L'INCENDIE DANS LES RÉSEAUX MAILLÉS - APPROCHE PERFORMANTIELLE POCES 12 AVRIL 2019
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L’incendie dans les réseaux maillés
Approche performantielle
PoCES 12 avril 2019
Eric Casalé
1
Sommaire
Les réseaux maillés et ramifiés
Eléments de réglementation
La démarche générale – recherche de performance
Exemples
Réseau maillé
Réseaux ramifiés linéaires
Tunnels routiers
2
Les réseaux maillés et ramifiés
Eléments constitutifs (modélisation)
Nœuds: Points de jonction des conduits (ventilation ou autres)
Branches: Eléments homogènes parcourus par un flux (débit
massique conservé le long des branches)
Mailles: Boucles fermées constituées de branches jointives
3
Les réseaux maillés et ramifiés
Modélisation (Hardy Cross)
Conservation du débit massique aux nœuds
Somme des différences de pression nulle sur chaque maille
Exemples
Mines souterraines
Réseaux de métro
Réseaux de ventilation complexes (ventilation transversale)
Etablissements recevant du public (parcs de stationnement,
centres commerciaux, etc.)
Etc.
4
Les réseaux maillés et ramifiés
Exemples
5
Les réseaux maillés et ramifiés
Exemples
6
Eléments de réglementation (incendie)
Nombreux types d’ouvrages
Etablissements recevant du public
Instruction Technique 246
Règlement de sécurité des ERP
Etc.
Tunnels routiers
Instruction technique 2000-63
Etc.
Ventilation & désenfumage - deux objectifs:
Evacuation du public ou du personnel
Intervention des services de secours
7
L’approche générale
Objectifs: Performances - Obligation de résultats (lesquels?)
L’état des fumées à l’instant t résulte d’un équilibre entre:
La convection (système de ventilation);
Les tensions gravitaires (Incendie + champs de vitesses).
Analyse de l’état stationnaire (asymptotique)
Incendie: grande variabilité des scénarios:
Cinétique;
1.2
Puissance.
Risque:
Puissance adimensionnée (-)
1.0
0.8
0.6
Durée d'évacuation
0.4
!...
0.2
0.0
0 5 10 15 20 25 30
Temps (mn)
8
L’approche générale
Objectifs: Performances - Définition des critères
OBJECTIFS: Maîtrise du mouvement des fumées
Dans l’environnement exposé:
Stratification
Balayage longitudinal (vitesse critique)
Dans l’environnement à protéger:
Protection par confinement des fumées dans la zone exposée
DIMENSIONNEMENT: Moyens de ventilation mécanique
Dans l’environnement exposé: contrôle des conditions permettant
le résultat souhaité (vitesse longitudinale, niveau de turbulence)
Dans l’environnement à protéger: contrôle des conditions
prévenant l’intrusion des fumées
Performances locales assurées par une gestion d’ensemble
9
L’approche générale
Objectifs: Performances - Définition des critères
PERFORMANCE (opérationnelle): Gestion des moyens de
ventilation mécanique
Problématique de la ventilation naturelle (influences non
maîtrisées)
Effets aérologiques (externes)
Effets thermiques (incendie – internes): influence de la puissance de
l’incendie
Réponses
Pas d’influence: Réponse = f(xincendie)
Influence négligeable: Réponse = f(xincendie)
Influence majeure: Réponse = f(xincendie ,vincendie)
Principe de régulation: Correction du champ de vitesse réalisée par les
moyens de mesure (anémomètres) localisés hors de portée des fumées
10Exemples
Réseau maillé complexe
Voiries souterraines des Halles
Réseaux linéaires et ramifiés
Métros (cas d’un tronçon du métro d’Alger)
Désenfumage des stations (géométries complexes avec trémies)
Désenfumage des escaliers d’accès
Effet de « bulle d’air frais »
Tunnels routiers – pilotage automatique de la ventilation
mécanique
Tunnel du Mont Blanc
Tunnel du Prado-Carénage (Marseille)
Tunnel sous Fourvière (Lyon)
11Le cas du réseau maillé complexe
Les voiries souterraines des Halles (Paris)
12Les réseaux ramifiés linéaires
Métro d’Alger (extensions A & C)
Place des Martyrs
Extension A
Ali Boumendjel
Grande Poste
Khelifa Boukhalfa
1er Mai
Aïssat Idir
Hamma
Jardin d'Essais
Les Fusillés
Ligne 1
(En service) Cité Amirouche Cité Mer et Soleil
El Harrach Centre
Haï el Badr
El Harrach Gare
Halte des Ateliers Bachdjara 2
Bachdjara 1
Gué de Constantine
Extension B
Aïn Naâdja (En service)
Extension C
13Les réseaux ramifiés linéaires
Station de métro de Aïn Naadjâ (Alger)
14Géométries complexes avec trémies
Station de métro de Aïn Naâdja (Alger)
15Géométries complexes avec trémies
Station de métro de Aïn Naâdja (Alger)
16Géométries complexes avec trémies
Station de métro de Aïn Naâdja (Alger)
17Géométries complexes avec trémies
Station de métro de Aïn Naâdja (Alger)
18Les réseaux ramifiés linéaires
Station de métro de Aïn Naâdja (Alger)
19Géométries complexes avec trémies
Station de métro de Aïn Naâdja (Alger)
20Géométries complexes avec trémies
Station de métro de Aïn Naadjâ (Alger)
21Désenfumage des escaliers d’accès
Station de métro de la Place des Martyrs (Alger)
22Effet de « bulle d’air frais »
Station de tramway Marina (Lusail - Qatar)
23Régulation de la ventilation mécanique
Tunnel sous le Mont Blanc (2002)
5
Vitesse longitudinale (m/s)
4
3
2
1 x = - 200 m
x = - 100 m
0
x = + 100 m
-1 x = + 200 m
-2
-60 0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600
Temps (s)
24Régulation de la ventilation mécanique
Tunnel sous le Mont Blanc (2002)
Opérateur vs régulation
5
Vitesse longitudinale (m/s)
4
Pilotage manuel - Test 1.3
3
Pilotage automatique - Test 1.4
2
1
0
-1
-120 0 120 240 360 480 600 720 840 960 1080 1200
Temps(s)
25Régulation de la ventilation mécanique
Tunnel sous le Mont Blanc (2002)
Zone du foyer
26Régulation de la ventilation mécanique
Tunnel sous le Mont Blanc (2002)
Faut-il modéliser le système de 2000
ventilation mécanique dans la 1800
1600
représentation du réseau? 1400
Pression (Pa)
1200
En général non… 1000
… mais il faut le justifier…
800
600
400
200
0
12
Vitesse en gaine (m/s)
10
8
6
4
2
0
-2
-5
Vitesse en tunnel (m/s)
-6
-7
-8
-9
-10
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000
27Régulation de la ventilation mécanique
Tunnel du Prado-Carénage (Marseille)
Régulation par ventilation transversale
28Régulation de la ventilation mécanique
Tunnel du Prado-Carénage (Marseille)
Fonctionnalités spécifiques du puits et des quatre gaines
8 600
Longitudinal velocity at the fire
fitted by the ventilation level at Fire location
the Bossuet shaft (about 10MW)
6 500
Extraction in ducts 3 and 4
Longitudinal velocity (m/s)
4 400
Temperature (°C)
2 300
+ 1 m/s
Fresh air blown in
0
ducts 1 and 2 as 200
a compensation
of the extraction
- 1 m/s in ducts 3 and 4
-2 100
Limit of the stratified
Longitudinal velocity: about 0.2 m/s smoke extension
-4 0
0 500 1000 1500 2000 2500
Location along the tunnel (m) 29Régulation de la ventilation mécanique
Tunnel du Prado-Carénage (Marseille)
Modélisation 1D transitoire de la régulation
30Régulation de la ventilation mécanique
Tunnel du Prado-Carénage (Marseille)
Comparaison modélisation - essais
3.5
Regulation with the central shaft
3.0
2.5
Air velocity (m/s)
2.0 Measurements
Simulations
1.5
Activation of the
ventilation ducts
1.0
0.5
0.0
0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600
Time (s) 31Régulation de la ventilation mécanique
Tunnel sous Fourvière (Lyon)
Etapes:
Ouverture des trappes sur la
zone de l’incendie
Mesure du profil de vitesse le
long du tunnel & calcul de la
vitesse au droit de l’incendie
Régulation PID de la poussée
des accélérateurs
Innovations:
Mise au point du système de régulation par simulation numérique
(modélisation 1D transitoire du tunnel et du module de régulation PID)
Interfaçage du code de calcul avec l’automate pour:
La mise au point de la boucle PID
Le calcul des coefficients (utilisés directement sur site)
32Régulation de la ventilation mécanique
Tunnel sous Fourvière (Lyon)
Ajustement des coefficients PID
5 10
4 8
Vitesse dans la zone de l'incendie [m/s]
3 6
Nombre d'accélérateurs [-]
2 4
1 2
0 0
-1 -2
-2 -4
-3 -6
-4 -8
-5 -10
0 120 240 360 480 600 720 840 960 1080 1200 1320 1440 1560 1680 1800
Temps [s]
33Régulation de la ventilation mécanique
Tunnel sous Fourvière (Lyon)
Ajustement des coefficients PID
5 10
4 8
Vitesse dans la zone de l'incendie [m/s]
3 6
Nombre d'accélérateurs [-]
2 4
1 2
0 0
-1 -2
-2 -4
-3 -6
-4 -8
-5 -10
0 120 240 360 480 600 720 840 960 1080 1200 1320 1440 1560 1680 1800
Temps [s]
34Régulation de la ventilation mécanique
Tunnel sous Fourvière (Lyon)
Ajustement des coefficients PID
35Régulation de la ventilation mécanique
Tunnel sous Fourvière (Lyon)
Ajustement des coefficients PID
36Conclusions
Performance: liée à la maîtrise des champs de vitesse (on ne
maîtrise pas directement le mouvement des fumées)
Définition de la réaction aéraulique:
Performances souhaitées dans la zone de l’incendie (stratificaion
ou balayage)
Protection des zones éloignées
Gestion du système:
Prise en compte des effets de ventilation naturelle
Corrections successives de l’état de la ventilation mécanique
pour contrôler les performances précédentes
Régulation automatisée
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