Installations Classées pour la Protection de l'environnement Calculs des flux thermiques SOMMAIRE

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1 SOMMAIRE I. OBJECTIF... 2 II. CALCUL DE FLUX THERMIQUES CORRELATION DE THOMAS... 2 A- Méthodologie ) Principe ) Evolution de l'incendie ) Montée rapide de la température ambiante ) Géométrie de la flamme... 5 B- Calcul des distances d'effet ) Définitions ) Valeurs de référence... 8 C- Application au tunnel de dégraissage ) Caractéristiques ) Evaluation des flux thermiques D- Conclusion

2 I. OBJECTIF Suite à l instruction du dossier de demande d autorisation d exploiter de la société Prisma, déposé en janvier, l Inspecteur des Installations Classées souhaite que des calculs de flux thermiques soient réalisés pour le scénario n 52 de l étude des dangers - incendie au niveau du tunnel de dégraissage. Afin de répondre aux attentes de l Administration, une étude de calcul de flux thermiques est donc menée parallèlement à l étude des dangers déjà déposée. Le logiciel Flumilog ayant été développé pour les études de flux thermiques d entrepôts, ce logiciel n est pas adapté à la présente étude. Le calcul de flux thermique est donc réalisé par l intermédiaire de la corrélation de Thomas (hauteur de flamme). II. CALCUL DE FLUX THERMIQUES CORRELATION DE THOMAS A- Méthodologie La méthodologie utilisée s'appuie sur le guide de l'ineris "Méthodes pour l'évaluation et la prévention des risques accidentels" feux de nappe Octobre Le domaine d'application peut être étendu aux liquides ou aux solides fusibles stockés à l'intérieur de bâtiments, dans les entrepôts par exemple. 1) Principe Le schéma présenté en page suivante illustre la méthodologie de la présente étude. 2

3 GÉOMÉTRIE DEL'INSTALLATION ENFEU Réservoirs ou couronnes diamètre D (m), hauteur h (m) Cuvette de rétention Surface (m 2 ), périmètre (m) Surface du (des) bac(s) associé(s) CARACTÉRISTIQUES DU COMBUSTIBLE Masse volumique (kg/m 3 ) Vitesse de régression (m/s) Flux initial émis par des flammes (kw/m 2 ) Entrepôt de stockage Surface (m²), périmètre (m) des stocks Calcul de la hauteur de flamme par la formule de THOMAS Calcul du facteur de forme F Calcul du facteur d'atténuation dans l'air Flux reçus par la cible 3

4 2) Evolution de l'incendie Le développement et la propagation d'un incendie sont généralement influencés par plusieurs paramètres dont : - la quantité de matière combustible présente, - le degré d'inflammabilité des matériaux entreposés, - la forme physique des matériaux : plus le rapport surface/volume du matériau est élevé, plus l'inflammabilité et la vitesse de propagation sont importantes, - le mode de stockage des matériaux : la compartimentation est un moyen efficace d'éviter qu'un feu ne se propage. Il s'agit de séparer les différents éléments que l'on veut protéger. La séparation est réalisée par deux types de compartimentation : fragmentation des grands espaces en cellules indépendantes : séparation par l'espace, séparation des lieux accueillant des risques spécifiques et importants du reste de "l'unité" : séparation par des murs. - Le temps d intervention des secours privés et publics et les moyens d extinction mis à leur disposition, - la ventilation et la circulation des gaz chauds : la propagation d'un incendie est liée à l'alimentation en air frais et à l'évacuation des gaz de combustion. Une évacuation efficace des gaz de combustion permettra de limiter la propagation du feu. 3) Montée rapide de la température ambiante Les températures atteintes au cours d'un incendie sont essentiellement fonction du temps et du débit calorifique (variant avec le potentiel calorifique et surtout avec la possibilité de renouvellement de l'air). Le mécanisme de l'incendie étant complexe, il est difficile de connaître exactement les températures atteintes et les différentes phases réelles du développement. La norme internationale ISO 834 propose une courbe conventionnelle température/temps standard indépendante du local et de la charge d'incendie. Il s'agit d'une fonction logarithmique du temps, constamment croissante : - 0 = 345 log (8t + 1) avec t = temps en minute = température à l'instant t en C 0 = température initiale en C 4

5 Le graphique ci-dessous présente la relative "t /temps" lors d'un incendie dans un bâtiment. La courbe "température/temps" montre que la température de 700 C est atteinte au bout d'un quart d'heure, cette température pouvant s'élever aux alentours de 1000 C. Néanmoins, elle n'exprime pas la phase de refroidissement et d'extinction qui suit et termine l'incendie. - 0 ( C) 1400 Courbe ISO t (min) Courbe conventionnelle température/temps Pour un incendie en extérieur, la température monte moins rapidement compte tenu de l'absence de murs qui piègent la chaleur. 4) Géométrie de la flamme Détermination de la hauteur de flamme La hauteur de flamme est généralement calculée à partir de la corrélation de THOMAS et du diamètre aéraulique du bâtiment. Cette corrélation est valable pour les feux libres. L = D eq x 42 m air g. D 0,61 avec L = hauteur de flamme (m) D eq = diamètre équivalent (m) m = taux de combustion massique (kg/s/m²) air = masse volumique de l'air ambiant = 1,22 kg/m3 à 20 C g = accélération de la pesanteur = 9,81 m/s² 5

6 Détermination du diamètre équivalent Si longueur zone / largeur zone < 2 : D eq = 4S/P avec : S = surface (m²) P = périmètre (m) Si longueur zone / largeur zone > 2 : D eq = largeur Détermination du taux de combustion m = x v avec : m = taux de combustion (kg/m²/s) = masse volumique (kg/m3) v = vitesse de combustion (m/s) Facteur d ajustement Source : Laboratoire du feu et de l environnement, CNPP, Rapport d étude CR Avril 2006 L INERIS limite la hauteur de flamme à 3 fois la hauteur du bâtiment. Le Centre National de Prévention et de Protection (CNPP) préconise de définir une limitation progressive de cette hauteur. La corrélation de THOMAS est valable pour les feux à moyenne échelle en extérieur, mais n est pas directement applicable pour les incendies de bâtiment. Il a en effet été constaté que la hauteur des flammes d incendie industriel ne dépend pas uniquement du produit en feu et de la surface du foyer, mais aussi directement de la ventilation du foyer : alimentation en air frais et évacuation des fumées. La ventilation d un incendie de bâtiment dépend donc essentiellement des dispositions constructives. Une toiture en fibrociment favorisera un incendie de faible intensité (éclatement de la toiture et évacuation des fumées). La présence de murs coupe-feu (et stables au feu) aura les mêmes conséquences (toiture fragilisée et ventilation du foyer). Afin de faire tendre la hauteur de flamme calculée par la méthode de THOMAS vers des valeurs réalistes constatées lors d incendies, le CNPP a établi une corrélation basée sur des considérations aérauliques. Ainsi, selon les dispositions constructives d un bâtiment, l aération du foyer se réalise plus ou moins bien. Ce phénomène est l une des causes principales de la diminution constatée de la hauteur de flamme par rapport aux valeurs attendues par les corrélations théoriques. 6

7 Le tableau ci-après présente les facteurs d ajustement en fonction des caractéristiques constructives : Murs Toiture Facteur d ajustement Pare-flamme Coupe-feu Bardage double peau avec isolation Bardage simple Bacs acier avec isolation Bac acier Bacs acier avec isolation Bac acier Fibrociment Bac acier Fibrociment 35 à 45% 25 à 35% 15 à 25% Le tunnel de dégraissage est constitué de bac acier. Le facteur minimal d ajustement de la hauteur de flamme est donc de 15%. B- Calcul des distances d'effet 1) Définitions Sont retenues les définitions suivantes de l'ineris : Effet domino : Le terme d'effet domino se rapporte à l'action d'un phénomène accidentel affectant une ou plusieurs installations d'un établissement qui pourraient déclencher un phénomène accidentel sur un établissement voisin, conduisant à une aggravation générale des conséquences. Synergie d'accidents : Pour les interactions entre installations d'un même établissement, est retenu le terme de synergie d'accidents. Bâtiment agresseur : Zone à l'origine de la source d'agression. Elle peut être interne ou externe au site. Bâtiment agressé : Cible potentielle touchée par les effets de la source d'agression. Elle peut être interne ou externe au site. 7

8 2) Valeurs de référence Les valeurs de référence sont fixées par l'article 9 de l'arrêté du 29 septembre 2005 et sont les suivantes : En kw/m² Effets sur les structures 5 Seuil des destructions significatives des vitres 8 Seuil des effets domino et dégâts graves sur les structures 16 Seuil d'exposition prolongée des structures et dégâts très graves sur les structures, hors structures béton 20 Seuil de tenue du béton pendant plusieurs heures et seuil de dégâts très graves sur les structures béton 200 Seuil de ruine du béton en quelques dizaines de minutes En kw/m² Effets sur l Homme Seuil des effets irréversibles délimitant la «zone de dangers significatifs pour la vie humaine» Seuil des effets létaux délimitant la «zone des dangers graves pour la vie humaine» (art.l du Code de l'environnement) Seuil des effets létaux significatifs délimitant la «zone des dangers très graves pour la vie humaine» (art.l du Code de l'environnement) Sont déterminés dans le présent rapport les flux de 8, 5 et 3 kw/m². Calcul de flux thermique = o x Fv x avec = flux reçu par une cible (kw/m²) o = pouvoir émissif de la flamme (kw/m²) Fv = facteur de vue (-) = facteur de transmissivité atmosphérique (-) Pouvoir émissif de la flamme Selon le CNPP (Centre National de Prévention et de Protection), l'émittance des flammes varie généralement de 30 à 40 kw/m². Cependant, pour des flux bâtimentaires, les 40 kw/m² sont certainement trop forts. Le CNPP indique également que pour des flux très fumigènes, l'émittance de la flamme est comprise entre 20 et 30 kw/m². Il a été considéré que l incendie du tunnel de dégraissage était relativement peu fumigène. Pour le scénario n 52, l'émittance de la flamme retenue pour le calcul sera donc de 30 kw/m². 8

9 Facteur de transmissivité atmosphérique Le facteur de transmissivité atmosphérique (corrélation de Brzutowski et Sommer) traduit le fait que les radiations émises sont en partie absorbées par l'air présent entre la surface radiante et la cible. = 0,79 x (100/x)1/16 x (30,5/r)1/16 avec x = distance de la cible à la source (m) r = taux d'humidité relative de l'air (%) Pour les calculs, une humidité moyenne de l'air de 70 % a été retenue. Facteur de vue Etant donné que le rayonnement émis par les flammes est indépendant de la direction, il apparaît que le facteur de vue n'est autre que l'angle solide sous lequel la cible, considérée ponctuelle, voit les flammes. Le flux thermique reçu par une cible située face à un mur de flamme varie selon leur éloignement et la distance entre l'extrémité latérale du mur de flamme et la perpendiculaire au point de la cible. Le flux thermique est maximal au niveau de la médiatrice du mur de flamme, et minimal aux extrémités latérales. C- Application au tunnel de dégraissage 1) Caractéristiques Nature des produits mis en œuvre Le produit utilisé au niveau du tunnel de dégraissage est le Neutrapon. Il s agit d une préparation aqueuse qui ne présente pas de point éclair jusqu à 100 C, selon la Fiche de Données de Sécurité du produit. Cependant, la préparation contient : - entre 1 et 5 % d alcool (éther butylique), - entre 1 et 5 % d amine de coco éthoxylée, - entre 5 et 15 % d agents de surface non ionique. Ces composants peuvent être considérés comme combustibles. Le volume maximal de Neutrapon pouvant être mis en œuvre dans le tunnel est de 8,78 m 3. Compte tenu qu au maximum 25% de ce volume peut être considéré comme combustible, la quantité de combustible disponible est alors de 2,195 m 3. Détermination du taux de combustion En l absence de taux de combustion disponibles dans la littérature pour les composants listés cidessus, les 25% du Neutrapon considérés comme combustibles sont assimilés à de l alcool. Ainsi, le calcul de flux thermique est réalisé à partir du taux de combustion de l éthanol (alcool dont le taux de combustion est connu), de formule chimique C 2 H 5 OH. Les produits de combustion sont principalement du dioxyde de carbone et de la vapeur d eau. 9

10 Le reste du Neutrapon est assimilé à de l eau (préparation aqueuse), dont le taux de combustion est nul. Le taux de combustion de l éthanol est de 15 g/m²/s (selon BABRAUKAS). Les longerons passant dans le tunnel sont de 2 types : - longerons de 4 mètres, dont le poids minimal est de 47,6 kg (4,5 mm d épaisseur), - longerons de 12 mètres, dont le poids minimal est de 236,76 kg (7 mm d épaisseur). Ces matériaux sont des matières métalliques et ne présentent aucun taux de combustion. A noter que la cabine de dégraissage est presque exclusivement constituée de pièces et parties métalliques ne présentant aucun taux de combustion. Le taux de combustion global est déterminé à partir des pourcentages massiques du stockage et des taux de combustion associés à chaque produit. Le tableau ci-dessous présente ce taux de combustion : Matériaux Taux de combustion (g/m²/s) Pourcentage massique Taux de combustion résultant (g/m²/s) Eau 0 75 % 0 Partie combustible assimilée à l éthanol % 3,75 Total 3,75 2) Evaluation des flux thermiques Données du calcul Le tunnel de dégraissage présente les caractéristiques suivantes : - longueur : 7 mètres, - largeur : 3 mètres. Présentation des résultats Les résultats sont présentés dans le tableau suivant : Flux Stockage 3 kw/m² 5 kw/m² 8 kw/m² Longueur (en m) 4,05 2,53 0 Largeur (en m) 2,7 1,62 0 La représentation graphique de ces flux est donnée ci-après. 10

11 Interprétation La nature des matériaux concernés par un incendie au niveau du tunnel de dégraissage n est pas de nature à engendrer des flux de 8 kw/m². Le flux de 5 kw/m² touche le poste de la grenailleuse, pour laquelle une dégradation de l équipement peut être redoutée. Le flux de 3 kw/m² touche également la grenailleuse, ainsi que la ligne de transport des longerons. D- Conclusion Aucun effet domino ni synergie d accident n est à redouter en cas d incendie au niveau du tunnel de dégraissage. 11

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