dégage-ment de chaleur volumique devient plus important dans cette zone lorsque l’on augdégage-mente
le débit de fuel.
La figure IV.18(d) montre le dégagement de chaleur volumique. On peut remarquer
qu’à l’extérieur du local, la zone où le dégagement de chaleur est supérieur à 250 kW·m−3
est d’autant plus étendue que le débit de fuel est important. Il semble que les flammes
extérieures soient toujours « accrochées » au niveau du linteau, là où les gaz sortant du local
se mélangent avec l’air ambiant extérieur. Á l’intérieur du local, on voit que le dégagement
de chaleur se situe juste au-dessus de la surface où le fuel est injecté. L’augmentation du
débit de fuel entraîne une extension de la zone de dégagement de chaleur vers le fond du
local, jusqu’au moment où de forts dégagements de chaleur apparaissent à l’interface avec
l’air frais entrant, près de l’ouverture. Ceci est une conséquence d’une augmentation de la
richesse des gaz contenus dans le local. Les gradients de la fraction de mélange entre gaz
frais entrant et gaz contenus dans le local sont alors plus forts, d’où un dégagement de
chaleur accru.
Les figures IV.18(e) et IV.18(f) montrent des contours de flux radiatifs égaux à 20 kW·m−2
dans deux directions. Ces grandeurs correspondent au flux radiatif hémisphérique
prove-nant de toutes les directions situées dans un demi-espace, comme cela est schématisé sur les
figures. Les contours de flux radiatif représentés mettent en évidence le fait que les
contri-butions au champ radiatif se décomposent essentiellement comme la somme du
rayonne-ment issu de l’ouverture du local et de celui issu des flammes extérieures. En effet, sur la
figure IV.18(e), on voit que le flux radiatif est important au niveau du bord inférieur de
l’ouverture, même hors des flammes extérieures. Ceci paraît cohérent avec le modèle de
Law qui décompose les contributions au champ radiatif en ces deux types de source.
IV.4.2 Influence de la distribution du combustible
Afin d’étudier l’effet de la distribution de la charge d’incendie sur les caractéristiques
des flammes extérieures, les résultats de trois simulations sont comparés. Dans la première
simulation, la charge est disposée près de l’ouverture. Dans la deuxième, la charge est située
au fond du compartiment et dans la troisième, la charge est uniformément répartie au sol.
Dans les cas de charges localisées, les dimensions de la surface débitante sont identiques à
celles de la surface débitante du cas de référence. Dans le cas de la charge uniformément
répartie au sol, la surface débitante est doublée dans le sens de la profondeur du
compar-timent. Tous les autres paramètres sont conservés pour ces simulations. Les résultats sont
présentés sur les figures IV.19, et IV.20 sous la forme de contours qui correspondent aux
valeurs moyennes dans une coupe verticale située au centre de l’ouverture.
IV.4.2.1 Comparaison charge d’incendie étendue/localisée
Les simulations comparées ici sont celles de la charge d’incendie localisée près de
l’ou-verture et celles de la charge d’incendie uniformément répartie au sol. Dans les deux cas,
le débit total de fuel est le même, ce qui conduit à un débit surfacique deux fois moindre
dans le cas de la charge répartie.
Influence des caractéristiques de la source du feu
-2 0 2 4 6 0 1 2 3 4 5 6 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000(a) Température en ˚C
-2 0 2 4 6 0 1 2 3 4 5 6 -25.00 -20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00(b) Pression en Pa
-2 0 2 4 6 0 1 2 3 4 5 6 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80(c) Fraction de mélange
-2 0 2 4 6 0 1 2 3 4 5 6 0 80 160 240 320 400 480 560 640 720 800(d) Dégagement de chaleur en kW·m−3
-2 0 2 4 6 0 1 2 3 4 5 6 -4.00 -3.00 -2.00 -1.00 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00(e) Vitesse horizontale en m·s−1
-2 0 2 4 6 0 1 2 3 4 5 6 -3.00 -2.00 -1.00 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00
(f) Vitesse verticale en m·s−1
FIG. IV.19 — Effet de la distribution de la charge d’incendie dans
un compartiment profond. Les pointillés se réfèrent au cas de la charge
située près de l’ouverture alors que les lignes correspondent au cas de
la charge répartie uniformément au sol. Il s’agit de résultats moyens
d’un état stationnaire.
La figure IV.19 montre les résultats des simulations. On constate que la configuration
de la charge située près de l’ouverture conduit à des températures légèrement plus
éle-vées à l’extérieur du local (figure IV.19(a)). La hauteur de flamme correspondant à une
température de 500 ˚C est ainsi légèrement plus grande. Le champ de température dans le
compartiment montre que les gaz sont plus chauds dans le cas d’une charge située près
de l’ouverture. Le champ de pression est très proche entre les deux simulations (figure
IV.19(b)). Le champ de fraction de mélange à l’extérieur est également pratiquement
in-changé (figure IV.19(c)), ce qui explique que la localisation des zones de dégagement de
chaleur est la même à l’extérieur (figure IV.19(d)). On note cependant un dégagement de
chaleur à l’extérieur légèrement plus important lorsque la charge est située près de
l’ou-verture. Globalement, les écoulements sont similaires à l’extérieur du local pour les deux
configurations étudiées (figures IV.19(e) et IV.19(f)). Ainsi, la distribution de la charge
d’in-cendie au sol n’exerce pratiquement pas d’influence sur les conditions existant à l’extérieur
du local. Le cas de la charge située près de l’ouverture est bien le cas le plus défavorable
pour les élements de structure situés à l’extérieur du compartiment.
IV.4.2.2 Effet de la position d’une charge d’incendie localisée
On compare ici les résultats des simulations avec des charges d’incendie localisées près
de l’ouverture et au fond du compartiment. Cette comparaison montre que si les
écoule-ments sont de nature différente au sein du compartiment, ils retrouvent une certaine
simi-litude à l’extérieur de celui-ci (figures IV.20(e) et IV.20(f)). Le champ de pression est
prati-quement inchangé entre les deux simulations (figure IV.20(b)). La localisation du
dégage-ment de chaleur à l’extérieur du compartidégage-ment est quasidégage-ment inchangée (figures IV.20(c) et
IV.20(d)). On note cependant une différence au niveau du champ de température extérieur
(figure IV.20(a)). Le cas de la charge située près de l’ouverture présente des températures
légèrement plus élevées, dues à un dégagement de chaleur plus important et plus étendu
à l’extérieur du compartiment. Ceci vient du fait que la quantité de chaleur libérée par la
combustion dans le local est légèrement plus importante dans le cas de la charge située au
fond du compartiment. Les calculs montrent que les débits à l’ouverture sont les mêmes
dans les deux cas. Ainsi, la chaleur libérée par quantité d’air entrant est légèrement
supé-rieure avec la charge située au fond du compartiment. Ceci est sans doute dû à une plus
grande interface de mélange entre air frais et gaz combustibles.
IV.4.2.3 Conclusion
La disposition de la charge d’incendie près de l’ouverture conduit à la situation la plus
défavorable pour les éléments extérieurs. Il est donc sécuritaire de supposer a priori que la
charge est localisée près de l’ouverture. La comparaison entre le cas de la charge étendue
et le cas de la charge localisée près de l’ouverture met en évidence le fait qu’au-delà d’une
certaine valeur, la profondeur du compartiment n’exerce pratiquement plus d’influence sur
les flammes extérieures.
Influence des caractéristiques de la source du feu
-2 0 2 4 6 0 1 2 3 4 5 6 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000(a) Température en ˚C
-2 0 2 4 6 0 1 2 3 4 5 6 -25.00 -20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00(b) Pression en Pa
-2 0 2 4 6 0 1 2 3 4 5 6 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80(c) Fraction de mélange
-2 0 2 4 6 0 1 2 3 4 5 6 0 80 160 240 320 400 480 560 640 720 800(d) Dégagement de chaleur en kW·m−3
-2 0 2 4 6 0 1 2 3 4 5 6 -4.00 -3.00 -2.00 -1.00 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00(e) Vitesse horizontale en m·s−1
-2 0 2 4 6 0 1 2 3 4 5 6 -3.00 -2.00 -1.00 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00
(f) Vitesse verticale en m·s−1
FIG. IV.20 — Effet de la position de la charge d’incendie dans un
compartiment profond. Les pointillés se réfèrent au cas de la charge
située près de l’ouverture alors que les lignes correspondent au cas de
la charge située au fond du compartiment. Il s’agit de résultats moyens
d’un état stationnaire.
IV.4.3 Influence de la nature du combustible
Dans la majorité des essais expérimentaux concernant la sortie de flammes d’un local
en feu, la charge d’incendie est constituée de bûchers de bois. Ce type de combustible est
peu onéreux et il est jugé relativement bien représentatif des charges d’incendie réelles.
Ce-pendant, l’utilisation croissante de matières plastiques dans le mobilier ou les revêtements
contenus dans les bâtiments conduit à s’interroger à propos de l’effet de la nature du
com-bustible sur les caractéristiques des flammes produites. Il est généralement admis qu’un feu
de compartiment peut atteindre des taux de réactions plus élevés avec un combustible non
cellulosique qu’avec des bûchers de bois [29, 129]. Les matières plastiques peuvent ainsi
continuer à produire des éléments volatiles combustibles, même dans un environnement
très riche en fuel [15, 37]. Ceci signifie que la richesse globale maximale admissible est
dif-férente entre le bois et le plastique. Le but de cette section n’est pas de déterminer cette
valeur mais plutôt d’étudier les effets de l’utilisation d’un fuel de nature différente de celle
du bois sur les caractéristiques des flammes extérieures.
Par construction, la richesse globale tient compte de la nature du fuel via le coefficient
stœchiométrique rfuel-air. Une comparaison entre deux simulations réalisées avec FDS et
employant deux types de fuel dans une même configuration permet ici d’étudier la
sen-sibilité des résultats par rapport au type de fuel employé. Les calculs correspondent cette
fois à une succession d’états stationnaires obtenus en faisant varier le débit de fuel par
« paliers », afin d’étudier comment les résultats varient en fonction de la richesse globale.
Il a été choisi d’utiliser un fuel dont les caractéristiques sont celles de l’éthylène car
elles conduisent à une valeur très différente du coefficient stœchiométrique20. La réaction
globale de combustion21 s’écrit pour l’éthylène
C2H4+2.97(O2+3.76N2)→1.97CO2+2.00H2O+0.00CO+0.02Csuies+11.18N2, (IV.8)
et le coefficient stœchiométrique rfuel-air vaut 14.6. Les simulations numériques
exploi-tées ici correspondent au cas d’un compartiment de 3.6 m sur 3.6 m avec une élévation de
3.1 m, et une ouverture en façade de 3.1 m de large sur 1.9 m de haut.
Les principaux résultats des simulations sont présentés sur la figure IV.21. Les calculs
ont montré que la simulation correspondant à l’éthylène atteint facilement des grandes
valeurs de la richesse globale, ce qui n’est pas le cas avec le bois. La différence de
compor-tement entre les deux types de fuel est due à l’écart entre les chaleurs de combustion. Une
même puissance totale nécessite une masse de fuel environ 2.5 fois plus importante dans le
cas du bois que dans le cas de l’éthylène. Or, il a été vu plus haut que le débit d’air entrant
dans le local est affecté par le débit de fuel. Ainsi, pour une même valeur de la richesse
globale, les débits massiques de fuel sont très différents entre les deux simulations (figure
IV.21(a)). La puissance totale libérée en fonction de la richesse globale dans le domaine de
calcul n’est pas représentée. Il a été observé qu’elle est assez proche dans les deux cas, ce
qui est cohérent avec l’approche théorique22 qui prévoit que la puissance totale libérée est
proportionnelle au débit d’air entrant multiplié par la richesse globale.
Les simulations ont également montré que la température moyenne au sein du local est
Dans le document
Détermination des conditions d'échauffement de structure extérieure à un bâtiment en situation d'incendie
(Page 173-177)