Détermination par un code CFD de l'évolution de la puissance d'un feu en régime de sous-ventilation dans un milieu confiné et mécaniquement ventilé
Ayoub Nasr a soutenu sa thèse le 12 décembre 2011 à Poitiers.
Depuis plusieurs années, l'IRSN mène en parallèle des programmes de recherche expérimentaux et numériques sur les incendies en milieur confiné et ventilé mécaniquement. Plusieurs essais ont montré que dans certaines configurations, le niveau d'oxygène du local en feu décroît et se stabilise de telle manière que le débit massique de combustible s'adapte au niveau de ventilation du local. Cette situation peut conduire à la consommation de la totalité de conbustible disponible initialement, mais à un débit massique très faible comparé à celui du même foyer en atmosphère libre. Il en résulte une durée de feu deux à trois fois supérieure à celle obtenue en milieu ouvert, ce qui est susceptible de remettre en cause le dimensionnement d'éléments de sectorisation tels que des portes coupe-feu.
L'objectif du travail de thèse est de déterminer une modélisation de l'évolution de la puissance du foyer jusqu'à son extinction. Les effets de viciation de l'air ambiant par les produits de la combustion sur le débit massique de combustible (MLR) sont les principaux processus pris en compte dans le modèle. Ainsi, une approche théorique, basée sur le bilan énergétique à la surface de combustible, permettant de prédire le débit massique de combustible ainsi que de reformuler la corrélation de Peatross et Beyler, a été proposée. Le principal avantage de cette approche est de pouvoir quantifier l'évolution des composantes convectives et radiotives du flux thermique issus de la flamme vers le bac de combustible, en fonction de la viciation de l'air. Celle-ci a été validée avec le code CFE "ISIS", développé par l'IRSN sur des résultats obtenus lors du programme expérimental PRISME, réalisé à l'IRSN. La comparaison des résultats a révélé que cette approche est en bon accord avec les données expérimentales.
En parallèle à ce travail, des essais expérimentaux à échelle réduite ont été réalisés sur des feux d'heptane au laboratoire LCD (CNRS - Institut Pprime), le principal but étant d'étudier les phénomènes prépondérants liés au confinement du local et au régime de la sous-ventilation. Ces données expérimentales ont servi à valider les approches théoriques développées durant la thèse pour prédire le MLR en milieu confiné. Une méthode expérimentale originale a été mise en oeuvre pour découpler les mesures des flux thermiques reçus à la surface du bac d'heptane sous l'effet d'un rayonnement externe. Ces essais ont également permis d'étudier l'influence de la ventilation et de la taille du foyer sur la dégradation de combustible.
Cette étude ouvre certaines perspectives de recherche. Pour estimer la durée du feu, le phénomène d'extinction de la flamme doit être traité de façon plus détaillée en tenant compte de la chimie se déroulant dans la flamme. Du point de vue de l'expérience, l'étude d'autres combustibles liquides (alcènes, cétones,...) et solides, dont les essais sont plus difficilement reproductibles, serait nécessaire afin d'étendre les résultats de cette étude.