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ETUDE DE LA PROPAGATION DU FEU SUR DE MULTIPLES CHEMINS DE CABLES ELECTRIQUES
HORIZONTAUX
Romain Hanouzet, Pascal Zavaleta
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Romain Hanouzet, Pascal Zavaleta. ETUDE DE LA PROPAGATION DU FEU SUR DE MULTI- PLES CHEMINS DE CABLES ELECTRIQUES HORIZONTAUX. 2018. �hal-01912008v2�
ETUDE DE LA PROPAGATION DU FEU SUR DE MULTIPLES CHEMINS DE CABLES ELECTRIQUES HORIZONTAUX
Romain Hanouzet & Pascal Zavaleta
Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN), PSN-RES, SA2I, LEF, Cadarache, St Paul- Lez-Durance Cedex, 13115, France
RESUME
Les câbles électriques représentent la plus grande quantité de matière combustible présente dans les installations nucléaires. Les feux de câbles électriques constituent ainsi un des plus importants risques d’incendie sur ces installations. Les analyses de sûreté incendie doivent ainsi évaluer la propagation de feux potentiels sur des chemins de câbles électriques et la puissance du feu résultante, afin d’évaluer les dommages sur des éléments importants pour la sûreté des installations nucléaires. Le modèle FLASH- CAT permet d’évaluer simplement la propagation du feu sur un ensemble de chemins de câbles électriques horizontaux. Dans le cadre du programme OCDE PRISME-2, des essais qui ont impliqué des chemins de câbles horizontaux supportés par un mur, ont mis en évidence une croissance rapide des feux et d’importants pics de puissance. Ces essais visaient à compléter des essais de feux de chemins de câbles horizontaux localisés loin de murs et de plafonds, réalisés dans le cadre du programme CHRISTIFIRE. La présente étude propose ainsi d’étudier la capacité du modèle simplifié FLASH-CAT à évaluer la puissance du feu se propageant sur des chemins de câbles horizontaux avec un mur support.
Les premières évaluations des essais PRISME-2 CFSS avec le modèle FLASH-CAT ont surestimé les mesures des délais d’inflammation des chemins de câbles ainsi que les durées des feux. Ces calculs ont aussi sous-estimé de façon significative les taux de croissance du feu et les pics de puissance mesurés lors des essais. En premier lieu, ce travail révèle en effet que des paramètres d’entrée du modèle FLASH- CAT, les paramètres de propagation, doivent être actualisés quand un mur supporte les chemins de câbles. Ces paramètres sont le délai d’inflammation des chemins de câble, l’angle de propagation et la vitesse de propagation des flammes le long des chemins de câbles. Ces paramètres ont été ainsi mesurés grâce à une méthode d’analyse des vidéos des feux (AVF), développée dans cette étude, et appliquée aux essais PRISME-2 CFSS. Cette étude montre ensuite que les prédictions du modèle FLASH-CAT avec les paramètres de propagation optimisés pour des chemins de câbles supportés par un mur, sont en accord avec les essais. La méthode AVF a été aussi appliquée à des essais de feux de chemins de câbles du programme CHRISTIFIRE. Les calculs avec le modèle FLASH-CAT et les paramètres optimisés améliorent également la prédiction de l’évolution temporelle de la puissance du feu.
Mots clés : CHRISTIFIRE ; chemin de câbles horizontaux ; puissance du feu ; propagation du feu ; FLASH-CAT ; milieu ouvert ; PRISME-2 ; analyse vidéo des feux.
NOMENCLATURE
A Surface de chemins de câbles enflammée (m²)
CC Chemin de câbles (-)
h Espacement vertical entre les chemins de câbles
(m)
L Longueur des chemins de câbles (m)
ܮ, longueur du chemin de câbles i enflammée (m)
n Nombre de câbles électriques par chemin de (-)
ܰ௧௬௦ Nombre de chemins de câbles (-)
݉′ Masse linéique de câbles électriques (kg/m)
ܳ̇ ouHRR Taux de production de chaleur (Heat Release Rate) ou puissance du feu
(kW) ݍ̇" Puissance du feu par unité de surface de
chemins de câbles électriques
(kW/m²)
ܵ Vitesse de propagation des flammes le long des chemins de câbles
(m/s)
t Temps (s)
T Température (K)
W Largeur des chemins de câbles (m)
ݔ, Position du front de flamme le long du chemin de câbles i
(m) ݔ, Position du front d’extinction le long du
chemin de câbles i
(m)
ܻ Fraction massique (-)
Symboles grecs
ߚ Angle formé par le bord du panache du feu avec l’axe vertical, dit angle de propagation
(°)
∆ܪ, Chaleur efficace de combustion (MJ/kg)
∆ݐ Durée du feu à une position donnée d’un chemin de câbles, dite durée locale du feu
(s) ݒ Fraction massique de résidu charbonneux après combustion (-) Indices
burner brûleur
ign « Ignition », Inflammation
p Plastique
1 INTRODUCTION
Les câbles électriques représentent la plus grande quantité de matière combustible présente dans les installations nucléaires. Les feux de câbles électriques constituent ainsi un des plus importants risques d’incendie sur ces installations. Les conséquences de tels feux peuvent conduire à de nombreux dysfonctionnements de circuits électriques importants pour la sûreté des installations, comme cela a été observé lors de l’incendie de la centrale nucléaire de Browns Ferry 1975 [1]. Les conséquences de cet incendie ont conduit à la perte du système de refroidissement d’urgence du réacteur n°1. Depuis, de nombreux efforts ont été réalisés dans les installations nucléaires pour réduire le risque incendie, par exemple en utilisant des câbles électriques avec retardateurs de flammes. Néanmoins, presque soixante- dix incendies impliquant des câbles électriques comme combustible ont été enregistrés dans la base feux OCDE [2] depuis la fin des années 1980. Les feux de câbles électriques et leurs conséquences sont donc toujours une préoccupation majeure pour les études de sûreté incendie sur les installations nucléaires.
Le modèle FLASH-CAT (FLAme Spread over Horizontal CAble Trays) développé par McGrattan et al. [3] permet d’évaluer simplement la propagation du feu sur un ensemble de chemins de câbles horizontaux situés loin de murs et plafonds. Dans le cadre du programme OCDE PRISME-2 [4], des essais « cable fire spreading support » (CFSS [5]) ont utilisé des chemins de câbles horizontaux supportés par un mur. Ces essais ont mis en évidence un impact important du mur support sur l’augmentation significative du taux de croissance du feu et de sa puissance. L’objectif de cette étude vise à étudier la capacité du modèle FLASH-CAT à calculer la propagation du feu sur un ensemble de chemins de câbles horizontaux supportés par un mur.
La première étape de cette étude a consisté à calculer les essais CHRISTIFIRE avec le modèle FLASH-
CAT avant de s’intéresser aux essais CFSS du programme PRISME-2. Compte tenu des écarts observés notamment entre les derniers calculs et les essais PRISME-2 CFSS, la suite de cette étude a été consacrée à l’optimisation des paramètres d’entrée du modèle grâce à une méthode d’analyse vidéo des feux (AVF). Cette méthode, développée lors ces travaux, a été appliquée aux essais de feux de chemins de câbles du programme CHRISTIFIRE et aux essais CFSS du programme PRISME-2. La dernière partie de ce travail présente les calculs des essais des programmes CHRISTIFIRE et PRISME-2 CFSS avec le modèle FLASH-CAT et les paramètres optimisés sur ces essais. Les résultats de ces calculs sont en accord avec les puissances du feu déterminées expérimentalement.
2 EVALUATION DE LA PUISSANCE DU FEU POUR DES CHEMINS DE CABLES HORIZONTAUX PAR LE MODELE FLASH-CAT
2.1 Modèle FLASH-CAT
Le modèle FLASH-CAT permet simplement d’estimer la puissance du feu de multiples chemins de câbles électriques horizontaux. Ce modèle a été développé par le NIST [3] et validé sur les essais CHRISTIFIRE, phase 1, qui ont mis enœuvre de multiples chemins de câbles horizontaux situés loin de murs ou de plafond. Les hypothèses du modèle sont les suivantes :
- Les chemins de câbles sont horizontaux et superposés verticalement avec un espacement entre les chemins de câble de moins de 0,45 m ;
- Les chemins de câbles brûlent en milieu ouvert et sont localisés loin de murs ou de plafonds ; - Les chemins de câbles sont dépourvus de barrière feu ;
- Les câbles ne sont pas protégés par des revêtements spécifiques, des protections ou assimilés ; - Le feu est amorcé sur le chemin de câbles le plus bas ;
- L’étendue initiale du feu sur le chemin de câbles le plus bas vaut la largeur du brûleur.
Le modèle FLASH-CAT permet d’évaluer la puissance du feu (ܳ̇(ݐ)) à partir de l’équation suivante :
ܳ̇(ݐ) = ܳ̇௨+ܣ(ݐ).ݍሶᇱᇱ (1)
Avec,ܳ̇௨, puissance fournie par le brûleur (kW) ;ܣ(ݐ), surface de chemins de câbles enflammée (m2) ;ݍ̇′′, puissance du feu par unité de surface de chemins de câbles (kW/ m2). De plus,ܣ(ݐ)peut être calculée à l’aide de l’équation suivante :
ܣ(ݐ) = ܹ ∙ ∑ேୀଵೝೌೞܮ,(ݐ) (2)
Avec, W, largeur du chemin de câbles (m) ; ܰ௧௬௦, nombre de chemin de câbles etܮ,, longueur du chemin de câbles i enflammée (m).ܣ(ݐ)peut aussi s’écrire selon l’équation suivante:
ܣ(ݐ) = ܹ ∙ ∑ேୀଵೝೌೞ2 ∙ൣݔ,(ݐ)−ݔ,(ݐ)൧ (3)
Avec,ݔ,, la position du front de flamme le long du chemin de câbles i (m) ;ݔ,, la position du front d’extinction le long du chemin de câbles i (m), sachant que l’origine de l’axe horizontal se trouve au centre du brûleur. Le coefficient 2 est présent dans l’équation ci-dessus car pour les essais considérés dans cette étude, la propagation du feu est initiée au centre des chemins de câbles (cas de la source d’inflammation située au-dessous du centre du chemin de câbles le plus bas). Par conséquent, il y a donc deux fronts de flamme et d’extinction se propageant d’une part et d’autre de l’axe de symétrie des chemins de câbles, tel qu’illustré sur la Figure 1. La propagation de la flamme est notamment régie par
les quatre paramètres suivants, nommés « paramètres de propagation » :
ݐ: délai d’inflammation des chemins de câbles (s) ;
ߚ: angle de propagation (°) ;
S : vitesse de propagation des flammes le long des chemins de câbles (m/s) ;
οݐ: durée locale du feu (s).
Des valeurs ou équations sont préconisées pour ces paramètres [3] et sont indiquées dans le paragraphe suivant.
Figure 1: Illustration de la propagation de la flamme telle que prise en compte par le modèle FLASH-CAT.
2.2 Les paramètres de propagation du modèle FLASH-CAT 2.2.1 Délai d’inflammation des chemins de câbles (࢚ࢍ)
ݐǡest défini par « la règle de la minute » telle que stipulée dans [3] :
- Le 1er chemin de câbles s’enflamme après 5 minutes d’exposition au feu de la source d’inflammation ;
- Le 2èmechemin de câbles s’enflamme 4 minutes après le 1er; - Le 3èmechemin de câbles s’enflamme 3 minutes après le 2ème; - Le 4èmechemin de câbles s’enflamme 2 minutes après le 3ème; - Le 5èmechemin de câbles s’enflamme 1 minute après le 4ème;
- Pour les chemins de câbles suivants, le temps d’inflammation d’un chemin de câble à l’autre est de 1 minute.
La connaissance de ces délais d’inflammation permet donc de définir le taux de propagation verticale du feu le long des chemins de câbles.
2.2.2 Angle de propagation (ࢼ)
Il est préconisé dans [3] que l’angle formé par le bord du panache de feu avec l’axe vertical (voir Figure 1), dit angle de propagation, soit pris égal à 35°. Cette hypothèse implique une augmentation de la longueur de chemin de câble enflammé selon l’équation suivante :
ܮାଵ=ܮ+ 2. ℎ.ݐܽ݊(ߚ) (4)
Avec,ܮାଵ, la longueur du chemin de câbles i+1 enflammée initialement (m) ; h l’espacement entre les chemins de câbles i et i+1 (m) etߚl’angle formé par le bord du panache de flamme avec l’axe vertical (°), comme illustré sur la Figure 1.
2.2.3 Vitesse de propagation des flammes le long des chemins de câbles (S)
Deux valeurs de vitesses de propagation des flammes le long des chemins de câbles (S) ont été retenues :
pour des câbles électriques composés de matériaux polymères thermoplastiques, tels que le PVC (polychlorure de vinyle), la vitesse de propagation horizontale a été évaluée à 3,2 m/h [6],
pour des câbles électriques composés de matériaux polymères thermodurcissables, tels que le XPE (polyéthylène réticulé), la vitesse a été estimée à 1,1 m/h [6].
2.2.4 Durée locale du feu (ઢܜ)
La durée du feu à une position donnée du chemin de câbles, (∆t), dite durée locale du feu, est évaluée à partie de l’équation suivante [3] :
∆ݐ=
(ଵିఔ)ఱ ᇲ∆ுలௐ ̇ᇲᇲ (5)
Avec, n, le nombre de câbles par chemin de câble ;ܻ, la fraction massique de matières plastiques dans les câbles ;ߥ, la fraction massique de résidu charbonneux après combustion ;݉ᇱ, la masse linéique de câbles (kg/m) et∆ܪ, la chaleur efficace de combustion (kJ/kg).
Compte tenu des paramètres de propagation discutés ci-dessus, les positions des fronts de flamme, ݔ,(ݐ)et d’extinctionݔ,(ݐ), figurant dans Eq. (3), peuvent s’écrire selon les équations suivantes :
ݔ,(ݐ) =ቊ 0 ݏ݅ݐ<ݐ,
ܮ/2 +ܵ൫ݐ−ݐ,൯ݏ݅݊݊ (6)
ݔ,(ݐ) =൝ 0 ݏ݅൫ݐ−ݐ,൯< ∆ݐ
ܮ/2 +ܵቀ൫ݐ−ݐ,൯− ∆ݐቁ ݏ݅݊݊ (7)
3 CALCUL DES ESSAIS CHRISTIFIRE AVEC LE MODELE FLASH-CAT
Le modèle FLASH-CAT est appliqué aux essais réalisés lors de campagnes d’essais CHRISTIFIRE, phase 1 [3] et PRISME-2 CFSS [5] qui ont toutes les deux impliqué des installations de chemins de câbles horizontaux caractérisées en milieu ouvert. A cet effet, le modèle FLASH-CAT a été programmé dans l’outil mathématique MATLAB.
3.1 Les essais CHRISTIFIRE (phase 1)
Les essais CHRISTIFIRE, phase 1, ont mis enœuvre deux séries d’essais de feux de multiples chemins de câbles. La première série d’essais (MT-1 à MT-16) a impliqué de 1 à 7 chemins de câbles horizontaux remplis du même type de câbles ou d’un mélange de deux types de câbles. De plus, l’espacement et la largeur des chemins de câbles ont été conservés pour l’ensemble de ces essais. La seconde série d’essais (MT-17 à MT-26) a utilisé un mélange de nombreux types de câbles et l’espacement entre les chemins de câbles, leur largeur ou le chargement en câbles ont varié. Tous les essais ont été réalisés en conditions de milieu ouvert. Enfin, pour initier le feu, un brûleur à sable (de dimension 0,3 m x 0,3 m), alimenté par du gaz naturel, a été mis en place au centre du dispositif à 20 cm en dessous du 1erchemin de câbles.
Il a délivré une puissance d’environ 40 kW. Pour la première série d’essais les paramètres géométriques des chemins de câbles sont les suivants :
- Longueur des chemins de câbles de 2,4 ou 3,6 m ; - Espacement entre les chemins de câbles de 0,3 m ; - Largeur des chemins de câbles de 0,45 m.
3.2 Calculs FLASH-CAT
Toutes les données d’entrée nécessaires à l’utilisation du modèle FLASH-CAT, telles que les caractéristiques des câbles, leur arrangement le long des chemins ainsi que la géométrie des chemins de câbles, sont indiquées dans [3]. A titre d’illustration, la Figure 2 montre la puissance du feu calculée par le modèle FLASH-CAT pour les quatre essais MT-2, MT-20, MT-7 et MT-21. Cette figure montre que le modèle prédit correctement la puissance du feu (pour les trois premiers essais) ou la surestime (MT- 21). Les résultats des calculs FLASH-CAT réalisés sur les 22 autres essais CHRISTIFIRE (phase 1) montrent aussi que le modèle évalue correctement ou surestime la puissance du feu mais jamais ne la sous-estime de manière significative [3]. Ces résultats sont conservatifs et valident ainsi l’utilisation du modèle FLASH-CAT pour des études de sûreté incendie sur des installations nucléaires pour des configurations similaires à celles des essais CHRISTIFIRE.
(a) (b)
Figure 2: Evaluations de la puissance du feu des essais CHRISTIFIRE avec le modèle FLASH- CAT. (a) MT-2. (b) MT-20. (c) MT-7. (d) MT-21.
4 | CALCUL DES ESSAIS PRISME-2 (CFSS) AVEC LE MODELE FLASH-CAT 4.1 Les essais PRISME-2 CFSS
Dans le cadre du programme OCDE PRISME-2 [4], les essais CFSS (Cable Fire Spreading Support) ont été réalisés en milieu ouvert [5]. L’objectif de ces essais était de compléter les essais CHRISTIFIRE (phase 1), en étudiant une nouvelle configuration de chemins de câbles électriques. En effet, la configuration prise en compte lors des essais CFSS a impliqué cinq chemins de câbles horizontaux supportés par un mur ignifugé (Superwool 607 HT C Board). Les essais CFSS ont également utilisé 4 types de câbles. Deux câbles PVC et deux câbles avec retardateur de flammes sans halogène. La géométrie des cinq chemins de câbles est restée identique lors de tous les essais :
- Longueur des chemins de câbles de 3 m ;
- Espacement entre les chemins de câbles de 0,3 m ; - Largeur des chemins de câbles de 0,45 m.
Pour initier le feu, un brûleur à sable alimenté par du propane (de dimension 0,3 m x 0,3 m) a été mis en place à 20 cm au-dessous du 1erchemin de câbles. Il a fourni une puissance de feu de 80 kW.
Figure 3: Configuration de cinq chemins de câbles horizontaux supportés par un mur, telle qu’utilisée
lors des essais PRISME-2 CFSS.
(c) (d)
4.2 Calculs FLASH-CAT
Les calculs FLASH-CAT des essais PRISME-2 CFSS suivent les préconisations indiquées dans § 2.2 et supposent que les câbles avec retardateur de flammes sans halogène utilisés lors de ces essais ont un comportement au feu similaire à celui des câbles XPE considérés dans [3]. Les résultats des calculs des trois essais CFSS-1, CFSS-2 et CFSS-4 avec le modèle FLASH-CAT donnent les résultats indiqués sur la Figure 4. Cette figure montre que le modèle sous-estime fortement la puissance du feu mesurée lors des essais. Les essais CFSS [5] ont en effet montré l’impact important du mur support sur l’augmentation de la puissance du feu alors que le modèle FLASH-CAT ne prend pas en compte la présence de mur.
Compte tenu des nombreuses situations pour lesquelles les chemins de câbles sont soutenus par un mur sur les installations nucléaires, on cherche à améliorer les capacités du modèle FLASH-CAT pour ce type de configurations. A cet effet, une optimisation des paramètres de propagation du modèle est proposée dans ce papier afin de pouvoir calculer correctement la puissance du feu, notamment pour les essais CFSS avec un mur support.
Figure 4: Evaluations de la puissance du feu des essais PRISME-2 CFSS avec le modèle FLASH-CAT. (a) CFSS-1. (b) CFSS-2. (c) CFSS-4.
5 | ESTIMATION DES PARAMETRES DE PROPAGATION A L’AIDE D’UNE METHODE D’ANALYSE VIDEO DES FEUX
5.1 | Méthodologie
Une méthode d’analyse des vidéos des feux (AVF) a été développée dans cette étude afin de déterminer
(a) (b)
(c)
les paramètres de propagation (t୧୬, β, S) utilisés pour les calculs FLASH-CAT. La méthode AVF consiste à analyser les images des vidéos des feux afin de :
Déterminer le délai d’inflammation pour chacun des chemins de câbles,ݐ;
Estimer l’angle de propagation,β ;
Tracer l’évolution temporelle de la position du front de flamme le long des chemins de câbles, ݔ(t), ce qui conduit à évaluer la vitesse de propagation horizontale des flammes, S.
L’algorithme de détection du front de flamme convertit d’abord les images couleur des vidéos en nuances de gris. Chaque pixel est ainsi associé à une valeur variant de 0 à 1. L’algorithme ensuite identifie le premier pixel, depuis l’extrémité d’un chemin de câble donné, qui a une valeur supérieure à un seuil défini selon la qualité des images vidéo considérées. Ce pixel correspond alors avec la position du front de flamme le long d’un chemin de câbles i,ݔǡሺݐሻ. La Figure 5 donne par exemple l’évolution temporelle de ݔǡ(t) le long des deuxième et cinquième chemins de câbles pour l’essai PRISME-2 CFSS-1.
Figure 5: Evolution temporelle du front de flamme le long des chemins de câbles pour l’essai CFSS- 1. (a) Chemin de câbles n°2. (b) Chemin de câbles n°5.
De plus, la Figure 5 (a) indique que la régression linéaire (représentée en vert) est en bon accord avec l’évolution temporelle de la position du front de flamme le long du deuxième chemin de câbles pour l’essai CFSS-1. La pente de la régression linéaire peut-être ainsi considérée comme une approximation acceptable de la vitesse de propagation horizontale des flammes, S. De plus, les images vidéos permettent aussi de déterminer le premier instant pour lequel une flamme se maintient à une même position d’un chemin donné i, (i.e., ݐǡ), ainsi que l’angle de propagation, β. Ce dernier est déterminé idéalement quand le panache de flamme est développé jusqu’au dernier chemin de câbles.
5.2 | Résultats pour les essais CHRISTIFIRE
Les Tableau 1 à Tableau 2 donnent les paramètres de propagation (ݐ,β, S) mesurés à partir de la méthode AVF pour les essais CHRISTIFIRE [3]. Les incertitudes des mesures de ݐ,βet S réalisés pour ces essais ont été évaluées respectivement à 30 s, 2° et à 0,1 mm/s. On observe que les délais d’inflammation (voir Tableau 1) sont très variables selon l’essai et peuvent être donc très différents des valeurs préconisées (voir § 2.2.1). Concernant l’angle de propagation,β, les valeurs se situent entre 15 et 30° (pour 11 essais sur 15) avec une valeur moyenne de 19° (voir Tableau 2). La valeur préconisée pour le modèle FLASH-CAT de 35° (voir § 2.2.2) est donc notablement supérieure. De plus, on constate généralement une augmentation de la vitesse de propagation horizontale sur les chemins de câbles supérieurs (voir Tableau 3) alors que les vitesses préconisées sont constantes (voir § 2.2.3). Cet effet est
(a) (b)
la conséquence du préchauffage des chemins de câbles supérieurs par les flammes et le panache des gaz chauds. Les paramètres de propagation mesurés par la méthode AVF sur les essais CHRISTIFIRE sont donc sensiblement différents de ceux préconisés pour les calculs FLASH-CAT (voir § 2.2).
Tableau 1 : Délais d'inflammation,ݐ(exprimés en s) des chemins de câbles (CC1 à CC7), mesurés par la méthode AVF lors des essais CHRISTIFIRE.
Essai CC1 CC2 CC3 CC4 CC5 CC6 CC7
MT-2 580 803 818 - - - -
MT-7 814 1111 1313 1795 2110 2513 2758
MT-8 225 312 450 525 - - -
MT-9 228 182 297 396 - - -
MT-11 195 364 388 502 - - -
MT-14 1810 2190 2272 2428 - - -
MT-16 618 926 940 - - - -
MT-17 213 650 970 1247 1332 1426 1573
MT-18 493 733 1093 1346 1483 1627 1689
MT-19 515 639 1037 1329 1564 1752 2199
MT-20 321 423 600 663 764 1087 1131
MT-22 441 1209 1359 1634 1749 1938 1971
MT-23 512 969 1254 1540 1944 2312 2402
MT-24 92 334 410 676 814 873 867
MT-25 141 344 668 968 1152 - -
Tableau 2 : Angle de propagation,ߚ(exprimé en °), mesuré par la méthode AVF lors des essais CHRISTIFIRE.
5.3 | Résultats pour les essais PRISME-2 (CFSS)
Les Tableau 4 à Tableau 6 donnent les paramètres de propagation (ݐ,β, S) mesurés à partir de la méthode AVF pour les essais PRISME-2 CFSS [5]. Le Tableau 4 ne donne pas les résultats de l’essai CFSS-4 car, suite à un problème vidéo, le début de l’essai (notamment la propagation verticale) n’était pas visible. On constate que les délais d’inflammation (voir Tableau 4) sont beaucoup plus faibles que ceux préconisés (voir § 2.2.1) alors que les vitesses de propagation le long des chemins de câbles (voir Tableau 6) sont nettement plus importantes que celles préconisés (voir § 2.2.3). En effet, le mur support, utilisé pour les essais PRISME-2 CFSS, favorise le transfert de chaleur du panache de gaz chauds vers les câbles non encore enflammés. Par ailleurs, le mur piège et étire aussi la flamme. Ces deux effets conduisent à préchauffer notablement les câbles non encore enflammés, ce qui conduit à réduire significativement le délai d’inflammation des chemins de câbles ainsi qu’à accélérer la propagation du feu le long des chemins de câbles horizontaux. Compte tenu de l’impact significatif du mur support sur
Essai ࢼ Essai ࢼ
MT-2 8 MT-18 15
MT-7 24 MT-19 24
MT-8 23 MT-20 14
MT-9 11 MT-22 11
MT-11 9 MT-23 37
MT-14 7 MT-24 14
MT-16 8 MT-25 10
MT-17 23
les paramètres propagation du modèle FLASH-CAT, ces derniers doivent être actualisés en prenant en compte les valeurs fournies dans les tableaux présentés dans ce paragraphe. La variation de la géométrie des chemins de câbles (espacement, largeur…) dans les essais CHRISTIFIRE a également conduit à faire varier de façon conséquente les paramètres de propagation du modèle FLASH-CAT (voir § 5.2).
Par conséquent, la prochaine section a pour objectif de présenter les nouveaux calculs des essais CHRISTIFIRE (phase 1) et PRISME-2 CFSS réalisés avec le modèle FLASH-CAT et les paramètres de propagation optimisés et présentés ci-dessus.
Tableau 3 : Vitesses de propagation des flammes le long des chemins de câbles (CC1 à CC7), S (exprimées en mm/s), mesurées par la méthode AVF lors des essais CHRISTIFIRE (phase 1).
Essai CC1 CC2 CC3 CC4 CC5 CC6 CC7
MT-2 0,5 0,8 1,1 - - -
MT-7 0,1 0,3 0,5 0,7 0,8 0,9 1,0
MT-8 0,4 0,5 0,6 0,8 - - -
MT-11 0,6 0,7 0,9 1,1 - - -
MT-14 0,2 0,4 0,9 1,0 - -
MT-16 0,4 0,9 0,8 - - - -
MT-17 0,2 1,0 0,7 0,7 0,4 0,7 0,5
MT-18 0,4 1,3 0,7 0,5 0,9 1,6 1,8
MT-19 0,3 1,3 1,3 1,4 1,1 1,2 0,9
MT-20 0,3 0,3 1,0 1,2 1,5 2,6 2,5
MT-22 0,2 0,6 0,7 0,8 1,1 2,1 1,7
MT-23 0,4 0,8 1,1 0,7 1,1 0,9 1,1
MT-24 0,3 0,6 0,9 1,1 1,3 1,0 1,4
MT-25 0,5 0,7 1,0 0,9 1,4 - -
Tableau 4 : Délais d'inflammation,ݐ(exprimés en s) des chemins de câbles (CC1 à CC5), mesurés par la méthode AVF lors des essais PRISME-2 CFSS.
Essai CC1 CC2 CC3 CC4 CC5
CFSS-1 40 58 66 72 86
CFSS-2 264 396 603 741 834
Tableau 5 : Angle de propagation,ߚ(exprimé en °), mesuré par la méthode AVF lors des essais PRISME-2 CFSS
Essai ࢼ
CFSS-1 7 CFSS-2 9 CFSS-4 5
Tableau 6 : Vitesses de propagation des flammes le long des chemins de câbles (CC1 à CC5), S (exprimées en mm/s), mesurées par la méthode AVF lors des essais PRISME-2 CFSS.
Essai CC1 CC2 CC3 CC4 CC5
CFSS-1 3,0 2,9 4,9 6,3 7,1
CFSS-2 0,8 1,1 2,7 3,0 6,4
CFSS-4 2,8 2,7 2,9 5,1 5,9
6 | Calculs des essais CHRISTIFIRE et PRISME-2 CFSS avec le modèle FLASH-CAT et les
paramètres de propagation optimisés.
Ce paragraphe présente dans un premier temps les résultats des calculs des essais CHRISTIFIRE puis dans un deuxième temps ceux relatifs aux essais PRISME-2 CFSS.
6.1 | Essais CHRISTIFIRE
La Figure 6 donne la puissance du feu calculée par le modèle FLASH-CAT et les paramètres de propagation initiaux (« FLASH-CAT initial ») et optimisés (« FLASH-CAT optimisé ») pour quatre essais CHRISTIFIRE (MT-2, MT-7, MT-14 et MT-20). Cette figure montre que les résultats des calculs
« FLASH-CAT optimisé » sont globalement en meilleur accord avec les résultats des essais que pour les calculs « FLASH-CAT initial ». Les discontinuités observées sur la Figure 6 (b) sont dues à l’extinction des parties centrales des chemins de câbles. Ce phénomène est accentué sur l’essai MT-7 du fait de la longue durée du feu et du nombre important de chemins de câbles.
Figure 6: Calculs des essais CHRISTIFIRE avec le modèle FLASH-CAT et les paramètres de propagation initiaux (« FLASH-CAT initial ») et optimisés (« FLASH-CAT optimisé »).
(a) MT-2. (b) MT-7. (c) MT-14. (d) MT-20.
6.2 | Les essais CFSS
La Figure 7 donne la puissance du feu calculée par le modèle FLASH-CAT et les paramètres de propagation initiaux (« FLASH-CAT initial ») et optimisés (« FLASH-CAT optimisé ») pour trois essais PRISME-2 CFSS (CFSS-1, CFSS-2 et CFSS-4). Cette figure montre que les résultats des calculs
« FLASH-CAT optimisé » sont nettemment plus proches des résultats des essais que pour les calculs
« FLASH-CAT initial ».
(a) (b)
(c) (d)
Figure 7: Calculs des essais PRISME-2 CFSS avec le modèle FLASH-CAT et les paramètres de propagation initiaux (« FLASH-CAT initial ») et optimisés (« FLASH-CAT optimisé »).
(a) CFSS-1. (b) CFSS-2. (c) CFSS-4.
7 | CONCLUSION
Cette étude traite du modèle FLASH-CAT qui évalue la puissance du feu se propageant sur des chemins de câbles horizontaux. Dans le cadre du programme OCDE PRISME-2, des essais ont impliqué de multiples chemins de câbles horizontaux supportés par un mur. Ces essais ont mis en évidence des taux de croissance rapides du feu ainsi que d’importants pics de puissance, principalement causés par la présence du mur support. Ces essais visaient à compléter des essais de feux de chemins de câbles horizontaux localisés loin de murs et de plafond, réalisés dans le cadre du programme CHRISTIFIRE.
La présente étude propose ainsi d’étudier la capacité du modèle FLASH-CAT à évaluer la puissance du feu se propageant sur des chemins de câbles horizontaux avec un mur support.
Les premières évaluations des essais PRISME-2 CFSS avec le modèle FLASH-CAT ont surestimé les mesures des délais d’inflammation des chemins de câbles ainsi que les durées du feu. Ces calculs ont aussi sous-estimé de façon significative les mesures des taux de croissance du feu et les pics de puissance. En premier lieu, ce travail montre en effet que des paramètres d’entrée du modèle FLASH- CAT, les paramètres de propagation, doivent être actualisés quand un mur supporte les chemins de câbles. Ces paramètres sont le délai d’inflammation des chemins de câble, l’angle de propagation et la vitesse de propagation des flammes le long des chemins de câbles. Ils ont été ainsi actualisés grâce à l’utilisation d’une méthode d’analyse des vidéos des feux (AVF), développée dans cette étude, et appliquée aux essais PRISME-2 CFSS.
Ensuite, ce travail montre que les prédictions du modèle FLASH-CAT avec les paramètres de propagation optimisés pour des chemins de câbles supportés par un mur, sont en accord avec les résultats des essais.
Enfin, cette étude révèle aussi que les prédictions avec le modèle FLASH-CAT et les paramètres optimisés sur les essais CHRISTIFIRE, à l’aide de la méthode AVF, donnent également des résultats plus proches de ceux des essais que les calculs avec les paramètres initiaux.
(a) (b)
(c)
8 | REFERENCES
1. U.S. NRC (1975), Cable Fire at Browns Ferry Nuclear Power Station, NRC Bulletin BL-75-04, U.S. Nuclear Regulatory Commission, Washington, DC
2. Organisation for Economic Co-operation and Development (OECD) Nuclear Energy Agency (NEA), Committee on the Safety of Nuclear Installations (CSNI): “OECD FIRE Database, Version:
OECD FIRE DB 2014:2”, Paris, France (2016), proprietary, for members only
3. McGrattan, K., Lock, A., Marsh, N., Nyden, M., Bareham, S., Price, M., Morgan, A.B., Galaska, M., Schenck, K., Stroup, D., 2012, Cable Heat Release, Ignition, and Spread in Tray Installations During Fire (CHRISTIFIRE). Volume 1: Horizontal Trays, NUREG/CR-7010, U.S.NRC
4. Audouin, L., Prétrel, H., Zavaleta, P., OECD PRISME 2 Fire Research Project (2011-2016) – Current Status and Perspectives, 13th International Post-Conference Seminar on Fire Safety in Nuclear Power Plants and Installations.
5. Zavaleta, P., Charbaut, S., Basso, G., Audouin, L., 2013, Multiple Horizontal Cable Tray Fire in Open Atmosphere, Thirteenth international conference of the Fire and Materials, San Francisco, USA, p57-68.
6. Electric Power Research Institute & United States Regulatory Commission, “Appendix R,” in Fire PRA Methodology for Nuclear Power Facilities (NUREG/CR-6850), Washington, 2005, pp. 655- 667.
