Étude de feux très sous-ventilés dans un local confiné-ventilé. J. Lassus, E. Studer, J.P. Garo, J.P. Vantelon, P. Jourda, P. Aine

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1 Étude de feux très sous-ventilés dans un local confiné-ventilé J. Lassus, E. Studer, J.P. Garo, J.P. Vantelon, P. Jourda, P. Aine

2 Plan I. Introduction Contexte Position du problème II. Dispositif expérimental III. Feux confiné-ventilés. Évolution vers un fort effet de sous-oxygénation Phénoménologie d un feu confiné-ventilé Cas d un feu très sous-oxygéné IV. Conclusions et Perspectives 2

3 Introduction Contexte de l étude : Local Autre gaine de ventilation Filtre Gaz imbrûlés Gaine d extraction Apport Risque de d inflammation dioxygène Gaine d admission Panache Problématique Apport d oxygène d inflammation risque d inflammation des gaz imbrûlés Manque d O 2 : production de gaz imbrûlés 3

4 Introduction Inflammation de gaz : 4 paramètres principaux : - La concentration des gaz combustibles - La concentration en oxydant (CMO) - La température du mélange gazeux - La pression Pression de vapeur saturante 4

5 Introduction Inflammation de gaz : 2 types d inflammation : Auto-inflammation : Concentration en combustibles suffisante ( > LII M ) T > TAI M Inflammation pilotée : Concentration en combustibles suffisante ( > LII M ) Source d énergie (particules chaudes, étincelles, flamme pilote) 5

6 Introduction Inflammation de gaz : TAI : Connue pour un gaz donné (TAI i ) et non connue pour un mélange (TAI M ) Influence de la longueur de chaîne carbonée Caractère aléatoire de l auto-inflammation TAI ( C) Alcyne (ici, acéthylène) Hydrocarbures aromatiques Hydrocarbures parrafines (alcanes) Alcènes Alcool Longueur Longueur de la de la chaîne carbonée 6

7 Introduction Inflammation de gaz : LII : LII (% vol) Auto-inflammation et inflammation pilotée Effet Connue de pour la Température un gaz i donné, : Loi notée de Burguess-Wheeler LII i, à une température donnée Dépend de la longueur de la chaîne carbonée T 2 T : 1 LIIi ( T2 ) = LIIi ( T1 ) T1 Effet de la concentration des espèces : Loi de Le Châtelier 100 LII = avec X : fraction volumique du combustible i M X i i LII tel que X i =100 i i i Autres paramètres d influence : P, gaz inertes (N 2, CO 2 ), Longueur de la chaîne carbonée LII généralement supérieure à 1 % 7

8 Dispositif expérimental Dispositif : Dispositif à échelle réduite : local cubique de 8 m 3 murs de 200 mm en béton cellulaire ventilation mécanique Réseau de ventilation : Sortie local gaines de section carrée (0.2 * 0.2 m² ) Admission en partie basse Réseau d extraction en partie haute Gaine de dilution 8

9 Dispositif expérimental Choix des combustibles : Combustibles liquides : Bonne reproductibilité Q = f (D) Combustibles étudiés : Heptane et Dodécane Cuves placées au centre du local 9

10 Dispositif expérimental Instrumentation : Pour étudier le risque d inflammation, 4 paramètres principaux nécessaires : les températures (local + extraction) la quantification des gaz générés TAI et LII le débit calorifique du feu les conditions de ventilation Facteurs d influence de T et des concentrations des espèces 10

11 Dispositif expérimental Instrumentation : Températures Concentration : des espèces : Mesure à en l'aide continu de thermocouples au niveau de de la type gaine K d extraction de 0.5 mm de : diamètre Dans 2 types le local de mesures 7 axes en continu verticaux : O 2, CO 2, CO, H 2, HT Dans le réseau d extraction Prélèvements ponctuels dans les gaines puis analyse en chromatographie et en spectrographie de masse Espèces quantifiées : O 2, CO 2, N 2, CO, H 2, C X H Y (x 4) Espèces identifiées : C X H Y (x > 4) Comparaison pour intervalider les méthodes et obtenir une étude quantitative 11

12 Dispositif expérimental Instrumentation : Analyseur de gaz en continu Vue de face 12

13 Feux confiné-ventilés. Evolution vers un fort effet de sous-oxygénation Cas étudiés Heptane Dodécane Feux suffisamment oxygénés 0.1 et ; 0,15 ; 0.23 Feux légèrement sous-oxygénés Feux très sous-oxygénés

14 Feux confiné-ventilés. Evolution vers un fort effet de sous-oxygénation Influence de la ventilation : feu suffisamment oxygéné Température ( C) Capteur TE1 Feux d heptane : cuve de 15 cm Températures dans le réseau d extraction < TAI minimale Forte ventilation : effet de soufflage qui accroît le débit calorifique Concentration des gaz imbrûlés < 0.1 % ouvert Temps (s) 7,62 Rh 5 Rh 3 Rh 1 Rh Pas de risque d inflammation dans le local ou le réseau d extraction 14

15 Feux confiné-ventilés. Evolution vers un fort effet de sous-oxygénation Influence de la ventilation : feu légèrement sous-oxygéné Feux d heptane : cuve de 23 cm Rhouvert 3 Rh 5 Rh 7,62 Rh Température ( C) Capteur TE1 Temps (s) Rh 5 : Concentration des gaz imbrûlés < 0.5 % Léger effet de confinement 3 Rh : Concentration des gaz imbrûlés1 % Faible Rh : feu sous-oxygéné pas de risque risque minime 15

16 Température ( C) Feux confiné-ventilés. Evolution vers un fort effet de sous-oxygénation Influence de la ventilation : feu très sous-oxygéné Feux d heptane : cuve de 30 cm 5 Rh 3 Rh Espèces (% vol) 0,3 0,2 0,1 CO/2 H2 CH4 C2H2 Puissance Débit calorifique (kw) Temps (s) Temps (s) 0 5 Rh, 30 cm Températures au sein du réseau d extraction > 250 C Risque potentiel Concentration 3 Rh : le des feu gaz très imbrûlés sous-oxygéné : 1 à 4,5 avant % l extinction engendre des pulsations de la flamme sur le peson Nécessité d étudier le domaine d inflammabilité du mélange gazeux Plusieurs auto-inflammations autour de la cuve 16

17 Débit calorifique (kw) Feux confiné-ventilés. Evolution vers un fort effet de sous-oxygénation Étude d un feu très sous-oxygéné : Feu de dodécane : 40 cm, 5 Rh, avec maintien du soufflage Flamme de diffusion Auto-inflammation des gaz imbrûlés dans la gaine d extraction dans le local Battement de la flamme temps (s) 17

18 Feux confiné-ventilés. Evolution vers un fort effet de sous-oxygénation Étude d un feu très sous-oxygéné : Feu de dodécane : 40 cm, 5 Rh, avec maintien du soufflage 1 ère auto-inflammation (gaine d extraction) 18

19 Feux confiné-ventilés. Evolution vers un fort effet de sous-oxygénation Étude d un feu très sous-oxygéné : Feu de dodécane : 40 cm, 5 Rh, avec maintien du soufflage 2 ème auto-inflammation (local) 19

20 Feux confiné-ventilés. Evolution vers un fort effet de sous-oxygénation Étude d un feu très sous-oxygéné : Température ( C) ème auto-inflammation des gaz imbrûlés non propagée TD1 TD2 TD3 TD4 TD5 TD6 TD7 TD8 TD temps (s) 20