Caissons d’entrainement aux phénomènes thermiques - Colloque SDIS 35 – 12 mars 20131
Laboratoire CentralRésultats des mesures effectuées sur les caissons
Essais au SDIS 35
Essais au Fort de Villeneuve-Saint-Georges (94)
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• configurations testées
• résultats préliminaires
• exploitation des résultats
• variantes testées
• quelques chiffres clés
PlanPlanCaisson non-isolé
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• Essai 1 : calage chronologie, prise en main de l'essai20/09 vers 11h 00 • Essai 2 : premier essai de référence (répétabilité)20/09 vers 14 h 25• Essai 3 : second essai de référence (répétabilité)20/09 vers 16 h 15• Essai 4 : troisième essai de référence (répétabilité)20/09 vers 17 h 35 • Essai 5 : ouverture exutoire prolongée entre les deux phases21/09 vers 10 h 30• Essai 6 : battant latéral ouvert pendant tout l'essai21/09 vers 11 h 50
Configurations testéesConfigurations testéesCaisson non-isolé
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Configurations testées : Configurations testées : chronologiechronologie
ACTIONS TEMPSPhase d'observation Théorie matin après midi après midi après midi matin matinAlumage 0 0 0 0 0 0 0 0
Fermeture exutoire 2 min 2 min 2 min 1,36 min 1,36min 2 min 1,212,3
Fermeture porte arrière 2,35 min 4,25 min 2,05 min 1,50 min 1,50min 2,50min 4min4,38
ouverture exutoire 1,05 min 1 min 45 s 45 s 42 1min 5,25,32
fermeture exutoire 17 s 8 s 15 s 5 s 50s 5,496,2
ouverture porte arrière 5 s 36 s 2 s 5 s 5 s 50s 6,36,55
Sortie arrière des stagiaires 1,48 min 1,50 min 1,10 min 1,10 min 1,13 min 2min 7,37,53
Fermeture porte arrière 35 s 35 s 35 s 35 s 35 s 35s 8,21 1,10 min
ouverture porte latérale 25 s 10 s 0 s 0 s 0
Phase d'attaque Théorie 1 er 2 eme 3 eme 4 eme 5 eme 6 eme 7 eme
binôme
ouverture porte arrière 1,30 min 1,30 min 1 min 1 min 1 min 1min
(Test plafond )
fermeture porte arrière 25 s 25 s 25 s 25 s 25 s 25 s
impulsion 20 s 20 s 20 s 20 s 18 s 20 s
(ouverture exutoire)
(fermeture exutoire)
ouverture porte arrière 20 s 10 s 10 s 10 s 10 s 10 s
fermeture porte arrière 15 s 15 s 15 s 15 s 15 s findurée d'exercice 21 min orientation vent: direction ouest 280 °
Chronologie des actions de conduite du brûlage 20 septembre 2012
référence temps du 20 septembre 21-sept
Caisson non-isolé
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Résultats préliminairesRésultats préliminairesCaisson non-isolé
Nécessité de simplifier l'analyse des données ...
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Résultats préliminairesRésultats préliminairesCaisson non-isolé
Durée des essais entre 22 et 27 minutes6 rotations de stagiaires durant la phase d’engagementPorte arrière pratiquement toujours ferméeAmenée d’air par le battant inférieur de la porte latérale gaucheExutoire manœuvré uniquement pour évacuer la vapeur d’eau
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Résultats préliminairesRésultats préliminairesCaisson non-isolé
Répétabilité : sur le démarrage du foyer
Lié à :-redémarrage à chaud- sens du vent- humidité- config. Foyer de démarrage
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Résultats préliminairesRésultats préliminairesCaisson non-isoléRépétabilité
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Résultats préliminairesRésultats préliminairesCaisson non-isolé
Vidéo : cliquez sur la zone verte
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Résultats préliminairesRésultats préliminairesCaisson non-isolé
Caractérisation de la veine d'air & symétrie des mesures …
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Résultats préliminairesRésultats préliminairesCaisson non-isolé
À l’exception de l’angle mort à gauche en entrant
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Exploitation des mesures :Exploitation des mesures :Températures longitudinalesTempératures longitudinales
Caisson non-isolé
Thermocouples derrière l’écran de cantonnement
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Exploitation des résultats :Exploitation des résultats :Températures longitudinalesTempératures longitudinales
Caisson non-isolé
Graphe partie basse
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Exploitation des mesures :Exploitation des mesures : Flux thermiquesFlux thermiques
Caisson non-isolé
Fluxmètre central enregistre les valeurs les plus importantes
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Exploitation des mesures :Exploitation des mesures :Températures à la porteTempératures à la porte
Caisson non-isolé
Plusieurs portes brûlées pendant les essais…
Malgré ces niveaux, test d’engagement depuis la porte concluant
MAIS les thermocouples en face des surfaces de fuite
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Exploitation des résultatsExploitation des résultatsCaisson non-isolé
Développement typique (phase d’observation)
Fermeture exutoire
Ouverture/Fermeture exutoire
Fermeture porte arrière
Ouverture/ fermeture porte arrière
Fermeture porte arrière
Fermeture ouvrant latéral
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Exploitation des résultats :Exploitation des résultats :Description d'une séquence typeDescription d'une séquence type
Caisson non-isolé
Phase d'observation du foyer
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Exploitation des résultats :Exploitation des résultats :Description d'une séquence typeDescription d'une séquence type
Caisson non-isolé
Phases d'engagement
Ouverture/fermeture porte arrière
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Exploitation des résultats :Exploitation des résultats :Phase d’engagementPhase d’engagement
Caisson non-isolé
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Exploitation des mesures :Écrans de cantonnement
2 écrans :- près du foyer (baissé seulement pour la phase d’observation)
- entre les arbres ED1 et ED2 (fixe, à ~ 1,50 m de la porte arrière)
Caisson non-isolé
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Exploitation des mesures : écran Exploitation des mesures : écran de cantonnement fixede cantonnement fixe
Caisson non-isolé
Confirmation de l’objectif de sécurité :forte diminution des températures et du flux
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Exploitation des mesures : Chute Exploitation des mesures : Chute des panneaux latérauxdes panneaux latéraux
Caisson non-isolé
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Caisson non-isolé
Variantes testées
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Exploitation des mesures : Exploitation des mesures : ouverture prolongée de l'exutoireouverture prolongée de l'exutoireESSAI 5ESSAI 5
Caisson non-isolé
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Exploitation des mesures : Exploitation des mesures : ouverture prolongée de l'exutoireouverture prolongée de l'exutoire
ESSAI 5ESSAI 5
Caisson non-isolé
Impact limité au niveau thermiqueDestruction du plafond de fumée
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Exploitation des mesures : Exploitation des mesures : Développement du foyer ouvrant Développement du foyer ouvrant latéral ouvertlatéral ouvert ESSAI 6ESSAI 6
Caisson non-isolé
Flux thermiques essai 3
0
5
10
15
20
25
30
35
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
Temps (s)
Flu
x (
kW
/m²
)
FLT1 [kW/m²]
FLT2 [kW/m²]
FLT3 [KW/m²]
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Exploitation des mesures :ESSAI 6Exploitation des mesures :ESSAI 6Caisson non-isolé
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Exploitation des mesures : Exploitation des mesures : Développement du foyer ouvrant Développement du foyer ouvrant latéral ouvertlatéral ouvert ESSAI 6ESSAI 6
Caisson non-isolé
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Exploitation des mesures : Exploitation des mesures : Développement du foyer ouvrant Développement du foyer ouvrant latéral ouvert latéral ouvert ESSAI 6ESSAI 6
Caisson non-isolé
Cette configuration induit :Cette configuration induit :- les plus hautes les plus hautes températures et fluxtempératures et flux- une faible productionune faible production de fuméede fumée- un gain en visibilité un gain en visibilité négligeablenégligeable
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Quelques chiffres clés ...Quelques chiffres clés ...
essais en caisson non-isolé
6 brûlages réalisés Masse totale du foyer de démarrage : 58,6kg Masse totale du foyer cible : 190,3kg 70 thermocouples installés3 fluxmètres 2 sondes de PitotFlux thermique maximum mesuré : 30 kW/m2
Température maximale mesurée à 2,10 m : 850°CTempérature maximale mesurée à 0,90 m : 500°C
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Conclusions des essaisConclusions des essais
• meilleure caractérisation et quantification des effets dans le caisson• essai très majorant caisson poussé vers des niveaux très élevés• importance de la maîtrise de l’outils par les formateurs• pistes intéressantes concernant la surface caractéristique de l’amenée et l’influence de l’exutoire• validation de critères d’engagement
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ModélisationModélisation
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Essais réalisés en caisson isolé
Février 2013
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Historique et cadre d’intervention
Achat d’un caisson flashover par la BSPP,difficultés rencontrées lors de son utilisation,aide à la mise au point d’une séquence de
formation.
Objectifs de formation définis par la BSPP,évaluation des phénomènes physiques par le
LCPP,mesure des conditions thermiques par le LCPP,suggestions d’amélioration par le LCPP.
Accord cadre BSPP/LCPP.
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Problématique
En utilisant le foyer prescrit par le constructeur :• chaleur intense ressentie par les formateurs,• endommagement de materiel d’intervention,• objectifs pédagogiques partiellement atteints :
- lecture des fumées,
- observation d’un rollover.
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Présentation du caisson
BSPP
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Différences avec le caisson SDIS35
• Isolation
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Différences avec le caisson SDIS35
BSPP
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Différences avec le caisson SDIS35
• Isolation,• écrans de cantonnement
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Différences avec le caisson SDIS 35
Vers l’exutoireEcran
Zone de feu
BSPP
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Différences avec le caisson SDIS35
exutoireEcran
Ecran
SDIS 35
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Différences avec le caisson SDIS35
• Isolation,• écrans de cantonnement,• rideau de sécurité
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Différences avec le caisson SDIS35
Rideau
BSPP
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Différences avec le caisson SDIS35
• Isolation,• écrans de cantonnement,• rideau de sécurité,• porte latérale à unique battant
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Différences avec le caisson SDIS35
BSPP
SDIS 35
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Différences avec le caisson SDIS35
• Isolation, • écrans de cantonnement,• rideau de sécurité,• porte latérale à unique battant,• exutoire
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Différences avec le caisson SDIS35
ExutoireExutoire
BSPP
SDIS 35
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Différences avec le caisson SDIS35
• Isolation,• écrans de cantonnement,• rideau de sécurité,• porte latérale à unique battant,• exutoire,• foyer
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Différences avec le caisson SDIS35
BSPP
SDIS 35
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Différences avec le protocole du SDIS35
• Pas de chronologie figée mais à affiner,• utilisation de l’exutoire,• phase d’observation uniquement.
Points de mesure• position des fluxmètres,• position de l’arbre 3 et du dernier
thermocouple,• position des vidéos,• mesure de concentrations en O2, CO et CO2.
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Disposition des capteurs
ED1 ED2 ED3
BD (z=0,9 m)
HD(z=2,1 m)
Sur la hauteur :de 0,6 à 2,4 m, tous les 30 cm
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Essai de référence
Reproduit trois fois
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Configuration retenueDisposition du foyer
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Configuration retenueMasse de combustible et dimensions
• Foyer de démarrage – Masse moyenne ≈ 5 kg
papier + cagette
• Masse de bois = 52,7 kg
chevrons + plaques horizontales et verticales• Dimensions :
grande plaque = 1,25 x 1,5 m2
petite plaque = 0,5 x 1,25 m2
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Reproductibilité
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Reproductibilité
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Symétrie Gauche/Droite
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Essai de référence
• Essai dure environ 900 s ~ 15 min,• trois fermetures de la porte arrière,• correspondant à l’observation de trois roll-
overs,• pas de phase d’engagement,• uniquement des phases d’observation.
Vent dirigé de l’arrière vers l’avant du caisson
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Essai de référence
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Essai de référenceSéquence type
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Essai de référenceSéquence type
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Essai de référenceSéquence type
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Essai de référenceSéquence type
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Essai de référenceSéquence type
sequence.wmv
Vidéo : cliquez sur le lien
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Essai de référence
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Variante d’essai
Demi-ouverture de la porte arrière
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Variante d’essaiDemi-ouverture de la porte arrière
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Variante d’essaiDemi-ouverture de la porte arrière
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Effet du 1er écran de cantonnement
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Écran de cantonnement
Il permet de créer un réservoir de gaz de pyrolyse/combustion.
Cependant :
• proche du rideau de protection,
• double cantonnement gène la lecture des fumées.
Réalisation d’un essai avec et sans
cantonnement.
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Écran de cantonnement
Avec | Sans
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Disposition du foyer
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Disposition du foyer
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Disposition du foyer
Vidéo : cliquez sur l’image
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Disposition du foyer
collé
non-collé
collé
non-collé
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Échauffement du caisson
En supposant que la solicitation thermique en rayonnement, convection et conduction est identique sur un élément surfacique du caisson, la part re-rayonnée s’exprime selon :
Un élément surfacique à une température de :- 100 °C re-rayonne 475 W/m2
- 200 °C re-rayonne 1 700 W/m2
- 300 °C re-rayonne 4 000 W/m2
44" TTq surfacerr
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Échauffement du caisson
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Quelques chiffres clés
Caisson non-isolé
• 6 brûlages réalisés
• masse totale du foyer de démarrage : 58,6 kg
• masse totale du foyer cible : 190,3 kg
• 70 thermocouples installés
• 3 fluxmètres
• 2 sondes de Pitoto Flux thermique max : 30kW/m2
o température max à 2,40 m : 850˚Co température max à 0,90 m : 500 ˚C
Caisson isolé
•10 brûlages réalisés
• masse totale du foyer de démarrage : 5 kg
• masse totale du foyer cible : 52,7 kg
• 80 thermocouples installés
• 2 fluxmètres
• 1 mesure O2, CO, CO2
oFlux thermique max : 21kW/m2
otempérature max à 2,40 m : 500 ˚Cotempérature max à 0,90 m : 285 ˚C
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Conclusions
L’intrumentation a permis :
o d’aider à affiner la chronologie d’une séance de formation,
o d’associer une “réponse” quantifiée à une action
des formateurs ou une modification du foyer,
o de quantifier une partie des sollicitations thermiques
reçues par les formateurs et les stagiaires,
o de montrer la reproductibilité de l’essai.
Caissons d’entrainement aux phénomènes thermiques - Colloque SDIS 35 – 12 mars 201382
Conclusions générales sur nos essais caisson
o pas de reproductibilité possible
sur le démarrage du foyer
o excellente reproductibilité sur la phase
d’engagement (ou d’observation des roll-over)
importance de la maîtrise par l’instructeur de la lecture des phénomènes
o réflexion à mener sur les surfaces
et dispositions de foyers
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Conclusions générales sur nos essais caissono importance de la prise en compte des écrans
près du foyer, sur la phase de développement
près de la zone stagiaire, pendant l’engagement
o peu d’informations sur l’influence de la météoo optimisation possible de certains paramètres
par le biais de la modélisation numériqueo données utilisables dans le cadre de la rédaction
d’un GNR
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Définition du besoin
• objectif pédagogique,• familiarisation des instructeurs avec le caisson,• isolation,• type de porte,• nombre et position des écrans de
cantonnement,• type et position des matériels de mesure,• type de foyer (épaisseur des plaques par ex.),• mode de fixation du combustible.
Caissons d’entrainement aux phénomènes thermiques - Colloque SDIS 35 – 12 mars 201385
Merci de votre attention
Contacts: Aurélien THIRY
Mathieu SUZANNE