​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.

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.

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.

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