Projet National de recherche et développement INGÉNIERIE DE LA SÉCURITÉ INCENDIE. Reconstitution de sinistres incendie

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1 Projet National de recherche et développement INGÉNIERIE DE LA SÉCURITÉ INCENDIE Reconstitution de sinistres incendie Septembre 2011

2 SOMMAIRE 1 INTRODUCTION OBJET DES RECONSTITUTIONS DE SINISTRES LES RECONSTITUTIONS DE SINISTRE SINISTRE F1 (FOYER-LOGEMENT) PRÉSENTATION DU SINISTRE F OBJET DES RECONSTITUTIONS DU SINISTRE F LES DONNÉES D ENTRÉES RECUEILLIES ET UTILISÉES RECONSTITUTIONS DU SINISTRE AVEC FDS ET CFAST RECONSTITUTION DU SINISTRE AVEC SCHEMA-SI CONCLUSION POUR LA RECONSTITUTION DU SINISTRE F SINISTRE F3 (ENTREPÔT) PRÉSENTATION DU SINISTRE F OBJET DE LA RECONSTITUTION DU SINISTRE F LES DONNÉES D ENTRÉES RECUEILLIES ET UTILISÉES RECONSTITUTION DU SINISTRE PARTIE INCENDIE RECONSTITUTION DU SINISTRE PARTIE STRUCTURE CONCLUSION POUR LA RECONSTITUTION DU SINISTRE F SINISTRE F4 (BÂTIMENT D HABITATION) PRÉSENTATION DU SINISTRE F OBJET DE LA RECONSTITUTION DU SINISTRE F LES DONNÉES D ENTRÉES RECUEILLIES ET UTILISÉES DÉFINITION DES TERMES SOURCES POUR LES SIMULATIONS RECONSTITUTION DU SINISTRE CONCLUSION POUR LA RECONSTITUTION DU SINISTRE F SINISTRE F7 (GYMNASE) PRÉSENTATION DU SINISTRE F OBJET DE LA RECONSTITUTION DU SINISTRE F LES DONNÉES D ENTRÉES RECUEILLIES ET UTILISÉES SIMULATIONS PRÉALABLES DE L ÉCHANTILLON DE MOUSSE PRÉLEVÉ RECONSTITUTION DU SINISTRE CONCLUSION POUR LA RECONSTITUTION DU SINISTRE F SINISTRE F25 (ENTREPÔT) PRÉSENTATION DU SINISTRE F OBJET DE LA RECONSTITUTION DU SINISTRE F LES DONNÉES D ENTRÉES RECUEILLIES ET UTILISÉES RECONSTITUTION DU SINISTRE CONCLUSION POUR LA RECONSTITUTION DU SINISTRE F SINISTRE F29 (PARC DE STATIONNEMENT SOUTERRAIN) PRÉSENTATION DU SINISTRE F OBJET DE LA RECONSTITUTION DU SINISTRE F LES DONNÉES D ENTRÉES RECUEILLIES ET UTILISÉES RECONSTITUTION DU SINISTRE CONCLUSION POUR LA RECONSTITUTION DU SINISTRE F SINISTRE F33 (USINE AGRO-ALIMENTAIRE) PRÉSENTATION DU SINISTRE F OBJET DE LA RECONSTITUTION DU SINISTRE F LES DONNÉES D ENTRÉES RECUEILLIES ET UTILISÉES RECONSTITUTION DU SINISTRE CONCLUSION POUR LA RECONSTITUTION DU SINISTRE F CONFRONTATION DES MODÈLES NUMÉRIQUES À DES FEUX EXPÉRIMENTAUX PRÉSENTATION DE L ÉTUDE PARTIE EXPÉRIMENTALE CADRE EXPÉRIMENTAL ESSAIS TYPE "CHAMBRE D'HÔTEL", FEUX A ESSAIS TYPE "FEU D APPARTEMENT", FEUX B PARTIE NUMÉRIQUE CADRE NUMÉRIQUE CHOIX DE MODÉLISATION RÉSULTATS POUR LE FEU A RÉSULTATS POUR LE FEU B CONCLUSIONS CONCLUSIONS RÉFÉRENCES /187

3 1 INTRODUCTION Ce rapport fait la synthèse des travaux effectués dans le cadre de l action 6 du PNISI. Il s agit entre autre de sélectionner et d ordonner les informations et données produites par ces travaux afin de dégager la valeur ajoutée en termes de connaissances concernant la confrontation de la démarche ISI à des sinistres. Tout en faisant part des différentes démarches adoptées pour les reconstitutions effectuées, ce rapport recense au travers de celles-ci les paramètres, informations et données nécessaires pour les outils de simulation afin obtenir des résultats cohérents. Il rend également compte du travail de confrontation entre modèles numériques et expérimentation effectué dans le cadre de feux expérimentaux réalisés dans un immeuble à Arcueil. 2 OBJET DES RECONSTITUTIONS DE SINISTRES Bien que la démarche ISI ne vise pas le même objectif qu une démarche de reconstitution de sinistre (dans le premier cas ce sont des calculs prédictifs sans référence précise, avec l emploi de scénarios d incendie majorants, alors que dans le deuxième cas on cherche à déterminer un scénario probable à partir de constatations faites sur le sinistre), la confrontation de la démarche ISI avec des incendies de bâtiments ou d ouvrages ayant eu réellement lieu est utile afin de s assurer que cette démarche associée à un scénario d'incendie pertinent est de nature à prédire les conséquences possibles d un incendie. Il s agit aussi de montrer qu'une telle démarche, dans le cadre d'utilisation de modèles de simulation, permet la compréhension des phénomènes liés à l incendie ainsi que l'incidence de certains facteurs sur le niveau de sécurité incendie. Afin d'appréhender dans de bonnes conditions ces reconstitutions à l aide des outils de l ISI, il est nécessaire de recueillir un certain nombre de données, tels que : - les plans de l ouvrage ; - les témoignages de tous les «sachants» : témoins, services de secours, gendarmerie, police ; - les photos du bâtiment avant, pendant et après le sinistre ; - l activité du bâtiment ; - le contenu des locaux sinistrés ; - les conditions climatiques durant l incendie (vent, pluie, neige) ; - le lieu du foyer initial ; - l heure et le mode de détection (ainsi que l état de l incendie au moment de la détection) ; - les éléments concernant l intervention des sapeurs-pompiers (heure d appel, heure d arrivée, état de l incendie à leur arrivée, action des sapeurs-pompiers, heure de feu circonscrit, maîtrisé puis éteint) ; - la propagation du feu (dans les locaux ou à d autres bâtiments) ; - la protection active, le cas échéant ; - les conséquences humaines (si victime, analyse du taux de CO dans le sang) ; - les dommages constatés. C est en recueillant un maximum d information et de données qu il sera possible d obtenir une reconstitution la plus réaliste possible, moyennant la validité des modèles utilisés. En ce qui concerne l application de la méthodologie développée dans l'action A01 à la démarche de reconstitution de sinistres, elle s effectue, dans la mesure du possible, à travers les étapes suivantes : - Identification et sélection des scénarios : Pour chaque sinistre sélectionné, en fonction des informations recueillies, il est possible de déterminer le ou les scénarios qui ont pu conduire aux conséquences constatées. - Quantification des scénarios : Cette quantification est effectuée pour les scénarios considérés comme les plus réalistes et avec des outils adapté aux phénomènes à évaluer (type code à champs ou code à zone, pour le développement et la propagation de l'incendie, éléments finis en ce qui concerne le comportement des structures ). Il s agit de vérifier, pour chaque sinistre sélectionné, que les conséquences calculées sont comparables à celles observées. 3/187

4 - Solution(s) apportée(s) par la démarche ISI : Cette étape vise à partir des cas étudiés, à évaluer et chercher les conditions dans lesquelles les conséquences auraient pu être évitées ou réduites selon les mesures de prévention et de protection complémentaires qui auraient pu être mise en œuvre. Il est aussi éventuellement possible de déterminer les conditions dans lesquelles les conséquences auraient pu être aggravées dans l hypothèse d une situation qui aurait pu survenir lors du sinistre. Les reconstitutions des sinistres retenus sont détaillées dans les chapitres suivants. 4/187

5 3 LES RECONSTITUTIONS DE SINISTRE 3.1. SINISTRE F1 (FOYER-LOGEMENT) Présentation du sinistre F1 Dans la matinée du 12 mars 2007 vers 7h45, un incendie est signalé dans un Foyer-logement. Il s ensuit l intervention de la BSPP. Il s avèrera que l occupant d un des logements du second étage du bâtiment se soit suicidé après avoir volontairement mis le feu dans son appartement et avoir laissé la porte donnant sur le couloir ouverte en le quittant. Une autre personne fut gravement intoxiquée par les fumées en ouvrant la porte de son appartement pour le quitter ou par curiosité. Cette personne est décédée. Les dommages suite à l incendie sont principalement localisés au niveau du second étage. Le local d origine du feu a été principalement touché par le feu lui-même et les effets thermiques de l incendie, alors que les parties communes ainsi que l appartement de la victime par intoxication grave ont été touché par les fumées dégagées par l incendie Objet des reconstitutions du sinistre F1 La reconstitution a ici pour but de : - retrouver les températures par rapport aux éléments à disposition (témoignage des SP, bris de vitres, objets fondus ), - retrouver la hauteur de stratification, - observer l évolution de la propagation des fumées, - évaluer l influence de certains paramètres ou évènements ayant une part d incertitude dont les conditions climatiques, - expliquer les conditions de décès de la victime. L étude de ce sinistre a également donné lieu à une comparaison des résultats obtenus entre un modèle de champ et un modèle de zone Les données d entrées recueillies et utilisées Description des lieux Les parties communes au rez-de-chaussée comprennent un hall, une salle de restauration, une salle d activités et un bureau. On dénombre 14 appartements par étage. Par ailleurs, ce bâtiment est isolé des tiers et chacune de ses façades est accessible aux engins par l extérieur. L emprise au sol du bâtiment est de 600 m² (25 m x 24 m). L incendie s est déclaré au second étage du bâtiment, dans la pièce principale d un appartement (Studio 1 sur la Figure 1). La hauteur sous plafond est de 2.5 m. Les fumées se sont propagées au couloir grâce à la porte de l appartement d'origine de l'incendie laissée ouverte. Un dégagement de fumée vers l extérieur s est produit à travers les portes-fenêtres de l appartement sinistré et de l appartement de la victime. Enfin, des fenêtres à double battant sont également présentes dans le couloir. Les portes de cet étage ont des dimensions standard de 90 cm x 205 cm, pour les portesfenêtres elles sont de 160 cm x 208 cm et pour les fenêtres 120 cm x 110 cm. La Figure 1 indique également le studio n 2 dont l occupant est décédé et la cage d escalier empruntée par les sapeurspompiers lors de leur intervention. 5/187

6 Figure 1 : Plan partiel du 2 nd étage Origine et déroulement du sinistre L appel vers les SP s est produit aux alentours de 7h54 et leur arrivée sur le sinistre est à 8h 03. A 8h05, le chef d agrès effectue un premier diagnostic : dégagement de fumée noire (pas de flammes visibles) de deux appartements situés sur deux façades du deuxième étage (studios 1 et 2), et absence de dégagement de fumée sur la façade de la circulation horizontale commune. Durant les 10 minutes suivantes : - Une équipe pénètre dans le studio n 2 par le balcon. La fenêtre et la porte du studio sont ouvertes. Elle évacue une personne par l échelle. Celle-ci est sérieusement intoxiquée. Elle est évacuée et transportée à l hôpital. Elle décédera. - Une équipe pénètre dans l immeuble en empruntant la cage d escalier libre de fumée. Elle dispose d une lance Q2, assurant un débit de 250 l/mn. Un pompier monte au 6 ème étage et actionne la commande manuelle de l exutoire (absence de renvoie de commande au rez-dechaussée). Dans le même temps la porte d accès à l immeuble est ouverte et maintenue ouverte afin d assurer la ventilation de la cage (désenfumage naturel). Au deuxième étage, la porte d accès à la circulation horizontale commune (CHC) est fermée. La fumée emplit totalement le volume de la CHC. La visibilité est nulle sur toute la hauteur du couloir. A l aide du plan de l étage, les pompiers, équipés d appareils respiratoires isolants (ARI), avancent sans aucune visibilité jusqu au studio n 1. Ils font usage de leur lance. La porte du studio n 1 est ouverte. Les conditions sont restées supportables pendant la durée de l intervention à l étage sinistré. Pendant la durée de lutte, la porte donnant sur la cage d escalier est restée entrouverte, le tuyau de la lance empêchant sa fermeture. Le feu est éteint vers 8h30 soit 20 à 25 minutes après le début de l opération Dégradations observées sur site Les dégâts causés par l incendie sont des éléments précieux pour estimer les caractéristiques du feu. Les constatations suivantes ont été faites : 6/187

7 - Le noircissement de la façade surplombant l appartement sinistré (Photo 1). - Bris de glace sur la fenêtre de la voix de circulation la plus proche de l appartement sinistré (Photo 2). - La déformation du radiateur (Photo 3) et l état d un interrupteur (Photo 4) présent dans le local d origine. - Dans le couloir de la partie commune, la stratification de la fumée sur les murs est située à 1m du sol à proximité de la porte de l appartement sinistré. Cette stratification n est plus à première vue très visible lorsqu on s éloigne de l appartement sinistré vers le hall. Dans le hall du second étage, la totalité des parois est noire. Cela n implique pas nécessairement une absence de stratification. Selon l expérience du LCPP, la trace de la stratification par le dépôt des fumées noires sur la partie supérieure du mur a été atténuée par la condensation de l eau provenant des arrosages des services de secours. - Du noir de fumée recouvrait la partie haute (> 1,50m) des parois verticales de l appartement de la victime. Le dépôt de noir de fumée n était pas visible au plafond. - Les objets présents sur le balcon du 3 ème étage étaient dégradés. Un bac en plastique d une jardinière suspendu au balcon avait partiellement fondu. Un second bac posé au sol dans le coin avait également partiellement fondu. Le volet extérieur roulant en plastique était intact (nous avons pu le manœuvrer de l intérieur). D autres bacs en plastiques situés en retrait du bord du balcon étaient intacts. L intérieur du logement était intact. - Les autres étages n ont pas été remplis de fumée. - Le globe de verre de l éclairage de la circulation proche de l appartement sinistré était en place. - La goulotte au plafond proche de l appartement sinistré est fondue sur quelques mètres (1 à 2 m). - Les fauteuils des parties communes, proches du lieu de défenestration, étaient intacts. - L intérieur des autres appartements visités du 2 ème étage n ont subit aucun dégâts. - Une grande partie des portes des appartements ont été forcées par les services de secours lors de leur mission de sauvetage. - Les portes des appartements du sinistre et de la victime sont ouvertes ainsi que les portesfenêtres des balcons. Photo 1 : Dommages en façade Photo 2 : Fenêtre dans la voie de circulation jouxtant l appartement sinistré 7/187

8 Photo 3 : Radiateur dans la chambre sinistrée Photo 4 : Interrupteur dans la même pièce Type et quantité de combustible Les informations sur le contenu combustible de la chambre d'origine du feu sont fragmentaires (absence de chambre type, pas de photo avant le sinistre). L élément de mise à feu n est pas déterminé mais supposé classique, par allumette sur matelas ou papier, ou vêtements. D autre part, les constatations après sinistre indiquent que seule une partie des éléments présents ont brûlés, le lit représentant l élément le plus important. Dans ces conditions, seul un foyer (dont le lit constitue la partie principale) est considéré dans la pièce d'origine de l'incendie Reconstitutions du sinistre avec FDS et CFAST La première partie de la reconstitution de ce sinistre concerne la comparaison des résultats obtenus entre le modèle de champ FDS [1] et le modèle de zone CFAST [2] Scénarios d incendie d étude Plusieurs évènements ont eu une influence majeure sur le scénario d incendie. - Après avoir mis le feu dans sa chambre, la personne suicidaire l a quittée en laissant la porte ouverte ce qui a permis la propagation des fumées au couloir. Ce fait est avéré. - L ouverture de sa porte d appartement par la victime a conduit à son intoxication puis à son décès. L instant de cet événement n est pas connu avec précision, on sait seulement que lors de l alerte des sapeurs pompiers cette porte était déjà ouverte (les sapeurs pompiers ont reçus deux appels à 7h54 et 7h55 pour deux feux qui correspondent à chacune des façades d où de la fumée sortait). Il semble donc raisonnable de penser que la victime ait ouvert sa porte peu de temps (quelques minutes) après que le dégagement de fumées soit à son intensité maximale. - D après les sapeurs pompiers, les portes ainsi que les portes-fenêtres des deux appartements sont ouvertes. - La fenêtre par laquelle s est défenestré l incendiaire est restée ouverte tout au long du sinistre. A priori, un seul battant était ouvert mais une incertitude subsiste. - L absence de dégagement de fumée par cette fenêtre laisse supposer soit que la disposition des lieux est favorable à cette situation soit qu il y avait du vent, sa direction exacte et son intensité ne sont en revanche pas connues. - Dans la voie de circulation jouxtant l appartement sinistré, le bris de vitre a pu conduire à une modification des conditions d alimentation en air du foyer et de l évacuation des fumées. 8/187

9 Ces éléments ont amené à considérer les scénarios suivants : Scénario 1 (de référence) Scénario 2 Scénario 3 Scénario 4 Pour ce scénario, la victime est supposée ouvrir sa porte après que le débit calorifique ait atteint son maximum. Un seul battant est considéré comme ouvert pour la fenêtre du suicide. Il est difficile d estimer les conditions climatiques sans plus d information, un vent nul est donc pris. Ce choix (arbitraire) est étudié en premier car lors d une étude ISI les conditions climatiques ne seront pas non plus connues et nombre de scénarios risquent de se baser sur cette hypothèse. Il est basé sur le scénario de référence mais les conditions météorologiques correspondent un vent faible de 5 km/h impactant la façade du lieu du suicide. Tout comme le scénario 2, un vent souffle sur la façade du lieu du suicide mais avec une intensité de 10 km/h. Ce second scénario se distingue du premier par l ouverture des deux battants de la fenêtre du suicide afin d évaluer l influence de cette ouverture sur le dégagement des fumées. La victime ouvre sa porte et 200 s plus tard un bris de vitre a lieu dans le couloir jouxtant l appartement sinistré. Tableau 1 : Scénarios simulés Les informations recueillis sur ce sinistre ont montré que seule une partie des éléments a brûlé dans la chambre de départ. Le lit (1.90 m x 1.20 m x 0.30 m) constituant la principale charge incendie, la charge calorifique représentée par les objets annexes ayant participés à l incendie est donc intégrée dans le lit. C est de cette surface que sont émis les gaz combustibles. La courbe de dégagement de chaleur s appuie elle sur une reconstitution d un incendie qui a eu lieu dans une chambre d hôpital psychiatrique [3]. Ce cas a été jugé suffisamment semblable à celui du local d'origine du sinistre tant en terme de dimension de local qu au niveau des objets présents. C est le SP Swedish National Testing and Research Institute qui a étudié ce cas. Ils ont effectué une reconstitution de la chambre avec un lit et des fournitures annexes (Figure 2), la courbe de débit de pyrolyse mesurée est disponible dans l article. Elle est utilisée pour cette simulation et approximée suivant la Figure 3. Au bout de 1200 s (20 min) environ 1900 MJ ont été libérés soit l équivalent de la combustion de 120 kg de bois. Figure 2 : Reconstitution de Växjö 9/187

10 HRR (kw) t (s) 600 Figure 3 : Courbe HRR modélisée L intensité maximale est atteinte à t = 500 s. L ouverture de sa porte par la victime est déclenchée 300 s plus tard. Ce délai permet d obtenir des champs moyens non bruités (lors des simulations, l écoulement atteint rapidement un état stationnaire après 500 s). De la même manière, l ouverture de la porte induit un régime transitoire relativement court, la prolongation de la simulation jusqu à t = 1000 s est suffisant pour obtenir des champs moyens. Pour les scénarios 1 à 3, la durée de simulation est donc de 1000 s (~17 minutes). Pour le scénario 4, la durée de simulation est augmentée de 200 s avec l occurrence à t = 1000 s du bris de vitre Domaine et paramètres de la modélisation avec FDS La géométrie du bâtiment (cf. Figure 4) reprend les informations données par la Figure 1 avec quelques simplifications : - le pas est de 10 cm pour les mailles internes au bâtiment, certaines mesures sont arrondies pour se conformer à ce maillage ; - seules les parties affectées par l incendie (couloir, chambre du sinistre et de la victime) sont modélisées ; - les interstices tels que les bouches de ventilation ou défaut d étanchéité des portes ne sont pas pris en compte ; - les cloisons internes délimitant la salle de bain des chambres sont représentées par des parois d épaisseur 1 maille, les portes de salle de bain sont considérées comme fermées ; - dans l entrée de chaque appartement, le coin cuisine et un placard sont modélisés par des solides ; - les portes fenêtres donnent sur le balcon. La séparation verticale avec l appartement voisin sur le balcon a pour hauteur 2 m. Chambre victime Couloir victime Couloir sinistre Chambre sinistre Placard Coin cuisine Lit Figure 4 : Domaine et foyer d origine (FDS) 10/187

11 D autre part, l extérieur du bâtiment est modélisé pour pouvoir générer les conditions de vent. Les abords immédiats utilisent un pas de maille de 20 cm sur les deux premiers mètres puis de 1 m audelà. La température en dehors de la chambre de départ n est pas montée très haut, elle était supportable dans le couloir d après les SP et on peut supposer qu il y a eu peu ou pas d échange de chaleur avec les murs. Ainsi en dehors du foyer d origine, les cloisons et les murs sont considérées comme des solides inertes. Dans la chambre d'origine de l'incendie, les cloisons internes sont modélisées par du Placoplatre (épaisseur : 10 cm) et les murs extérieurs par du béton (épaisseur : 15 cm) tous deux avec leurs propriétés thermiques constante à la valeur à température ambiante : la durée de l incendie est supposée faible par rapport à l inertie thermique des murs et des cloisons. Les phénomènes radiatifs ne sont pas pris en compte dans les simulations : - dans la pièce de départ, ils contribuent principalement à l évolution du HRR (par réchauffement des matériaux inflammables). En imposant la courbe HRR, ce phénomène n a plus à être pris en compte ; - au dehors de l appartement sinistré, les effets convectifs et turbulents sont prépondérants devant les effets radiatifs (la température des gaz y est faible) Résultats du scénario 1 Enfumage La visualisation de la circulation des fumées simulées avec FDS (Figure 5) montre un dégagement relativement important de fumée à travers la porte fenêtre de la chambre sinistrée suivi par un dégagement de fumée de la fenêtre située dans le couloir victime et ce tout au long du scénario. Ce point n a pas été relevé par les sapeurs pompiers durant l intervention. Au moment de l ouverture de la porte de la chambre de la victime (800 s), nous observons une propagation rapide des fumées dans l appartement et un dégagement de la fumée par la porte fenêtre. Ce point a été signalé par les témoins du sinistre. Figure 5 : Propagation des fumées avant (à gauche) et après l ouverture de la porte (à droite) (Modélisation par FDS) Le même comportement est obtenu avec CFAST, comme on peut le voir sur la Figure 6 qui donne le profil de la température à différents endroits du deuxième étage après l ouverture de la porte de la chambre de la victime. 11/187

12 Figure 6 : Propagation des fumées après l ouverture de la chambre de la victime (CFAST) Débits massiques aux ouvertures Les débits massiques au niveau de la porte fenêtre de la chambre sinistrée sont représentés par les deux modèles sur la Figure 7. Il y a un écart important entre le modèle de zone et le modèle de champ lors des 400 premières secondes de la simulation. Ce comportement peut être attribué à un temps nécessaire pour l établissement des deux couches bien identifiées pour le modèle de zone. Figure 7 : Débits massiques au niveau de la porte fenêtre dans la chambre sinistrée L influence de l ouverture de la porte de la chambre de la victime sur les écoulements dans la chambre sinistrée montre un comportement différent entre le modèle de champ et le modèle de zone. Ainsi, la modélisation avec FDS montre qu au moment de l ouverture de la porte de la chambre de la victime, le débit sortant par la porte fenêtre augmente alors que la modélisation avec CFAST indique au contraire une diminution de ce débit. 12/187

13 Au niveau de la fenêtre du couloir (Figure 8), le débit d air sortant est supérieur au débit d air entrant au moment du développement du feu. Le débit entrant augmente légèrement (comme précédemment seulement avec FDS) au moment d ouverture de la porte de la chambre de la victime, au même instant le débit sortant subit une légère diminution. Il y a un écart entre les débits d air entrant calculés par CFAST et par FDS alors que pour les débits sortant, les valeurs sont très proches. Une modélisation plus fine du milieu extérieur par FDS pourrait expliquer cette différence. Figure 8 : Débits massiques au niveau de fenêtre du couloir A l ouverture de la porte de la victime, un débit sortant se crée dans la chambre de la victime (0.6 kg/s pour FDS, 0.8 kg/s pour CFAST) ce qui correspond bien à l important dégagement de fumée observé par les sapeurs pompiers. De même, un flux entrant apparaît par la porte fenêtre. La comparaison entre la modélisation avec FDS et CFAST montre un écart entre le débit entrant et sortant au niveau de la porte fenêtre obtenu par le modèle de champ alors que le débit entrant est égal au débit sortant obtenu par CFAST. Figure 9 : Débits massiques au niveau de la porte fenêtre de la chambre victime C est dans la chambre sinistrée que les débits sont donc les plus importants. En effet, nous observons un débit de kg/s qui sort par la porte fenêtre de la chambre sinistrée. Un tel résultat est en accord avec la grande quantité de fumée observée au niveau du balcon. Nous avons également constaté un débit de 0.6 kg/s évacuée par la fenêtre de défenestration. Ce point ne fait pas parti des observations relevées lors du sinistre par les sapeurs pompiers. Les conditions climatiques sont une cause probable d où l intérêt de tester l influence du vent. 13/187

14 Température moyenne des couches chaudes Les températures de la couche chaude diminuent logiquement avec l éloignement par rapport au foyer (Figure 10). La température de la couche chaude au niveau du couloir de la chambre sinistrée est identique avec les deux logiciels. Le modèle de zone montre une augmentation de la température après l ouverture de la porte de la victime, cette augmentation est surprenante car elle ne correspond à aucune augmentation du débit calorifique ou du débit massique sortant par la porte de l appartement sinistré. Figure 10 : Température de la couche chaude au niveau du couloir Hauteur libre de fumée La hauteur libre des fumées au niveau du couloir coté chambre sinistrée a été évaluée en fonction du temps. Les observations sur les lieux après le sinistre montrent des marques sur les murs à une hauteur de 1 m dans le couloir du sinistre, cela indique que la hauteur libre dans ce couloir était inférieure ou égale à 1 m. La hauteur de la stratification avec FDS est de 1 m alors que celle de CFAST est de l ordre de 0.5 m. L ouverture de la porte entraîne une augmentation de la hauteur libre fumée. Au niveau du couloir vers la chambre de la victime, la hauteur libre de fumée est de 0.5 m avec FDS alors que le couloir est complètement envahi par la fumée avec CFAST. L ouverture de la porte n a pas d effet sur la hauteur libre vers la fenêtre alors qu elle entraîne une augmentation instantanée de la hauteur libre du coté de la chambre de la victime. Ces données sont contradictoires avec les données observables. Ainsi, Il serait intéressant de tester l influence du vent sur la stratification. 14/187

15 Figure 11 : Hauteur libre de fumée dans le couloir Résultats du scénario 2 Cette seconde simulation est basée sur le scénario de référence mais les conditions météorologiques correspondent un vent faible de 5 km/h impactant la façade du lieu du suicide. Concernant l enfumage, on constate les points suivants : - la couche de fumée avant que la victime n ouvre sa porte est plus épaisse que dans le cas sans vent, - le dégagement de fumées par la fenêtre du couloir victime est moins intense que dans le scénario 1 (Figure 12), la différence étant plus prononcée avant l ouverture de sa porte par la victime, - une partie de la fumée remonte à contre-courant du vent au niveau du balcon de la chambre sinistrée à cause d une zone de recirculation, phénomène également constaté sur le sinistre (cf. Figure 13 et Photo 1). Figure 12 : Fumées en façade, cas sans vent (à gauche) et cas avec vent léger (à droite) Figure 13 : Propagation des fumées au niveau du balcon de la chambre sinistrée 15/187

16 L influence du vent est significative sur la fenêtre du couloir victime qui passe d un régime plutôt sortant à entrant (Figure 14). La baisse du débit entrant par la porte-fenêtre de la chambre sinistrée (Figure 15) est donc compensée par la fenêtre dans le couloir victime laquelle émet nettement moins de fumées que précédemment. Le vent aboutit donc à une redistribution de certains débits. Figure 14 : Débits massiques au niveau de la fenêtre dans le couloir Figure 15 : Débits massiques au niveau de la porte fenêtre dans la chambre sinistrée On constate également que les débits de CFAST sont identiques au scénario précédent, ce qui n est pas réaliste. Dans la chambre de la victime, les débits sont comparables à ceux du scénario 1. La vitesse du vent est peut être encore trop faible pour avoir une réelle influence sur ce débit. Malgré la présence de vent, les niveaux de température et l évolution de hauteur libre de fumée observés dans le couloir sont identiques au scénario précédent Résultats du scénario 3 Sur ce scénario, l intensité du vent (10 km/h) est suffisante pour empêcher les fumées de sortir par la fenêtre du couloir victime. La déviation des fumées s échappant de l appartement sinistrée est également plus forte. 16/187

17 De la même manière que dans le scénario 2, la présence de vent n affecte pas les débits à la portefenêtre de la chambre sinistrée pour CFAST, en effet on retrouve les mêmes valeurs que pour le scénario 1 sans vent (Figure 16). Avec FDS, les changements déclenchés par l apparition du vent dans le scénario 2 s amplifient dans ce scénario avec un vent de 10 km/h. Le débit sortant par la porte-fenêtre augmente alors que celui entrant par la porte-fenêtre diminue. Figure 16 : Débits massiques au niveau de la porte fenêtre dans la chambre sinistrée Au niveau de la fenêtre du couloir victime (Figure 17), le débit entrant devient nul, aucune fumée ne s échappe tout au long de la simulation. De plus, l ouverture de sa porte par la victime ne semble pas avoir d influence. La simulation avec CFAST produit des résultats opposés, avec un débit sortant non nul et plus important que le débit entrant. Ce scénario met en lumière des écarts importants entre CFAST et FDS, non seulement pour les valeurs mais aussi pour les évolutions dans le temps des débits. Figure 17 : Débits massiques au niveau de la fenêtre dans le couloir 17/187

18 Les températures de la couche chaude dans tout le bâtiment sont presque identiques à celles des deux scénarios précédents. Dans le couloir, les hauteurs libres sont plus élevées que dans les scénarios précédents (Figure 18). Dans celui de la victime, les hauteurs libres varient beaucoup, cela peut indiquer que les fumées ne sont pas stratifiées dans ce couloir, ce qui correspondrait avec les observations réalisées sur le terrain. Les hauteurs libres de CFAST sont encore une fois très inférieures à celles du modèle de champ. Le vent plus fort conduit cependant à une diminution de la couche de fumée dans les circulations qui est incompatible avec l intoxication de la victime. Figure 18 : Hauteur libre de fumée dans le couloir Résultats du scénario 4 Ce scénario aboutit aux mêmes phénomènes et constatations que pour le scénario 1 mis à part un dégagement de fumées à travers le morceau de vitre brisée. Les débits dans la chambre sinistrée sont semblables à ceux du scénario 1 malgré le fait que les deux battants soient ouverts. Le bris de vitre dans le couloir du sinistre (à t = 1000 s) ne modifie pas les écoulements à la porte-fenêtre. Les débits à la porte-fenêtre de la chambre de la victime diminue après le bris de vitre (à t = 1000 s), les débits donnés par CFAST sont alors pour la première fois différents et se rapprochent (pour le débit sortant) des résultats de FDS (Figure 19). Figure 19 : Débits à la porte-fenêtre de la chambre de la victime 18/187

19 Le bris de vitre à t= 1000 s, provoque logiquement une diminution du débit sortant au niveau de la fenêtre dans le couloir de la victime et une augmentation du débit entrant (Figure 20). Ces variations sont observables sur les résultats des deux logiciels mais les valeurs sont très différentes entre le modèle de zone et le modèle de champ. On constate également que le débit de fumée sortant est plus important que dans le scénario 1, favorisant l hypothèse du scénario de référence avec un seul battant ouvert. Figure 20 : Débits à la fenêtre du couloir de la victime Les températures de la couche chaude dans la chambre du sinistre sont identiques à celles des scénarios précédents, le bris de vitre n a pas d influence. Celles dans le couloir sont semblables à celles des scénarios précédents jusqu au bris de vitre à t= 1000 s. Après cet évènement, nous observons une baisse des températures avec FDS alors que ces mêmes températures continuent leur augmentation débutée après l ouverture de la porte de la victime avec CFAST (Figure 21). Figure 21 : Température de la couche chaude dans le couloir Conclusions de la reconstitution avec FDS/CFAST Cet incendie, bien que d une durée restreinte, a eu des conséquences dramatiques avec le décès par intoxication d une résidente. La propagation des fumées a joué un rôle déterminant, les effets thermiques étant limités au foyer d origine. Les quatre simulations conduites pour déterminer le scénario incendie le plus probable ont mis en évidence l importance du rôle joué par le vent. A ce titre, le cas sans vent (scénario 1) aboutit à un débit de fumée très important à travers la fenêtre dans le couloir victime. Ce phénomène n a pas été mentionné par les sapeurs pompiers. C est le scénario 2 avec un léger vent de 5 km/h qui semble le plus plausible avec un dégagement de fumées restreint au niveau de la fenêtre dans le couloir de la victime. Ce vent a d ailleurs eu pour conséquence une destratification de la fumée dans ce couloir. Dans la réalité, l intensité du vent était probablement sensiblement supérieure à 5 km/h en moyenne. 19/187

20 Dans le cas avec un vent intense de 10 km/h (scénario 3), aucune fumée ne s en échappe mais les conditions en termes de visibilité ne sont pas assez dégradées pour expliquer l intoxication de la victime. L étude du scénario 4 montre également que l ouverture des deux battants de la fenêtre dans le couloir de la victime favorise le dégagement de fumées vers l extérieur, cette hypothèse est donc peu probable. Quant-à lui, le bris de vitre relevé dans la circulation jouxtant l appartement sinistré ne modifie pas de façon notable l écoulement lors des simulations, cet événement n a donc pas une forte influence sur le scénario incendie. D autre part, les niveaux de température ainsi que la hauteur de stratification obtenus lors des simulations sont en accord avec les observations après sinistre. La comparaison du modèle de zone et du modèle de champ dans le cas du sinistre de Champigny permet de mettre en valeur certaines limites de CFAST. Tout d abord, nous constatons que les résultats de CFAST pendant la phase de croissance du feu sont très éloignés des résultats de FDS, cette différence vient probablement du temps nécessaire à la mise en place des deux zones dans le bâtiment. Les valeurs de débit, de température et de hauteur libre sont assez proches des résultats du modèle de champ pour le scénario 1, les légères différences peuvent s expliquer par le fait que le rayonnement est négligé dans les simulations avec FDS. Cependant l apparition du vent dans les scénarios 2 et 3 entraîne des différences importantes entre les deux modèles. Les valeurs de CFAST étant étonnement semblables à celles du scénario sans vent. Cette différence vient peut être du fait que le vent n a pas été modélisé de la même manière avec les deux logiciels. Avec le modèle de zone, le vent est modélisé uniquement à la fenêtre du couloir alors qu avec FDS il est représenté à l extérieur du bâtiment par une grande surface soufflant de l air à la vitesse spécifiée. La représentation de FDS entraîne un vent tangent à la porte-fenêtre du sinistre, ce vent peut alors provoquer un phénomène d aspiration au niveau de cette ouverture. De plus, les simulations de CFAST sont basées sur un grand nombre de compartiments reliés entre eux par des ouvertures sur des pans entiers de murs (allège=sol et linteau=plafond) afin d obtenir une géométrie identique à celle utilisée avec FDS. Ceci peut fausser les résultats de CFAST car ce logiciel utilise des équations de Bernoulli qui ne sont pas prévues pour cette utilisation Reconstitution du sinistre avec SCHEMA-SI La deuxième partie de cette reconstitution concerne l utilisation d une approche stochastique hybride Outil utilisé L outil de simulation utilisé est SCHEMA-SI : Stochastic Computation and Hybrid Event Modelling Approach - Sécurité Incendie, en cours de développement au CSTB. Il repose sur l'«hybridation» de deux approches : - Modélisation et calcul des grandeurs physiques qui évoluent de façon continue au cours du temps avec le feu, telles que la température des gaz chauds, la température dans les parois, la hauteur libre de fumée... Ces grandeurs sont issues de l'intégration d un système d'équations défini sur la base d un modèle de représentation à 2 zones gazeuses ; - Modélisation de la réalisation d'événements ponctuels. Par exemple le déclenchement d'un détecteur ou encore l'ouverture d'une porte, sont des événements ponctuels. La réalisation de ces événements s accompagne de modifications discrètes du système d équations mentionné précédemment. Ainsi, SCHEMA-SI permet de modéliser les interactions mutuelles entre les phénomènes continus (par exemple, l évolution du feu) et les phénomènes discrets (par exemple, l ouverture d une porte). Cette hybridation est permise par un formalisme de réseau de Petri. Des processus aléatoires sont introduits pour pallier certaines incertitudes sur les données et pour mieux décrire la variabilité des situations possibles. Les résultats fournis par l outil sont ainsi basés sur la simulation d un grand nombre d histoires par méthode de Monte Carlo. L objectif d application principal de l outil vise à quantifier un «niveau de sécurité» propre à l établissement étudié et ses équipements. La présente étude constitue la première application de l outil dans le cadre d une reconstitution de sinistre. 20/187

21 Hypothèses/Mise en données du problème Cette analyse exploite les données disponibles du sinistre. Celles pour lesquelles une incertitude subsiste, elle propose différents choix. Les paragraphes suivants détaillent l approche utilisée. Description de l activité du foyer La description de l activité du feu a un impact direct sur les résultats. Pour pallier aux fortes incertitudes sur l évolution temporelle du débit calorifique inhérentes à une analyse a posteriori et partielle des dégâts après sinistre, nous avons décidé de conserver pour ce paramètre une plage de variation importante, l un des buts de la présente étude étant de voir si l approche de simulation utilisée ici peut permettre de réduire ces incertitudes. On sait que le lit et la literie ont brûlé, ce qui correspond à une puissance d au moins 1 à 2 MW. Par ailleurs, dans une situation de feu généralisé contrôlé par la ventilation du studio, les dimensions de la porte fenêtre autorisent une puissance de feu de 5 à 7 MW. La puissance maximale du feu est donc choisie dans un intervalle de valeurs compris entre 1 et 7 MW. Enfin, la cinétique de développement du feu, la durée de la phase correspondant à l activité maximale du feu et la phase de décroissance sont décrit par des plages de variations qui nous sont apparus comme réalistes et permettant a priori d encadrer celles du feu réel. La Figure 22 ci-dessous reproduit la plage (en gris sur le graphique) dans laquelle s inscrit l ensemble des histoires du développement du feu retenues pour l analyse. Figure 22 : Plage de variation des différentes histoires du développement du feu considérées pour l analyse Représentation des ouvrants Les deux studios communiquent avec la circulation par des portes et avec l extérieur par des portes fenêtres. La circulation communique avec l extérieur par des fenêtres. L état des ouvrants au début du sinistre et leur évolution au cours du temps conditionne les conséquences observées : l ouverture de la porte du studio n 1 entraine la propagation de la fumée depuis le local sinistré vers la circulation, le bris d une fenêtre rendra l incendie visible depuis l extérieur du bâtiment, modifiera les conditions de ventilation du foyer, etc. On considère dans la simulation que les différents ouvrants peuvent se trouver dans trois états différents : - fermé - demi-ouvert - complètement ouvert 21/187

22 L état d un ouvrant peut changer au cours de la simulation, soit parce qu une personne le manipule, soit parce qu il se ruine du fait de la chaleur dégagée par l incendie. Les informations disponibles sur le sinistre permettent de formuler les hypothèses suivantes : - on considère que seuls les vitrages (fenêtres et portes-fenêtres) peuvent se ruiner au cours du sinistre. La modélisation du comportement au feu d un vitrage donné est un sujet difficile et reste à l heure actuelle un sujet de recherche active. On a fait le choix ici d un critère de bris simple correspondant à l atteinte d une température de couche de fumée au contact du vitrage égale à 400 C. Le bris d un vitrage fermé ou demi-ouvert le fait passer dans l état complètement ouvert ; - la porte du studio n 1 est initialement fermée ; - on sait que la porte fenêtre du studio n 1 a été détruite au cours de l incendie. En revanche, on ne dispose d aucune information sur son état initial. Aussi, on considère dans la simulation qu elle a autant de chances d être dans l un des trois états précités au début du feu ; - la porte du studio n 2 est initialement fermée ; - on sait que la porte-fenêtre du studio n 2 était ouverte à l arrivée des secours. On peut également faire l hypothèse que l occupant du studio n 2 n a pas modifié l état de cet ouvrant au cours du sinistre puisqu il a été retrouvé inconscient sur le pas de sa porte. Aussi, on considère dans la simulation que la porte fenêtre du studio n 2 peut être soit complètement ouverte, soit demi-ouverte au début du feu ; - on considère que la fenêtre de la circulation utilisée par l occupant du studio n 1 pour se défenestrer est fermée en début de feu ; - enfin, nous avons fait le choix pour simplifier l analyse de considérer que les autres fenêtres de la circulation restent fermées et ne se ruinent pas pendant toute la durée de l incendie. Comportement du passant ayant donné l alerte L alerte des secours a été faite par un appel téléphonique venant d une personne située à l extérieur du bâtiment. Le fait que cette personne ait indiqué une adresse erronée (rue du monument et non rue du Beau site) peut laisser penser qu elle se situait effectivement rue du monument et donc qu elle voyait la fumée s échapper du studio n 2 au moment de l appel. Dans le cadre du présent exercice, nous n avons pas eu accès au témoignage de cette personne qui aurait permis de confirmer cette hypothèse. Aussi, nous ne l avons pas retenue. On considère dans la simulation qu une condition nécessaire à l appel est qu il existe un panache de fumée sortant du bâtiment, quelque soit la fenêtre. Pour ce faire, un test sur les débits calculés à chaque ouvrant est réalisé à chaque pas de temps de la simulation. A partir de l instant où un panache de fumée extérieur existe, on tire aléatoirement selon une loi uniforme entre 30 secondes et 10 minutes le délai avant que le passant donne l alerte. Intervention des secours On représente simplement l intervention des secours par des délais entre les différentes phases conformément aux informations reportées dans le fil de l eau. Ainsi, après l alerte, 10 minutes sont nécessaires à l arrivée des secours sur le site. Une fois les secours arrivés, un binôme d attaque équipé d une lance pénètre dans le bâtiment. 10 minutes sont encore nécessaires après l arrivée des secours pour débuter la phase de lutte contre le feu directement à l intérieur du studio n 1. Le modèle dans l état actuel de son développement ne permet pas de prendre en compte l effet de l aspersion sur l activité du feu. Aussi, dans l analyse, ce dernier évènement («début de la lutte», que nous appelons également dans la suite «extinction») provoque l arrêt de l histoire. On notera qu une condition nécessaire à l occurrence de cet évènement est que le feu ne soit pas effectivement déjà éteint par épuisement du combustible. On verra plus loin que l occurrence de cet évènement permet de classer au cours de la simulation l histoire comme faisant partie des histoires plausibles. 22/187

23 Comportement des occupants L occupant du studio n 1 et celui du studio n 2 ont au cours du temps réalisé des actions qui ont eu un impact important sur les conséquences du sinistre. Les différentes informations recueillies a posteriori permettent d avoir une idée relativement claire de leur comportement. En revanche, les instants auxquels les personnes ont réalisé leurs actions restent sources d une certaine incertitude. L un des objectifs de la présente étude est de voir si la simulation permet de réduire cette incertitude. Le témoignage de la directrice de l établissement nous permet de savoir que l occupant du studio n 1 avait, peu de temps avant le sinistre, manifesté le désir de mettre fin à ses jours. On considère dans la simulation que l occupant provoque le départ de feu puis ouvre sa porte et quitte son appartement. On retient une plage de 30 secondes à 3 minutes pour représenter le temps mis par l occupant pour quitter son appartement. Après être sorti, l occupant a circulé dans la circulation jusqu à la fenêtre du coté opposé au studio puis s est défenestré. On retient un temps de parcours dans la circulation compris entre 30 secondes et 3 minutes. L occupant du studio n 2 a été retrouvé inconscient au sol de son appartement, à proximité de la porte de son studio, ouverte. On ne sait pas exactement à quel moment l occupant a ouvert la porte. On accepte l hypothèse que les conditions devaient être déjà suffisamment difficiles dans la circulation au moment de l ouverture de la porte pour que la fumée pénétrant dans le studio n 2 provoque quasi instantanément l incapacitation de l occupant, ce dernier n ayant manifestement pas eu la possibilité de refermer sa porte. On sait également que l ouverture de la porte a forcément été réalisée avant l arrivée des secours puisque ces derniers ont indiqué qu à ce moment là, un dégagement important de fumée était visible en façade du studio n 2. On retient dans la simulation une plage comprise entre 1 minute et 20 minutes après le départ de feu comme instant de l ouverture de la porte du studio n 2. Les occupants peuvent être incapacités au cours de la simulation du fait des conditions régnant dans le local où ils se trouvent. On retient le critère suivant : soit la hauteur d interface thermique est inférieure à 1,8 m et la température des gaz chauds est supérieure à 50 C, soit la température des gaz chauds est supérieure à 200 C. Comme on le verra plus loin, le tri des histoires plausibles parmi toutes les histoires simulées consiste entre autre à vérifier que les instants correspondant aux actions de ces deux occupants sont cohérents avec l évolution des grandeurs physiques traduisant le développement du feu et de la fumée dans le niveau sinistré. Prise en compte des conditions atmosphériques L immeuble lieu du sinistre objet de l étude se situe environ à mi-chemin de deux stations météorologique, celle de Paris-Montsouris (75) et celle d Orly (94). Les données auxquelles nous avons eu accès sont fournies par tranches horaires. Le jour du sinistre, selon la tranche horaire consultée, on obtient les valeurs suivantes : - Paris Montsouris : température comprise entre 5,7 et 4,8 C ; vent moyen de 4 km/h orienté sud-est et 7 à 11 km/h en rafale ; - Orly : température comprise entre 1 et 2 C, vent moyen de 0 km/h et 4 à 7 km/h en rafale. Dans la simulation, on considère que la température à l extérieur du bâtiment est comprise selon une loi uniforme entre 1 et 6 C. Le vent est soit nul, soit de 10 km/h orienté sud-est à 10 m de hauteur. Un profil de vitesse atmosphérique caractéristique d un environnement urbain est pris pour extrapoler la vitesse du vent à la hauteur de l étage sinistré. Les différentiels de pression (positif sur la façade au vent, négatif sur la façade sous le vent) sur chacune des façades du bâtiment sont ensuite calculés à l aide d une méthode normalisée Elimination des histoires incohérentes Certains événements peuvent engendrer un achèvement prématuré de l histoire simulée. Il s agit d événements dont l occurrence traduit une situation incohérente avec les dégâts du sinistre, les observations et témoignages. Dans le but de réduire les temps de calculs nécessaires, nous avons fait le choix de sélectionner les histoires automatiquement au cours de la simulation : dès qu un évènement incohérent intervient, l histoire est arrêtée et une nouvelle histoire démarre avec un nouveau jeu de données. 23/187