Étude de la propagation des fumées d’incendie en milieu confiné et ventilémécaniquement d’un local « source » vers un local « cible »

23 juin 2008 – GDR INCENDIE - Le Havre

Présentée par Caroline LUCCHESI, Doctorante 3ième année, DPAM/SEREA/LEF

IUSTI UMR 6595 équipe « Risque et Transfert » (Aix-Marseille II)

Directeur de thèse: M. Philippe BOURNOT

Tuteur IRSN: M. Hugues PRETREL

Tuteur université: M. Olivier VAUQUELIN

Thèse cofinancée IRSN et région PACA

(Support technique TSI-France)

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Sommaire

LE CONTEXTE

LES OBJECTIFS

LES FINALITES

LES MOYENS

PRINCIPE DE LA MAQUETTE AIR/HELIUM

UN EXEMPLE DE RESULTAT

CONCLUSIONS

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Le contexte IRSN

Prévenir et maîtriser le risque incendie dans une installation industrielle

Etude de la propagation des fumées

Problématique posée par les phénomènes de propagation des fumées:Propagation du stress thermique,Propagation des espèces gazeuses,Propagation des suies,Transport des radio-nucléides.

Impact de la propagation des fumées sur la sûreté :Agressions des équipements : dysfonctionnements électriques, propagation de l’incendie,Risques pour les personnes : toxicité des fumées, opacité des fumées gênant l’évacuation et l’intervention, contamination radiologique.

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Les objectifs

Etude des écoulements de fumées dans une configuration 2 locaux avec une porte ouverte

Phénomène de remplissage et de stratification dans le local source (1)Écoulement de transfert au niveau de la porte (2)Panache déversant dans le local cible (3)

Mise en place d’une approche originaleDéveloppement d’une approche àéchelle réduite en support aux essais grande échelleMise en œuvre de techniques de mesures optiques pour l’étude des écoulements (tomographie, PIV)

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Les finalités

Compréhension et modélisation physique des mécanismes de propagation

Production de données expérimentales détaillées sur les transferts par une porte ouverte entre deux locaux et sur la morphologie du panache déversant dans le local cible.

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Les moyens

Approche expérimentale à échelle réelle (Laboratoire d’Expérimentation des Feux, Cadarache)

Dispositif DIVACampagne expérimentale PRISME-Door

Approche expérimentale à échelle réduite (IUSTI, Université de la Méditerranée)

Admission

Extraction

Photo de la maquette densimétrique air/hélium

Schéma représentatif de DIVA

Photo du local source de la maquette thermique

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Principe de la maquette air/hélium

Reproduction d’un panache thermique par un jet de faible densité

Reproduction du débit de flottabilité

Reproduction de la dualité entre les forces d’inertie et les forces de flottabilité

Les limites:Pas de processus de combustionPas de transfert thermiqueApport de masse et de quantité de mouvement

P a n a c h e t h e r m i q u e J e t d e f a i b l e d e n s i t éJ e t d e f a i b l e d e n s i t éJ e t d e f a i b l e d e n s i t é

R é d u c t i o n d ’ é c h e l l eP a n a c h e t h e r m i q u e J e t d e f a i b l e d e n s i t éJ e t d e f a i b l e d e n s i t éJ e t d e f a i b l e d e n s i t é

R é d u c t i o n d ’ é c h e l l eP a n a c h e t h e r m i q u eP a n a c h e t h e r m i q u e J e t d e f a i b l e d e n s i t éJ e t d e f a i b l e d e n s i t éJ e t d e f a i b l e d e n s i t éJ e t d e f a i b l e d e n s i t éJ e t d e f a i b l e d e n s i t éJ e t d e f a i b l e d e n s i t é

R é d u c t i o n d ’ é c h e l l e

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Tests de faisabilité

t=10s t=30s t=50s t=70s t=90s

qHe = 150 l/min (Qc,maq = 0.78 kW, Qc,réel = 43.8 kW), local cible ventilé (TR 5)Dans le local source

Dans le local cible

t=4s t=8s t=16s t=30s

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Un exemple de résultat obtenu sur la maquette densimétrique

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Étude expérimentale de l’écoulement de fumées au niveau de la porte

Objectif:

Caractérisation géométrique de l’écoulement à la porteÉpaisseur de la couche de fumées à la porteAngle d’injection

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Dispositif expérimental

Photo du dispositif expérimental

Visualisation d’un test

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Étude de l’écoulement à la porte (1)

gΔρ

q

Q D0

x

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0,5

0 100 200 300 400 500 600

qtot (l/min)

D0/Hporte 100% He85% He

75% He50% He35% He

25% He

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Étude de l’écoulement à la porte (2)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 100 200 300 400 500 600

qtot (l/min)

Angle moyen (°)

100% He 85% He 50% He

25% He 35% He 75% He

φ

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Lorsque le Richardson augmenteEpaisseur initiale diminuePortée de la trajectoire diminueAngle initial augmente

( )2

Porte

intl

Porte

Porteporte U

HgRiρρρ −

= ∞

Ri = 6,7Ri = 7,3Ri = 8,6Ri = 9,7

Ri = 11,7Ri = 17,7Ri = 27,9Ri = 75,1

Ri = 6,7Ri = 7,3Ri = 8,6Ri = 9,7

Ri = 11,7Ri = 17,7Ri = 27,9Ri = 75,1

Evolution qualitative de la morphologie du panache déversant en fonction de Ri pour ρporte fixée (50% d’air dans le mélange)

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0,01

0,1

1

1 10 100Ri

D0/Hporte

100% He85% He75% He50% He35% He25% HeCorrélation

3851.1

porte

0 Ri41.3HD −⋅=

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Conclusions

Utilisation de trois approches expérimentales différentesApproche densimétrique maquette

Découplage des mécanismes physiques existantsDescription fine des phénomènes étudiésÉtudes paramétriques approfondies

Large gamme d’étude dépassant le cadre incendie

Approche thermique maquetteRecalage maquette densimétrique/maquette thermiqueÉtude spécifique liée à la combustion en milieu sous ventiléMise en place de métrologie laser (tomographie, PIV, LDV) dans des conditions incendie

Approche réelle incendieRéalisation d’un essai « intégral »Mise en place de visualisations par tomographie laser

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Les lois de similitude

Utilisation des équations de conservation: Panache axisymétrique se développant dans un environnement au repos

Force de flottabilité ≡ seule force pilotant les mouvements de fuméesPas de flamme, pas de rayonnement, pas de pertes thermiques aux parois (Évaluation des écarts dus à la similitude restreinte: approches complémentaires à d’autres échelles)

Combinaison des équations de conservation de quantité de mouvement et du flux convectif

Conservation du nombre de FroudeConservation de l’écart de densité

( ) ⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ Δ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ Δ=

*

**

2

*

*

00

i**

* dzdU

UUgL

bbUdzd 222

ρρ

ρρ

Grandeurs Masse volumique

Longueur Temps Vitesse Débit Puissance

Rapport α0 α α1/2 α1/2 α5/2 α5/2