Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Un feu en bâtiment est un phénomène complexe, faisant appel à un large éventail de domaines, des sciences physiques et chimiques à celles du comportement humain. Il est cependant non seulement possible mais aussi utile de travailler à une compréhension fine de la dynamique du feu et du mouvement des fumées pour mettre en place des stratégies optimales de prévention et de mise en sécurité. Ces questions sont analysées dans cet article, notamment au regard de l’évolution des modes constructifs.
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Pierre CARLOTTI : Directeur scientifique et technique - ARTELIA, Choisy-le-Roi, France
INTRODUCTION
Un incendie dans un bâtiment peut être porteur de destructions et de dommages considérables. Pourtant, la dynamique des feux n’est pas toujours bien comprise.
Une anecdote réelle suffira à montrer l’importance de ce type d’analyse : lorsque l’on met en service certains bâtiments comportant des grands volumes munis de désenfumage naturel, on réalise en général, à titre pédagogique, un essai d’enfumage. Pour ne pas endommager le volume tout juste terminé, on se limite alors à des puissances thermiques très faibles.
Il y a quelques années, pour un bâtiment emblématique, et alors que l’essai se déroulait parfaitement bien, le représentant du maître d’ouvrage s’est ému de ce que la couche de fumées prenne un tiers de la hauteur libre, en interpelant violemment l’équipe qui avait conçu le système : si pour quelques kilowatts la couche de fumées prenait un tiers de la hauteur, pour une puissance triple, et donc encore bien en dessous de ce que génère un incendie, le volume serait complètement enfumé !
Il n’en est rien, bien sûr, et on verra que dans un tel cas, le feu maximal possible conduira à une couche de fumées faisant moins de la moitié de la hauteur sous plafond. Il est néanmoins compliqué, dans le vif d’un essai réel, qui se déroule de nuit, avec de nombreuses personnes qui ont toutes un avis, d’expliquer calmement la physique des couches de fumées !
Le but du présent article est justement de poser la problématique, puis d’utiliser les méthodes de la thermodynamique et de la physique afin de caractériser les grandeurs majeures qui influent sur la dynamique du feu, car cette compréhension est un préalable indispensable à l’utilisation raisonnée et raisonnable de la simulation numérique des incendies.
Le plan est le suivant : dans un premier temps les enjeux en termes de sécurité sont présentés. Ensuite, les bases thermodynamiques sont rappelées et appliquées au cas du feu en bâtiment, permettant une première compréhension du phénomène. Deux configurations canoniques, l’une en extraction mécanisée et l’autre en désenfumage naturel, sont ensuite présentées en détail, avant d’introduire les logiciels de simulation et la démarche d’ingénierie du désenfumage. Enfin, les conséquences de l’évolution du parc bâti sur la dynamique des incendies sont esquissées.
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MOTS-CLÉS
Sécurité Incendie Feu isolation thermique Mécanique des fluides Écoulements convectifs Désenfumage naturel
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Simulation numérique et ingénierie du désenfumage
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3. Deux situations canoniques
3.1 Description en deux couches
Jusqu’à présent, nous n’avons considéré que des cas où les grandeurs étaient supposées homogènes dans le local du feu, avec une vision purement thermodynamique. En réalité, dès lors qu’un feu se développe, les fumées, chaudes, ont tendance à monter et à se placer en une couche homogène sous le plafond, au-dessus d’une couche d’air frais conservé en partie basse tant que le feu est suffisamment ventilé. Après des considérations communes à tous les écoulements en deux couches, deux situations canoniques sont successivement considérées : le cas d’un débit d’extraction imposé correspondant à un désenfumage mécanique, puis le cas du désenfumage naturel. Ces situations sont canoniques en ce sens qu’elles contiennent à elles deux tous les ingrédients à prendre en compte dans l’ensemble des cas réels.
On considère donc pour commencer la situation représentée dans le schéma de la figure 3 : un feu au sol dans une pièce de hauteur sous plafond H se développe en un panache qui alimente une couche de fumées chaudes à la température T d’épaisseur h, la hauteur libre de fumées étant donc Z = H − h. Le débit extrait Q e est soit imposé par un système mécanique, soit donné par l’équilibre des pressions en ventilation naturelle, et le débit insufflé s’équilibre à la valeur Q i grâce à une ouverture suffisamment grande pour que la pression thermodynamique dans la pièce reste stable. Comme précédemment, on appelle ϕ le flux de chaleur perdu aux parois. Enfin, on négligera la masse créée par la combustion. En effet, on a vu que cela est correct dès lors que le pouvoir calorifique massique est tel que q >> C p T, ce qui est le cas pour les combustibles usuels.
En régime permanent, on dispose de trois équations, la conservation de la masse, la conservation de l’enthalpie et la loi des gaz parfaits :
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - CARLOTTI (P.), PARISSE (D.), RISLER (N.) - Statistical analysis of intervention reports for fires resulting in casualties deceased on the spot in Paris area. - Fire Safety Journal 92 : p. 77-79 (2017).
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(2) - DAI (X.), WELCH (S.), USMANI (A.) - A critical review of « travelling fire » scenarios for performance-based structural engineering. - Fire Safety Journal, volume 91 : p. 568-578 (2017).
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(3) - PARKER (W.J.) - Calculations of the heat release rate by oxygen consumption for various applications. - Journal of Fire Sciences, 2 : p. 380-395 (1984).
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(4) - THIRY (A.), SUZANNE (M.), BAZIN (H.), BELLIVIER (A.), FAURE (E.) - Feedback on pushchair’s fires in arson investigation. - 9th International Association of Fire Safety Science IAFSS, poster (2008).
-
(5) - PAUL (K.T.) - CBUF Conference – Reports and comments. - Fire Safety Journal, 25 : p. 165-170 (1995).
-
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Fire threat to people and environment. - ISO/TC 92/SC 3 - 1980
-
Fire safety engineering. - ISO/TC 92/SC 4 - 1991
-
Ingénierie de la sécurité incendie – Exigences régissant les équations algébriques – Partie 1 : Exigences générales. - ISO 24678-1 :2019 - Mars 2019
-
Ingénierie de la sécurité incendie – Exigences régissant les formules algébriques – Partie 6 : Phénomènes liés à l'embrasement généralisé. - ISO 24678-6 :2016 - Août 2016
ANNEXES
International Association for the Study of Insurance Economics
http://www.genevaassociation.org
Étanchéité à l’air des bâtiments
http://www.rt-batiment.fr/l-etancheite-a-l-air-des-batiments-a31.html
Sciences appliquées au sapeur-pompier, colloque du 3 avril 2018
https://allo18-lemag.fr/colloque-scientifique-conference-par-conference/
Les innovations BSPP : faire face aux feux de demain
https://allo18-lemag.fr/grand-format-les-innovations-bspp-face-aux-feux-de-demain/
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