INGENIERIE DU FEU (SECURITE INCENDIE - ISI)

L’ingénierie du désenfumage permet de s’assurer qu’en cas d’incendie, les occupants de l’ouvrage, peuvent évacuer dans une atmosphère respirable, avec une température supportable et une visibilité suffisante.

Cette approche permet de mieux connaître les phénomènes de propagation des fumées rencontrées dans l’ouvrages en fonction de différentes situations :

• Volume complexe
• Modification des emplacements de bouches
• Modification des débits d’extraction
• Surface d’exutoire trop petite
• Cantons trop longs ou trop volumineux
• Amenées d’air insuffisantes
• Mise en surpression
• Hauteur sous plafond trop importante
• Parcs de stationnement ne respectant pas les exigences réglementaires
• Trémies sur plusieurs niveaux
• Etablissements connexes non isolés devant justifier d’une indépendance

L’ingénierie du désenfumage vise à apprécier l’efficacité d’une solution de désenfumage en évaluant de manière globale, concrète et adaptée, les conditions d’évacuation de l’ouvrage en situation de feu réaliste.

Les études de désenfumage reposent sur plusieurs outils de modélisation et de simulation numériques. Les plus utilisés sont les modèles numériques à zone (CFAST) et à champs (Fire Dynamics Simulator - FDS) développés par le NIST :

• CFAST : modèle à zones multi compartiments, prédit les températures des couches chaude et froide dans chaque local, la hauteur libre de fumée, la concentration des composants toxiques et l’opacité ;
• FDS : largement reconnu et utilisé en modélisation des phénomènes d’incendie dans le cadre d’études d’ingénierie du feu (sécurité incendie - ISI). Ce logiciel modélise des phénomènes physiques tridimensionnels liés à la fois au développement d’un feu et au transport de ses effluents (gaz de combustion).

Une étude d’ingénierie de désenfumage a finalement pour but :

• D’apprécier la performance de différentes solutions envisagées pour accompagner la prise de décision ;
• De justifier le maintien d’une solution de désenfumage lorsque celle-ci ne répond pas aux exigences prescriptives définies dans la réglementation.

En matière de sécurité incendie, il est aussi primordial de se préoccuper de l’évacuation des personnes. L’ingénierie d’évacuation vise à aider les exploitants dans la mise en œuvre de procédures de sécurité de leur ouvrage et la définition de stratégies d’évacuation.

Cette approche repose essentiellement sur l’estimation du temps d’évacuation. Cela correspond à l’intervalle de temps qui s’écoule entre le début de l’incendie et l’instant où le dernier occupant pénètre dans une zone de sécurité.

L’estimation de ce temps dépend de plusieurs paramètres : le temps de réaction, la vitesse de marche, la localisation et le nombre de dégagements, les unités de passage des dégagements, des escaliers et des portes, les obstacles des volumes, les conditions de tenabilité (toxicité, opacité, température ambiante et rayonnement), etc.

L’estimation de ce temps se fait selon deux types de modèles :

• Un modèle dit simplifié qui repose essentiellement sur le calcul du temps d’évacuation en fonction vitesses de déplacement horizontal et de descente dans les escaliers, ainsi que le débit de personnes aux portes et dans les escaliers.
• Les modèles de simulation numériques d’évacuation. L’outil le plus utilisé dans la modélisation d’évacuation est le logiciel EVAC développé par le Centre de recherche technique de Finlande (VTT). Il est prévu pour fonctionner conjointement avec le code de calcul FDS et bénéficie ainsi de ses prédictions concernant les conditions de tenabilité dans les bâtiments. Le modèle d’évacuation utilisé par EVAC nécessite, pour chaque niveau du bâtiment, la création d’un « champ de directions » calculé à l’aide d’un maillage 2D indépendant du maillage utilisé par FDS.

L’ingénierie de l’évacuation a finalement pour objectif de :

• Quantifier la durée totale minimale nécessaire à l’évacuation d’un bâtiment
• Quantifier différents scénarios d’évacuation
• Optimiser la stratégie de mise en sécurité du bâtiment

Tout type d’établissement est soumis à des exigences réglementaires en terme de sécurité incendie, qui obligent à présenter les qualités de résistance au feu des structures afin de préserver la stabilité de l'édifice et de s'opposer à une propagation rapide du feu en cas d'incendie pendant le temps nécessaire à l’alarme et à l'évacuation des occupants.

Ces exigences imposent ainsi des degrés de résistance au feu sous feu normalisé. Ces exigences sont basées sur une approche prescriptive de la sécurité incendie (Eurocodes).

Les effets d’un incendie peuvent agresser les structures porteuses d’une construction jusqu’à compromettre sa résistance. D’où l’intérêt de recourir en parallèle de l’approche prescriptive, à l’ingénierie du comportement au feu des structures. Cette approche vise principalement à caractériser l’agression thermique (flux, température) sur les éléments porteurs des structures sous des conditions d’incendie réel, à l’aide d’un calcul incendie 3D (modélisation et simulation).

Les différentes étapes de calculs nécessitent le recours à des logiciels de calculs spécifiques :

• Outils pour le développement du feu (modèles simplifiés, modèles de zones, modèle mécanique des fluides comme FDS),
• Code éléments finis pour les calculs de transfert thermique (SAFIR, ANSYS),
• Code éléments finis pour le comportement au feu des structures (SAFIR, ANSYS, LENAS).

Grâce à l’ingénierie du comportement au feu des structures, les mesures proposées pour assurer la tenue mécanique des structures peuvent être optimisées tout en garantissant un niveau de sécurité optimum en situation d’incendie.