L’extension du feu et le mouvement de la fumée sont prédits par CIFI 2009, où, comme expliqué au premier chapitre, l’espace de chaque local est découpé en zones. Une zone est soit un volume, soit une surface, où l’on admet l’uniformité de certaines grandeurs physiques caractéristiques du modèle (température, masse volumique, émissivité, etc.). Ces grandeurs sont calculées grâce à des bilans de conservation de la masse gazeuse et de l’énergie interne et { des lois d’échange. Un tel modèle peut être représenté avec le langage ISI-Systema en représentant :
- la masse gazeuse et l’énergie interne par des éléments, notés respectivement m(g) et e(U) ;
- les zones par des boites ;
- les échanges entre zones par des flux.
Dans la suite du document, nous allons rappeler de manière qualitative les hypothèses du modèle de zones (Curtat, 2002) pour deux exemples de représentation avec ISI-Systema.
III.B.a) Le feu et la fumée dans un local fermé
Un exemple de modèle très simple, représenté avec le langage ISI-Systema, est proposé en Figure 44.
Dans cet exemple, le système « local en feu » se compose de trois entités, chacune représentée par une boite :
- un volume de gaz, représenté par la boite C (cette boite regroupe la zone gazeuse haute et la zone gazeuse basse de CIFI 2009) ;
- un foyer, représenté par la boite A (cette boite regroupe la zone objet combustible et la zone de flamme de CIFI 2009) ;
- des parois, représentées par la boite B.
Le volume de gaz stocke du gaz et de l’énergie au cours du temps, c’est pourquoi il est représenté par une boite, fonctionnalisée avec un double processus de stockage (l’un pour la masse, l’autre pour l’énergie). Ce volume s’emplit de fumée au cours du temps.
Le foyer regroupe un objet solide combustible avec les flammes et le panache le surmontant. Le foyer créé de la masse gazeuse (phénomène de pyrolyse) et de la chaleur (phénomène de combustion) (cf. boite « foyer », fonctionnalisée par un double processus de création). Le foyer alimente le volume de gaz de la chambre en masse et en énergie par élévation du panache flottant et par rayonnement (cf. flux de masse et d’énergie - vannes V1 et V3). En contrepartie, de l’air est entrainé du volume de gaz dans le foyer, par effet de frottement (cf. flux de masse - vanne V1). S’il y rencontre du combustible et que les conditions sont favorables, il brûle. A ce flux de gaz entraîné est associée une certaine quantité d’énergie convectée (cf. flux d’énergie - vanne V3). Les parois des locaux échangent de la chaleur avec les volumes de gaz (cf. flux - vanne V4) mais pas de gaz. Cet échange de chaleur peut se faire dans un sens ou dans l’autre, selon le gradient de température. Pendant la phase de croissance de feu, les parois reçoivent de l’énergie et s’échauffent (cf. boite « parois »). Une partie de cette énergie est restituée durant le déclin du foyer. En parallèle, les parois reçoivent une certaine quantité d’énergie par rayonnement en provenance directe de la flamme (cf. flux - vanne V2).
Quelques remarques
Remarque n°1 :
Les vannes 1, 2, 3 et 4 sont autant de possibilités de greffer des événements discrets dont l’occurrence impacte le modèle physique (p. ex. : l’extinction diminue les échanges entre le foyer et les autres boites en fermant les vannes V1, V2 et V3). Ce point sera plus largement illustré par des exemples à venir.
Remarque n°2 :
CIFI 2009 est un modèle à deux zones gazeuses : la zone haute, chaude et la zone basse, plus froide. Si la représentation avec le langage ne présente qu’une seule boite pour les deux (la boite C), c’est parce que nous avons constaté que cette représentation plus simple étant néanmoins suffisante pour :
- communiquer le modèle à un groupe de travail ;
- identifier les événements importants impactant le modèle physique ; - construire les réseaux de Petri.
Une représentation plus détaillée, avec autant de boites que de zones, est évidement possible pour entrer plus dans le détail du modèle physique.
Remarque n°3 :
La numérotation des vannes se fait selon des règles précises, non détaillées ici. Cette numérotation permet de se référer aux vannes lors de l’identification des processus d’action.
III.B.b) Le feu et la fumée dans deux locaux communicants ouverts sur l’environnement
Considérons l’exemple de la Figure 45 , composé de deux locaux : une chambre (en rose sur la Figure 45) et un couloir dit circulation horizontale commune et notée CHC (en bleu sur la Figure 45). Ces deux locaux sont mis en communication par une porte. La chambre est munie d’une fenêtre, tandis que le couloir donne sur l’extérieur (en vert sur la Figure 45) par une porte. Dans cet exemple, un foyer unique brûle dans la chambre.
Légende :
FIGURE 45 :EXEMPLE DE REPRÉSENTATION DU FEU ET DE LA FUMÉE DANS DEUX LOCAUX OUVERTS SUR L’ENVIRONNEMENT
Le contenu de la chambre n’a pas changé par rapport { l’exemple précédent (trois boites connectées). Le contenu de la CHC diffère de l’exemple précédent par l’absence de foyer.
Concernant les échanges entre locaux dans cet exemple, du gaz et de l’énergie sont échangés entre les différents volumes de gaz par l’intermédiaire des portes (cf. vannes V1 et V5 pour la porte de la chambre ; vanne V4 et V10 pour celle de l’entrée) et de la fenêtre (cf. vannes V3 et V8). Ces échanges peuvent se faire soit dans un sens, soit dans l’autre, selon la valeur du champ de pression au niveau des ouvertures. Le ventail de bloc-portes48 et des bloc-fenêtres sont représentés par des vannes, dont les mouvements modélisent les changements d’états des ventaux (p. ex. : ouvert, fermé). L’état d’un ventail peut changer au cours du temps, soit parce qu’une personne le manipule, soit parce qu’il est asservi à un composant de sécurité ou encore soit parce qu’il se ruine du fait de la chaleur dégagée par l’incendie. Les vannes ont d’autant plus de degrés de liberté que le ventail peut prendre beaucoup de positions différentes (p. ex. : fermé, un quart ouvert, demi ouvert, grand ouvert…).
De plus, dans cet exemple, aucun échange d’énergie entre locaux par l’intermédiaire des parois n’est considéré puisqu’aucun flux ne lie les deux boites parois dans la Figure 45. Autrement dit, une hypothèse de flux nul { l’interface entre deux parois adjacentes est posée.
III.B.c) Synthèse
Trois remarques peuvent être tirées des exemples précédents.
Premièrement, CIFI 2009, le modèle physique de SCHEMA-SI, peut être représenté sous forme graphique, { l’aide du langage ISI-Systema. Pour y parvenir, la masse gazeuse et l’énergie interne ont été considérées comme des éléments, les zones comme des boites et les échanges entre zones comme des flux.
Deuxièmement, ce modèle graphique, puisqu’il est fonction de la géométrie du bâtiment, est
spécifique à une étude.
Troisièmement, ce modèle permet d’une part de communiquer le modèle physique sans entrer dans les détails de modélisation ; et d’autre part de greffer des événements dont l’occurrence
impacte le modèle physique. Ce dernier point est assuré par l’intermédiaire de vannes,
pouvant être bougées par un processus d’action. En contrepartie, l’expert en sécurité incendie doit mener une réflexion quant à la mise en équations de ces perturbations des flux massiques et énergétiques dans le modèle physique (p. ex. : comment modéliser l’extinction, l’ouverture de porte…).