Reflexion sur la validité des mesures de tempéra- tempéra-ture sous brouillard d’eau

Avant la mise en œuvre de la campagne d’essais avec brumisation, la question de la fiabilité des mesures de température par thermocouples lors des phases avec aspersion s’est posée. En effet, une partie des buses est fixée au-dessus de sections équipées de capteurs, qui se retrouvent ainsi dans leur cône d’aspersion. Il convient alors de s’assurer de la pertinence de la mesure de température, la baisse de température que l’on relève pendant l’aspersion pouvant être due au refroidissement du milieu par l’injection de gouttelettes d’eau (vaporisation) mais aussi à l’impact direct d’eau sur le corps des capteurs. Afin de les protéger de cet impact, la solution envisagée a été de positionner un capot de protection autour du thermocouple. Sa forme a été choisie pour minimiser autant que faire se peut l’écoulement autour du thermocouple (figure V.1).

Fig. V.1 – Vues d’un capot de protection de thermocouple

On mesure donc la température en des points du tunnel avec un thermocouple protégé (auquel on fera ensuite référence en tant que thermocouple avec capot de protection) et un thermocouple nu. A l’occasion de cette adaptation de l’instrumentation, un troisième thermocouple a été ajouté aux points de mesure concernés, afin de vérifier que le rayonne-ment, en tant que transport d’énergie, est négligeable devant la convection. Ce troisième thermocouple a été installé sur la même position que les deux autres capteurs mais tourné

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vers l’aval. Cette instrumentation a été mise en place sur les deux premières sections aval T+4 et T+8. Le montage a été réalisé sur les quatre thermocouples situés à mi-hauteur des supports, de T+X12 à T+X15 inclus, soit à des hauteurs par rapport au sol allant de 0,65 à 1,5 m. Ce choix de positionnement a été dicté par le fait que les capteurs numéro 10 et 11 sont trop hauts pour être dans le cône d’aspersion des buses concernées, et que les capteurs numéro 16 et 17 sont trop bas.

Pour ces essais spécifiques, notés T²C, les buses d’aspersion ont été installées entre les sections S+1,5 et S+4, ainsi qu’entre les sections S+5,5 et S+8, en groupes de 5 buses espacées de 50 cm. Le but de cette installation particulière était d’avoir un brouillard dense au niveau des points de mesures pour rendre maximum l’effet potentiel de dépôt d’eau.

De plus, aucune buse n’a été disposée au-dessus du foyer, afin d’éviter que les signaux de température relevés ne puissent correspondre à une diminution de la puissance du foyer et donc de ne tenir compte que de l’influence du capot de protection sur les mesures.

Une série de six essais a été conduite, deux essais sans aspersion, et quatre essais avec aspersion. La liste de ces essais préliminaires est récapitulée dans le tableau V.1.

Consigne de Délai avant régime établi au déclenchement de l’aspersion à t=180s. La durée de la phase sèche a donc été portée à 300s, délai retenu par la suite pour les essais de performance de la campagne ETun. Par ailleurs, l’essai T²C 6 donnant des résultats tout à fait similaires à ceux de l’essai T²C 5, ces résultats ne sont pas présentés dans ce paragraphe. La vitesse de ventilation de 2,2 m.s⁻¹ a été retenue lors de cette série d’essais T²C afin, là aussi, de rendre maximum le risque de dépôt de gouttelettes entrainées par l’écoulement à cette vitesse plus élevée (puisque les thermocouples équipés sont situés en aval du foyer).

V.1.1 Résultats

Tout d’abord, on peut déjà relever quelques écarts de température lors des essais sans aspersion. Il existe une différence entre les températures relevées par les capteurs avec capot de protection TC et les capteurs sans capot de protection TN.

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Fig. V.2 – Essai T²C 4 - Evolution temporelle de l’écart de température entre les ther-mocouples avec capots de protection (TC) et sans capots de protection (TN) en section T+4 - (—) : T+412, (—) : T+413, (—) : T+414, (—) : T+415

Fig. V.3 – Essai T²C 4 - Evolution temporelle de l’écart de température entre les ther-mocouples avec capots de protection (TC) et sans capots de protection (TN) en section T+8 - (—) : T+812, (—) : T+813, (—) : T+814, (—) : T+815

Au voisinage du foyer (figure V.2), on observe un écart de moins de 10% pour les capteurs proches de la voûte, et un écart allant jusqu’à 20% pour le capteur 415, situé à un tiers de la hauteur du tunnel. Cependant, les résultats obtenus en section T+8

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(figure V.3) indiquent que cet écart n’existe pratiquement plus, et que l’ensemble des points instrumentés présente moins de 10% d’écart entre le capteur protégé et le capteur nu.

Sur les résultats des essais T²C avec aspersion (figure V.4), on remarque au niveau de la section T+4 que les résultats en phase sèche (entre t=0 et t=300s) confirment les relevés des essais sans aspersion. En phase humide (à partir de t=300s), la température du thermocouple avec capot décroît beaucoup plus lentement, avec un écart allant jusqu’à 50% pour le capteur 412, le plus haut des capteurs instrumentés. Le capot semble donc bien protéger le capteur de l’impact de gouttelettes issues des buses de brouillard d’eau placées au-dessus de la section de mesure. La baisse de température mesurée semble bien être celle occasionnée par les gouttelettes d’eau qui s’échauffent et se vaporisent dans l’écoulement d’air et non celle due à l’impact et au dépôt de gouttelettes sur le capteur.

Cependant, au fil des essais, les écarts entre thermocouples protégés et nus se sont révélés inconstants (variant de 10 à 30% par rapport à la mesure du capteur avec capot de protection).

De plus, si l’on regarde les résultats obtenus en section T+8 (figure V.5), on remarque que la différence entre les deux capteurs est minime (moins de 1%), que ce soit pendant la phase de feu libre ou l’aspersion. Ces résultats se sont révélés reproductibles durant les deux essais avec aspersion (T²C 5 et T²C 6). Lors de l’essai sans aspersion, l’écart entre les deux signaux est au maximum de 10%, durant la phase de baisse de puissance du foyer. Le pic d’écart visible sur la figure V.5 est dû à la perturbation du milieu par l’introduction du brouillard d’eau.

Fig. V.4 – Essai T²C 5 - Evolution temporelle de l’écart de température entre les ther-mocouples avec capots de protection (TC) et sans capots de protection (TN) en section T+4 - (—) : T+412, (—) : T+413, (—) : T+414, (—) : T+415

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Fig. V.5 – Essai T²C 5 - Evolution temporelle de l’écart de température entre les ther-mocouples avec capots de protection (TC) et sans capots de protection (TN) en section T+8 - (—) : T+812, (—) : T+813, (—) : T+814, (—) : T+815

V.1.2 Conclusion

Après examen de ces résultats, les capots de protection ont tous été retirés, car les seuls capteurs pour lesquels une différence notable entre la présence ou l’absence de capot a pu être notée sont situés sur la section T+4, proche du foyer, et donc dans une zone du tunnel où se développe encore le panache de la flamme. Cette zone de panache présente une forte turbulence, que l’acquisition relativement lente des données ne permet pas d’analyser.

Enfin, à partir de la section T+8 les écarts entre les capteurs avec et sans capot de protection peuvent être considérés comme négligeables.