Durant la première partie du programme PRISME, l'objectif était d'étudier les différents mécanismes impliqués dans la diffusion des gaz chauds et de la fumée d'une pièce en feu vers les pièces adjacentes, par toutes sortes de communications (portes ouvertes, interstices de portes fermées, trous d'aération, tuyaux, etc.), et sous l'action de la ventilation.
Essais à effets séparés et essais globaux
Pour
ce faire, deux types d’essais ont été réalisés : des essais dédiés à
l’étude d'un phénomène physique particulier (dits "effets séparés"), tel
que les écoulements au niveau d’une porte ouverte, et des essais dits
globaux qui consistent en des incendies dans une configuration
représentative des locaux nucléaires. Les trois premières campagnes ont
été dédiées à l’étude d’effets séparés : PRISME Source pour la
caractérisation des foyers, PRISME Door pour étudier la propagation de
la chaleur et de la fumée au travers des portes ouvertes et PRISME Leak
pour étudier la propagation de la chaleur et de la fumée par des
passages (ouverture, fuite au travers d’une porte coupe-feu, gaine
traversant le local feu). Enfin, la dernière campagne, PRISME Integral, a
consisté à réaliser des essais globaux selon divers scénarios
accidentels.
Les essais de caractérisation des foyers d’incendie ont été réalisés en milieu ouvert sous
la hotte SATURNE,
calorimètre destiné à l’étude de foyers en atmosphère libre et situé
sur le site IRSN de Cadarache (Bouches-du-Rhône). Ils consistaient à
faire brûler des nappes d’hydrocarbures, des armoires électriques ou des
câbles, en déterminant notamment la puissance du feu.
Hotte SATURNE : photo vs schéma © IRSN
Les autres essais ont été réalisés dans
à échelle réelle DIVA,
également située sur le site de Cadarache, qui est constituée de trois
pièces et d’un couloir confinés et ventilés comme des locaux nucléaires.
Les incendies y sont étudiés durant tout leur développement jusqu’à
leur extinction faute de combustible ou de comburant.
Résultats
Cinq campagnes expérimentales ont été menées entre début 2006 et
mi-2011, comprenant plus de 35 expériences à échelle réelle. La campagne
PRISME Source a mis en œuvre un seul local ventilé. Elle a reproduit
l'effet de la sous-oxygénation, induite par la viciation de
l'atmosphère, sur la façon dont évolue la puissance d'un feu d'une nappe
d'hydrocarbure en fonction du débit de ventilation. Les campagnes
expérimentales suivantes ont porté sur l'écoulement de la fumée et des
gaz chauds au travers de portes ouvertes entre deux ou trois locaux, de
trous d'aération ou des fuites d'une porte coupe-feu. Enfin ont été
réalisés les essais dits « intégraux» où toutes les pièces de
l'installation ont été utilisées, avec des foyers complexes ainsi que
l'activation des systèmes d'extinction d'incendie (notamment des
sprinklers) ou des clapets coupe-feu sur la ventilation.
Effet de la ventilation sur la puissance du feu
Le
programme PRISME a permis de mieux comprendre l'effet de la ventilation
sur la puissance d'un feu qui se déclare dans une pièce confinée et
ventilée, et notamment sur la durée de l'incendie. Selon le taux de
renouvellement de la ventilation, le feu peut s'éteindre rapidement en
raison de la décroissance de la concentration en oxygène dans le local
en feu. Mais les essais de PRISME ont montré qu’un équilibre peut
s'établir entre l'air provenant de la bouche de soufflage de la
ventilation et la puissance du foyer : le combustible se consume alors
lentement et en totalité. Par exemple, le même foyer peut durer 2,5 fois
plus longtemps qu'en atmosphère libre dans un local ventilé avec un
taux de renouvellement horaire de 4,7. L'apport majeur des

essais PRISME est une meilleure compréhension de l'effet de la sous-oxygénation sur l'évolution de la puissance du feu.
Des modèles corrélatif et analytique de pyrolyse ont été
développés et validés. Ces modèles permettent d'améliorer l'estimation
de l'évolution temporelle du feu en milieu confiné et ventilé à partir
d'une donnée d'entrée obtenue en atmosphère libre.
Convection mixte
Le
programme PRISME a aussi permis de quantifier l'effet, sur la
propagation des fumées, de la convection « mixte » qui combine la
convection forcée créée par la ventilation et la convection naturelle
induite par la forte température des fumées. La ventilation mécanique de
la pièce incendiée peut significativement modifier les écoulements de
gaz qui s'établissent naturellement au niveau d'une porte ouverte entre
deux locaux. Selon le réseau de ventilation, la ventilation mécanique
contribue à déséquilibrer les flux entrant et sortant de la pièce
incendiée, et à changer la position du plan neutre (hauteur à laquelle
les vitesses d'écoulements sont nulles en raison de l'inversion des
débits) au niveau de la porte.
De nouveaux modèles pour les logiciels
Le
volume de données collectées pendant ce programme a permis d'évaluer la
capacité des logiciels à simuler différents scénarios d'incendie. Les
nouveaux modèles, notamment de pyrolyse, ont été implantés dans les
logiciels des différents partenaires (les logiciels SYLVIA et ISIS pour
l'IRSN) et validés grâce aux données expérimentales obtenues au cours de
ce programme.
De plus, des intercomparaisons de logiciels ont été organisées
par l'IRSN dans le cadre d'un groupe adossé au programme PRISME : les
différents partenaires ont confronté les résultats de simulations
d'incendie aux données expérimentales. Ce groupe a notamment testé et
analysé plusieurs « métriques », indicateurs utilisés lors du processus
de validation pour évaluer objectivement les écarts entre données
expérimentales et résultats de simulation. Parmi celles préconisées par
les normes, deux métriques se sont révélées complémentaires pour évaluer
la capacité des logiciels à simuler un incendie. La première métrique
évalue la différence relative des résultats numériques et expérimentaux
pour des valeurs locales, comme des extremums. La seconde métrique est
la distance euclidienne normalisée qui permet d'évaluer l'écart entre
les résultats numériques et expérimentaux sur la durée du feu. Cette
métrique se comporte comme une mesure d'erreur globale.
Une
étude de sensibilité a également été réalisée avec six logiciels de
calcul différents, dont celui de l'IRSN, SYLVIA. L'influence de six
paramètres d'entrée (puissance du feu, fraction radiative de la flamme,
propriétés thermiques des parois, etc.) a été testée pour le calcul de
neuf grandeurs d'intérêt (la température des gaz et des murs, la
concentration d'oxygène, les flux de chaleur, etc.). Pour tous les
logiciels, les résultats montrent que le paramètre d'entrée le plus
influent est la puissance du feu, ce qui montre la nécessité de
poursuivre les efforts pour améliorer sa modélisation.
Schéma simplifié de l'installation DIVA © IRSN