Scénarios ISI #3 – Effets de la ventilation

Dans un scénario d’incendie, la ventilation n’est pas un simple paramètre secondaire. Elle peut modifier en profondeur le développement du feu, les fumées produites et les risques pour les structures et les occupants. Cet article s’applique à décrire l’influence des amenées d’air (comburant) sur le développement d’un incendie.

Il est le troisième d’une série de 4 consacrés aux scénarios en ingénierie de la sécurité incendie :

1.Les scénarios en ingénierie de la sécurité incendie : généralités et sélection

2.Les scénarios en ingénierie de la sécurité incendie : méthode de l’Eurocode 1 partie 1-2

3.Les scénarios en ingénierie de la sécurité incendie : effets de la ventilation

4.Les scénarios en ingénierie de la sécurité incendie : exemples d’application

Généralités

Un feu a besoin de trois éléments pour avoir lieu : le combustible, le comburant (l’oxygène) et l’énergie d’activation. Ce principe est connu sous le nom de « triangle du feu ». Lors de l’élaboration des scénarios, après avoir identifié la quantité d’énergie et la puissance pouvant être dégagée pour le combustible, il est essentiel de vérifier l’impact de la ventilation sur l’incendie. C’est à travers elle que le comburant est pris en compte.

Un apport en oxygène suffisant permet à l’incendie de suivre sa courbe de développement théorique. C’est généralement le cas des incendies se déroulant en extérieur. A contrario, un apport limité en oxygène va avoir plusieurs impacts sur l’incendie :

• diminution de la puissance associée à une augmentation de la durée d’incendie ;
• combustion incomplète du combustible associée à une augmentation de production de suies, gaz dangereux (CO, etc.) ;
• apparition de gaz imbrûlés mais inflammables entrainant l’apparition de flammes à l’extérieur du local ou un risque de backdraft.

Suivant le type d’étude ISI réalisée, la sous-ventilation doit être considérée. C’est le cas pour les études de résistance au feu où la structure étudiée se situe à l’extérieur des locaux en feu. Une sortie de flammes au niveau des ouvertures impactera plus fortement les éléments de structures qui sont proches.

Note :

Le backdraft est une explosion liée à l’introduction brutale d’oxygène dans un local saturé de gaz combustibles. On l’observe dans un espace confiné où le feu a ralenti sans s’éteindre. Le pendant de ce phénomène est le flashover, il se produit dans un milieu riche en oxygène lorsque la quasi-totalité des matériaux combustibles s’embrasent simultanément sous l’effet de la chaleur.

Phénoménologie

Lorsqu’un incendie se déroule dans un local, la température des gaz augmente et leur densité diminue. Le gradient (vertical) de pression étant inversement proportionnel à la masse volumique , cela induit des variations de pression qui font favoriser l’arrivée d’air frais en partie basse et une évacuation des gaz chauds en partie haute.

Les ouvertures servent donc à l’apport d’air frais mais également à l’extraction des fumées. Lorsque l’épaisseur de la couche de fumées est stabilisée, le débit de masse de fumées extraites est égal à la somme des débits de masse d’air entrante et de combustible consommé . Cela se traduit mathématiquement par :

Méthodes de calcul

L’équilibre de ses débits est directement lié aux dimensions des ouvertures et à leurs positions dans le local. Des méthodes de calcul empiriques simplifiées ont été développées sur la base d’essais. Elles sont disponibles dans des guides (SFPE Handbook [1], etc.) ou des normes (EN 1991-1-2 [2], NF ISO 24678-5 : 2023 [3], etc.).

Ces méthodes permettent de calculer la puissance maximale d’un feu dans un local avec une ou plusieurs ouvertures, en situation de ventilation forcée ou naturelle.

L’annexe E de Eurocode 1 partie 1-2 donne une formule simplifiée à partir de la surface d’ouverture totale du local et de leur hauteur moyenne.  

Note : Bien que ce soit le pouvoir calorifique du bois qui est utilisé pour Hu, la formule reste valide pour les combustibles usuels.

La prise en compte fine de la ventilation est donc essentielle dans l’élaboration des scénarios. Un prochain article illustrera ces principes par des exemples concrets d’application.

Références

[1] Hurley, M.J., Gottuk, D., Hall, J.R., Harada, K., Kuligowski, E., Puchovsky, M., Torero, J.L., Watts, J.M. and Wieczorek, C.J., 2022. SFPE Handbook of Fire Protection Engineering, 5th ed. Quincy, MA: Society of Fire Protection Engineers; Springer.

[2] NF EN 1991-1-2 : Eurocode 1 – Action sur les structures. Partie 1-2 : Actions générales – Actions sur les structures exposées au feu. AFNOR. Juillet 2003.

[3] NF ISO, 2023. Ingénierie de la sécurité incendie – Exigences régissant les équations algébriques – Partie 5 : écoulements au travers d’une ouverture (NF ISO 24678-5 : 2023). ISO.

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Jean-Baptiste Tramoni, chef de projet recherche, CTICM