, vers le bas, …)

Durée du feu liée à : volume (ou masse) des plaques tenue mécanique du foyer


PyrolyseLe débit de pyrolyse va varier aussi en fonction de : la profondeur de la couche de charbon de l’environnement thermique (retour radiatif des flammes, échauffement des parois du caisson)

Rappel : Dans cette configuration, la combustion est impossible si la concentration O2 est :

< ～ 15 % à faible température

< ～ 10 % aux températures mesurées


Plan- Généralités sur l’incendie

- Lois de la thermique

- Pyrolyse & flammes



Loi des gaz parfaitsCette loi est très utile pour tous les calculs de massevolumique ou de surpression dans les milieux clos :

Elle est valide pour les gaz monoatomiques et à hautetempérature.

TnRVP ⋅=⋅Loi des gaz parfaits :

Avec R constante des gaz parfaits (8,314 J.K-1.mol-1), Ten K et n nombre de moles


Production d’espèces gazeuses dans le caisson

Transformation de l’eau liquide en vapeur :Volume x 1200Échauffement de cette vapeur autour de 800 C :Volume x 3Production d’effluents :En général x 1,5 par rapport aux réactifsGénérations de plusieurs dizaines de m3

d’effluents pendant la combustion potentiellement des centaines de m3 de vapeurd’eau


Ratio d’équivalenceGrandeur très utilisée par rapport à la ventilation d’un feu (m représente la masse) :

Φ : << 1 : combustion contrôlée par le combustible≈ 1 : combustion proche de la stoechiométrie

>> 1 : combustion contrôlée par le comburant ; génération d’imbrûlés

productsOxRéac →⋅+ν

Stoechiocomb

StoechioO

O

comb

mm

mm

,

,2

2

=Φ


Effluents (1/2)Espèces issues d’une combustion bien ventilée (Φ << 1) :-CO2 : relativement peu toxique, effet d’hyperventilation- H2O : augmente la sensation de chaleur

production de fumée limitée important dégagement d’énergie très peu d’imbrûlés bonne visibilité (fumée et stratification)


Effluents (2/2)En cas de sous-ventilation (Φ >> 1), - CO : le plus mortel- HCOH : extrêmement irritant- HC imbrûlés- HAP : cancérigènes, …

production importante de fumées et de suies imbrûlés en grande quantité moins d’énergie dégagée


Merci de votre attention !!!

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