MEMOIRE DE MAGISTER EN GENIE CIVIL

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1 Républque Algérenne Démocraque e Populare Mnsère de l ensegnemen supéreur e de la recherche scenfque UNIVERSITE MOUOUD MAMMERI DE TIZI-OUZOU Faculé du Géne de la Consrucon Déparemen de Géne Cvl MEMOIRE DE MAGISTER EN GENIE CIVI Opon : Modélsaon e calcul non lnéare THEME CACU DANS A PHASE DE REFROIDISSEMENT DES EVOUTIONS DE TEMPERATURE DANS ES MIIEUX AUSSI HETEROGENES QUE E BETON SOUMIS A DES CONDITIONS DE TEMPERATURES EEVEES Présené par : HOCINE Sad Devan le jury composé de : BOUAZZOUNI Ammar Professeur U.M.M.Tz-Ouzou Présden SADAOUI Arezk Maîre de Conférences A U.M.M.Tz-Ouzou Rapporeur Kach Mohand Sad Professeur U.M.M.Tz-Ouzou Examnaeur SAAD MOHAMMED Maîre de Conférences B U.M.M.Tz-Ouzou Examnaeur KHENNANE Ammar Senor ecurer NSW Unversy, Camberra Invé Souenu le.. 0

2 Remercemens Je remerce DIEU qu ma donné la force e la paence pour ermner ce raval. J' exprme mes sncères remercemens : A mes parens pour leur conrbuon pour chaque raval que j'a effecué. A mon promoeur SADAOUI pour son ade préceux. A l ensembles des ensegnans de l'opon modélsaon. Sans oubler ceux qu on parcpé de près ou de lon à la réalsaon de ce raval e aux membres du jury d'avor accepé d'évaluer ce mémore. 0

3 Dédcace Je déde ce modese raval A mon père. A ma mère. A ma famlle. A mes frères e sœurs. Ans que ous mes ams e proches. Saïd 0

4 Sommare Chapre 1 : Inroducon Ea de queson Ea de la problémaque Objecfs de ce raval Chemnemen du raval suv Descrpon d un problème hydro-hermo-mécanque e le programme de recherche Poursuv dans le cadre du proje CNEPRU [06] Chapre 2 : Revue bblographque sur la physque de l ncende e analyse des prncpaux scénaros de feu ulsés dans la praque Généralés Relaon enre la sécuré ncende e la réssance au feu des srucures Bases de la dynamque du feu Prncpaux faceurs nfluençan l'évoluon des empéraures dans un local Acons hermques-modèles de représenaon de l'ncende selon l'eurocode Mécansmes de ransfer de chaleur...57 Chapre 3 : Formulaon par élémens fns d un problème hermque ransore non lnéare e applcaons au feu naurel Forme dfférenelle à résoudre Forme négrale fable Forme dscrésée par élémens fns Résoluon en régme saonnare Résoluon en régme ransore Implémenaon dans le code HTACFE Expérmenaons numérques...90 Chapre 4: smulaon par élémens fns des srucures en béon dans un envronnemen d ncende- Applcaon aux poures en béon armé Généralés Bases de la méhode de calcul e le programme STFIRE Adapaon à l'ncende naurel avec branche de empéraure décrossane des relaons conrane-déformaon du béon selon les recommandaons de l'eurocode 2 ou Expérmenaon numérque Chapre 5 : conclusons générales Rérospecve Organsaon du raval Conclusons Recommandaons Références bblographques Annexe A......A-1 Annexe B B-1 Annexe C C-1 Annexe D D-1 0

5 CHAPIRE 1 INTRODUCTION 1-1 Ea de la queson Dans nore socéé moderne, la probablé de renconrer un ncende dans les dfférens ypes de bâmens (habaon, ndusrel, hôel, école, hôpal ) es foncon de leur éa de véusé e du degré de fablé des mesures de sécuré adopées. Cee probablé ne peu malheureusemen jamas êre complèemen annulée car l es mpossble d écarer d une manère sysémaque ous les maéraux combusbles consuan une charge au feu, comme l es chmérque d magner un monde à l abr des défallances e des malvellances. Il fau donc ben se résoudre à admere le caracère nélucable du rsque permanen d'ncende qu deven une nécessé de prendre en consdéraon lors de la consrucon ou de réhablaon de bâmens ; mas l conven évdemmen de le lmer au src mnmum e de rédure ses effes par la mse en œuvre de la panople de mesures ben connues elles que la déecon e l alarme en cas d ncende, l exncon auomaque par sprnklers, la dsposon raonnelle de pores e de paros coupes feu qu nervennen dans le comparmenage du bâmen, le placemen judceux d exuores de fumées e le chox de maéraux ne dégagean pas de gaz oxques. Ces mesures de sécuré, s mporanes soen-elles, n élmnen cependan pas la nécessé de concevor des srucures poranes présenan une réssance au feu judceusemen adapée au ype de bâmen e suscepble de se manenr dans le emps. Une elle réssance au feu es évdemmen ndspensable pour sauvegarder les ves humanes à coure e moyenne échéance, pour mnmser les dégâs occasonnés au bâmen e lmer ans les fras colossaux aux compagnes d assurances e pour permere une nervenon effcace des sapeurs-pompers, sans crandre l arrvée d un effondremen prémauré de la srucure. Ans donc, une bonne réssance au feu de la srucure es une condon non suffsane mas nécessare pour lmer les effes néfases d un ncende. orsqu une srucure en occurrence en béon armé, es soumse à un ncende, de grands gradens hermques s y développen par sue des élévaons de empéraures mporanes e rapdes. es empéraures aenes dans une elle suaon son généralemen comprses enre 20 C e 1200 C. a capacé porane de la srucure dmnue foremen au fur e à mesure que sa empéraure augmene du fa que les propréés de réssance e de rgdé des maéraux habuels de consrucon se dééroren de manère sgnfcave avec l élévaon des empéraures. S la durée e l nensé de ce ncende son rop mporanes, la capacé porane de la srucure peu décroîre jusqu au nveau des charges applquées ; l peu alors en résuler une rune complèe ou parelle qu peu se produre en un emps relavemen cour lorsque la monée en empéraure es rapde. C es pourquo parm les exgences mposées au bâmen, la réssance au feu des srucures a oujours eu une place mporane. 1

6 1-2 Ea de la problémaque a durée de réssance au feu des srucures dépend largemen des empéraures qu von se développer duran l ncende, condonnées enres aures, par les maéraux combusbles présens e la venlaon. Il s ag de l un des objecfs fxés dans nore programme de recherche [01], qu consue un des problèmes fondamenaux à résoudre en vue de déermner la réssance au feu des srucures soumses à l ncende réel. es paramères qu gouvernen les condons dans lesquelles un ncende réel peu prendre nassance e se développer, son rès nombreux. Chacun d enre eux nerven d une manère complexe pour nfluencer dans sa durée, sa volence e don la façon don l va affecer la srucure. Parm ces faceurs, nous pouvons cer la forme, la quané e la naure des maéraux combusbles, leurs dsposons dans le local ncendé, les dmensons des ouverures de venlaon, la géomére du comparmen e les propréés hermques des dfférenes paros consuan ce comparmen ncendé. Ce problème relève prncpalemen de la hermque mas présene une mporance capale, car s par exemple la dsrbuon de la empéraure dans les élémens d une srucure n es pas évaluée correcemen, le calcul au feu propremen d (évoluon de la flèche en foncon du emps, durée de réssance au feu) sera auomaquemen enaché d erreur. e problème du calcul de la réparon de la empéraure dans les élémens en béon nécesse l éude d un ceran nombre de phénomènes en lason avec le développemen au feu. e premer es sans doue le plus délca, concerne la modélsaon de l envronnemen crée par un ncende où l nécesse l examen approfond des dfférens problèmes lés à la combuson, le dégagemen de chaleur qu en résule, e enfn, la façon don l ncende es smulé qu consue un pon de dépar de oue smulaon concernan la réssance au feu des srucures. Eurocode 1 pare 2 [02] propose pluseurs façons de modélser un ncende don essenellemen le modèle empéraure-emps normalsé e le modèle d exposon au feu paraméré. e plus smple es le premer modèle qu consse d ulser des courbes nomnales ou sandards comme celle ssue des ravaux de la commsson ad hoc de l I.S.O (Inernaonal Organsaon for Sandardsaon) communémen appelée courbe ISO834 [03]. C es une courbe normalsée qu donne les varaons des empéraures en foncon du emps des gaz dans un four d essa. Elle es de forme logarhmque don les empéraures son consammen crossanes au cours de l ncende. Hsorquemen, les courbes nomnales on éé développées pour eser expérmenalemen les élémens de consrucon, en vue d en éablr un classemen de leur réssance au feu. Cependan, pour ce qu es de la modélsaon d un ncende dans un bâmen, ces courbes fournssen une représenaon assez pauvre de la réalé e représenen surou les ncendes rès sévères e complèemen développés. e deuxème modèle se rappore à la smulaon sous ncende naurel ou réel où les consdéraons de calcul se reposen sur l hypohèse d une combuson complèe de la charge calorfque concernée. Conraremen au scénaro convenonnel ISO834, celu-c condu à des courbes empéraure-emps qu comporen, en plus de la phase d échauffemen où les empéraures aegnen une valeur maxmale, une branche de empéraure décrossane qu caracérse la phase de refrodssemen ou d exncon de l ncende. a durée de combuson, c es-à-dre le emps nécessare pour aendre les empéraures maxmales avec 2

7 un appor suffsan de comburan es évdemmen foncon de la charge d ncende ou de la capacé calorfque, des condons de venlaon, de la géomére e des caracérsques hermques des paros du comparmen. Ces deux modèles qu feron l obje de ce raval présenen un grand avanage par la faclé de leur mplémenaon dans un code de calcul par élémens fns auss ben d analyse hermque que srucurale. e modèle paramérque sous ncende naurel nécesse néanmons un réajusemen des relaons conrane-déformaon du béon vu que ce maérau ne rerouve pas son éa nal quand l es chauffé pus refrod à des empéraures ambanes. Eurocode 1 propose par alleurs d aures approches plus élaborées comme les modèles de zones e les modèles CFD (Compuaonal Flud Dynamcs) mas l évoluon des empéraures en foncon du emps n es pas prescre comme dans le cas des modèles de feu paraméré. es empéraures résulen à la sue d une négraon dans le emps des équaons dfférenelles d équlbre exprman à ou nsan les équaons de masse e d énerge. applcaon de ces modèles exge ouefos des codes numérques rès sophsqués qu dépassen largemen le cadre de raval. 1-3 Objecfs de ce raval e premer objecf fxé dans ce raval consse d abord d analyser le modèle paramérque sous ncende naurel proposé par Eurocode 1 e de l mplémener ensue dans le code HTAFE [04] qu es un programme essenellemen par élémens fns qu calcule la réparon des empéraures dans des élémens en béon sous des condons ransores sans phase de empéraure décrossane. e deuxème objecf se rappore à la deuxème pare qu concerne l analyse srucurale des élémens en béon e qu consse prncpalemen à la généralsaon du code STFIRE en nrodusan les recommandaons de l Eurocode 2 ou 4 sur le comporemen du maérau sous ncende naurel. e code STFIRE (STrucural analyss under sandard FIRE scenaros, [05]) es un programme par élémens fns qu calcule le comporemen des srucures en béon soumses à l acon d un scénaro de feu de ype convenonnel. e rosème objecf, auss mporan que les 2 premers, consse de mere en évdence, à ravers une analyse paramérque approprée, l effe des dfférens scénaros de feu sur le comporemen srucural des élémens en béon. 1-4 Chemnemen du raval suv e raval présené dans ce mémore es organsé en 5 chapres don le premer es consacré essenellemen à la naure de la queson e de la problémaque ans à la descrpon des objecfs fxés. Son rappelées les grandes hypohèses de base lées au découplage d un problème hermo-hydro-mécanque, rès complexe, permean de le décomposer en une sue séquenelle d analyse hermque e mécanque.. e chapre suvan es consacré à la revue de léraure orenée sur la physque de l ncende en général e sur une analyse approfonde des prncpaux modèles de scénaros de feu renconrés dans la praque. Pluseurs pons on éé d abord abordés afn d encrer la problémaque e d en comprendre la phlosophe lée à l analyse hermque en consdéran le feu naurel. Parculèremen son raés la relaon enre la sécuré ncende e la réssance 3

8 au feu des srucures, les bases de la dynamque du feu, les modèles de représenaon de l ncende selon l Eurocode e les mécansmes de ransfer de chaleur e chapre 3 rae les fondemens mahémaques de résoluon de l équaon de la propagaon de la chaleur par la méhode des élémens fns en régme non lnéare ransore. Dfférens aspecs son amplemen revus e déallés. Cons la consrucon de la forme négrale en exploan la méhode des résdus pondérés e le héorème négral de Green, la dscrésaon du domane en des quadrlaères, la paron des degrés de lberé en des varables connues e nconnues, la dscrésaon de la forme fable pour formuler la marce de rgdé angene e le veceur des sollcaons élémenares e globales en régmes saonnare e ransore. e chapre quare rae la smulaon par élémens fns des srucures en béon dans un envronnemen d ncende naurel où, dans un premer emps, es revue la formulaon des équaons d équlbre ncrémenales de la srucure ans que son mplémenaon sur ordnaeur dans le cadre du code de calcul STFIRE. Dans un premer emps, nous procédons à la valdaon du modèle où es envsagée une poure en béon armé soums à l acon de pluseurs scénaros de feu. es résulas obenus seron analysés e comparés à des résulas ssus des codes ayan une renommée nernaonale éable don prncpalemen le code SAFIR développé à l Unversé de ège en Belgque. Nous ermnons, en guse du derner chapre, par des conclusons générales qu débouchen sur un ceran nombre de recommandaons praques dans la perspecve de poursuvre ce hème de raval. 1-5 Descrpon d un problème hydro-hermo-mécanque e le programme de recherche poursuv dans le cadre du proje CNEPRU [06] En rason de sa mcro-srucure poreuse, parellemen saurée e mul-phaseuse, lorsque le béon es soums à une fore e rapde élévaon de empéraure, l deven le sège de phénomènes de couplages hermo-hydro-mécanques eux-mêmes assocés à des réacons chmques rès complexes qu se produsen au sen du maérau. Ces phénomènes de couplages son complexes e son rès dffcles à maîrser sur le plan expérmenal e que la plupar d enre eux ne son éudés que depus une vngane d années envron. De rès nombreuses lacunes y subssen, ce qu amène à effecuer des hypohèses plus ou mons fores e à lmer ceranes descrpons à des consdéraons puremen qualaves. a fgure 1-1 résume les dfférens mécansmes de couplage décrvan les prncpales neracons enre la empéraure, l éa de conrane e d endommagemen e l éa hydrque du béon. 4

9 Thermque Humdé Mécanque 6 1- Evoluons des propréés du béon en foncon de la empéraure - Déformaon hermque - Déformaon d neracon hermo-mécanque 2- Evoluons des propréés hermques en foncon de l endommagemen du béon - Chaleur produe par la dsspaon mécanque nrnsèque 3- Evoluon des propréés des phases fludes conenues dans les pores en foncon de la empéraure - Evoluon de la perméablé e de la porosé 4- Convecon de chaleur par le flude - Evoluons des propréés hermques du béon selon le aux d humdé 5- Effe mécanque de la presson du flude -Evoluons des propréés mécanques du béon selon le aux d humdé 6- Varaon de la perméablé e de la porosé Fg. 1-1 Ineracons au sen du maérau béon [06] es couplages observés les plus mporans son : - les couplages hermo-mécanques. - les couplages hermo-hydrques. es couplages hermo-mécanques ne son pas des couplages énergéques drecs mas pluô des couplages ds fables qu se manfesen par une évoluon des caracérsques mécanques ou des caracérsques de ransfers hydrques e hermques due à une dégradaon de la mcrosrucure. Selon pluseurs aueurs, l es rasonnable de consdérer que le processus de déformaon du béon n nfluence pas les mécansmes de ransfers hermohydrques an que le nveau d endommagemen rese lmé. Ce qu jusfe l adopon généralemen de l hypohèse d une analyse hermo-mécanque découplée permean de décomposer le problème en une sue séquenelle d analyse hermque e mécanque. es mécansmes de ransfers hydrques son en revanche foremen couplés, en d aures manères, les effes hydrques ne peuven êre néglgés dans le cadre d une analyse hermque. objecf prmordal fxé dans le cadre de nore proje de recherche CNEPRU [01] consse d nrodure le phénomène de pressursaon qu se produ au nveau des pores capllares e d éuder ses effes mécanques possbles, e en parculer d évaluer le rôle qu elles peuven jouer dans le phénomène d éclaemen du béon soums à de haues empéraures. 5

10 une des causes de ces phénomènes es le développemen des pressons élevées au nveau des pores de gel de la mcro-srucure du béon. En effe, au cours de l élévaon de empéraure, l se produ à cause de la varaon de presson dans les pores capllares (espace enre les pores de cmen non rempls par les hydraes) e les pores de gels (de CSH e des aures composés hydraés), un ransfer hygro-hermque mporan qu l s ag de ben comprendre e de modélser. Cee pressursaon des pores de béon se produ noammen en rason de la vaporsaon de l eau, de l expanson de l ar occlus e des gaz ssus des décomposons chmques e des ransfers d humdé. e flux mgraore de l eau se compose en réalé d une pare qu s échappera par les fssures pour aller vers l ambance ands que l aure mgrera vers les zones frodes où elle se recondensera. analyse de ces phénomènes appelés hygro-hermques nécesse une approche numérque par élémens fns assez approfonde qu passe par l évaluaon des pressons au nveau des pores capllares e l denfcaon de cerans paramères en relaon avec le coeffcen de couplage de Bo en enan compe de l aspec du comporemen non lnéare du béon. 6

11 CHAPITRE 2 REVUE BIBIOGRAPHIQUE SUR A PHYSIQUE DE INCENDIE ET ANAYSE DES PRINCIPAUX SCENARIOS DE FEU UTIISES DANS A PRATIQUE 2-1 Généralés Comme menonné précédemmen, le calcul de la réparon de la empéraure dans les élémens consue l un des deux problèmes fondamenaux à résoudre pour déermner la réssance au feu des srucures sous l acon de l ncende. Ce problème nécesse l éude d un ceran nombre de phénomènes en lason avec le développemen au feu. e premer es sans doue le plus délca, concerne la modélsaon de l envronnemen crée par un ncende. Dans ce bu, l es nécessare d examner les dfférens problèmes lés à la physque de l ncende don la combuson e le dégagemen de chaleur qu en résule, e parculèremen les dfférens scénaros de feu qu donnen l évoluon en foncon du emps de la empéraure des gaz dans un comparmen en feu. a courbe empéraure- emps consue le pon de dépar pour oue smulaon concernan la réssance au feu des srucures. Ces problèmes dépenden d aures faceurs qu seron examnés rès brèvemen dans ce chapre. Il fau égalemen connaîre les mécansmes de ransfer de chaleur pour évaluer les flux de chaleur pénéran dans les élémens. A parr ans des données géomérques concernan la srucure e des propréés hermques des maéraux, e en ulsan un code de calcul appropré, l es alors possble de calculer l évoluon de la empéraure dans les élémens de cee srucure. organgramme présené dans la fgure 2-1 perme de mere en évdence les dfférens problèmes à examner, ans que les données nécessares pour y apporer des soluons. e chapre sera ans organsé de la manère suvane : Eude sommare sur la relaon enre la sécuré ncende e la réssance au feu des srucures Rappel des noons fondamenales sur la dynamque du feu e analyse des prncpaux faceurs nfluençan l évoluon des empéraures dans un local els que la charge d ncende, la venlaon e les caracérsques hermques des paros Analyse déallée e commenée des dfférens modèles paramérques renconrés dans la praque condusan à l évoluon de la empéraure des gaz dans le comparmen soums à un feu réel ou naurel. Examen des dfférens problèmes lés aux mécansmes de ransfers de chaleur e quelques résulas parculers drecemen applcables aux problèmes de propagaon des ncendes dans les srucures. 7

12 Densé de la charge ncende Caracérsques de combuson des maéraux combusbles Dmenson e forme du comparmen Taux de combuson Dégagemen de chaleur Courbe empéraure-emps (modélsaon de l ncende) Propréés hermques des paros Modes de ransfer de la chaleur Géomére de la srucure éudée Réparon de la empéraure dans les élémens de la srucure Propréés hermques des maéraux Fg. 2-1: Organgramme général de calcul du champ hermque 2-2 Relaon enre la sécuré ncende e la réssance au feu des srucures Jusqu aux années , les approches scenfques de l ncende éaen quas nexsanes [01]. A l heure acuelle e noammen avec l arrvée des Eurocodes [07, 08, 09, 10], les choses on complèemen changées, à un pon que la sécuré ncende n es plus une echnque emprque ; c es devenu une vérable scence applquée fasan appel à des compéences varées e de hau nveau. a sécuré ncende es une approche globale e logque don le caracère es complexe. Elle repose sur un ceran nombre d objecfs ou exgences fondamenales que l on veu aendre e qu l es mporan de défnr avan de songer à adoper une sraége de prévenon e de proecon conre l ncende. es objecfs de la sécuré conre l ncende seron à la base des propréés de réssance e de réacon au feu spécfés dans les normes de base de calcul. 8

13 2-2-1 orgne, le rsque, les causes e la probablé de développemen d un ncende 1- orgne d un ncende Pour qu un ncende pusse prendre nassance, l fau la présence conjuguée de ros élémens à savor, l oxygène, des maéraux combusbles e une source de chaleur. Ces élémens formen ce qu on appelle le rangle du feu, représené à la fgure 2-2. es empéraures mnmales d auo-nflammaon e de propagaon son lées à la naure du combusble, à sa forme, à sa surface e à sa porosé. oxygène es un élémen essenel du feu e la vesse de combuson es nfluencée par l appor de l ar fras. l oxygène es parou dans l ar à rason de 25% en volume ; des maéraux combusbles exsen dans presque ous les bâmens ; c es donc la présence d une source de chaleur qu es la cause même de la nassance d un ncende. source de chaleur oxygène combusble Fg. 2-2 Trangle du feu 2- e rsque d ncende e rsque d ncende do prendre en consdéraon : a probablé du déclenchemen d un ncende : des processus ndusrels, où de la chaleur es apporée à des maères combusbles par exemple, feron évdemmen accroîre la probablé d un ncende ; la pussance desrucve de l ncende, proporonnelle à la quané du combusble où à la charge de l ncende ; la vesse de propagaon de l ncende ; la présence de rsques parculers évenuels, comme par exemple la présence de maères oxques, d élémens radoacfs, d explosfs, Suvan l orgne du rsque d ncende, on peu dsnguer : - le danger néreur provenan du bâmen lu-même (le conenan), de son conenu ans que des acvés qu l abre (processus de producon par exemple). - le danger présené par les occupans du bâmen (les fumeurs, le manque de propreé : poussère, déches ). - le danger exéreur provenan de bâmens vosns (hangars d avaon), des dépôs (réservors à gaz lquéfé par exemple) e des canalsaons de gaz dans les rues. 9

14 3- les causes de l ncende A l orgne d un ncende, l y a oujours une source de chaleur rapprochée d un combusble en mleu comburan c es-à-dre en présence d un oxydan el que l oxygène par exemple. Ce rsque dépend non seulemen de la présence d un combusble, ce qu es de oue façon le cas pour la plupar des bâmens, mas l dépend surou de l acvé que le bâmen abre. On peu donc fare la dfférence enre un usage normal des locaux auquel correspond une charge d ncende sans rsques spécaux, e un usage parculer ou spécal, auquel correspond une même charge d ncende mas avec un rsque d ncende beaucoup plus mporan à cause de la présence d un processus ndusrel par exemple. es causes de l ncende son rès dverses e nous n en énumérons que quelques unes c-après sans que cee lse so exhausve: flamme nue ulsée à proxmé de maéraux nflammables e combusbles éncelles élecrcé chauffage véhcule à moeur maères ou lqudes nflammables, maères combusbles déposées rop près d une source de chaleur Source de chaleur ulsée dans un mleu renferman des gaz ou vapeurs nflammables Cgarees Chaleur solare Combuson sponanée Manpulaons dangereuses Malvellance Incende exéreur Ec 4- Probablé du développemen d un ncende a probablé du développemen d un ncende dans un bâmen dépend des faceurs suvans : la desnaon du bâmen, qu perme de se fare une dée des acvés qu auron leu e de la probablé d y renconrer des maéraux combusbles. a légslaon dsngue souven [11] : - les bâmens de ype A, desnés à l habaon, comme les mmeubles à apparemens ; - les bâmens de ype B, desnés à l acvé des personnes, comme les mmeubles de bureaux, les écoles, les bâmens ndusrels ; - les bâmens de ype A à usage mxes, comme les hôels, nernas, casernes, mmeubles à apparemens comprenan des magasns e des bureaux. - la présence de sources de chaleur, en parculer les sources avec flammes à l ar lbre (fumeurs, apparels de chauffage à combuson) e les nsallaons e les apparels élecrques (enan compe des proecons ncorporées) consuen des rsques élevés 10

15 d ncende. ulsaon de lqudes ou de gaz nflammables, beaucoup de procédés chmques e la présence de poussères peuven égalemen êre la cause d ncendes. - la fablé des mesures de sécuré concernan le chox des maéraux dans les bâmens e les nsallaons echnques elles que la déecon, l alarme, le sprnklage,ec. e danger d ncende s évalue sur la base des faceurs menonnés c-dessus e d aures faceurs, comme par exemple les dffculés d évacuaon des personnes (valdes, handcapés, malades, ). Plus le danger es élevé, plus les règles de sécuré doven êre sévères Développemen e propagaon de l ncende 1- Développemen de l ncende A- Incende réel évoluon d un ncende es un phénomène dffcle à prévor. e développemen de celu-c e de sa propagaon dépenden, comme nous le verrons plus en déal un peu plus lon, de nombreux faceurs : la charge d ncende, la forme sous laquelle elle se présene, la venlaon e les caracérsques des paros. e déroulemen d un ncende réel, s on exclu les cas parculers els que l exploson, peu êre décomposée en quare éapes ou phases comme schémasées sur la fgure 2-3. Phase 1 : Nassance Une source de flammes, d nensé lmée, communque le débu d ncende à une quané de maérau apparenan, so à l équpemen du bâmen, so au bâmen lumême. Pendan cee phase les objes ndvduels brûlen. e comporemen au feu, la faclé d nflammaon, la vesse de propagaon en surface des flammes e le dégagemen de la chaleur de combuson jouen c un rôle prépondéran. e rsque pour les personnes e les bens n es pas rès élevé. Cee phase cependan es d une mporance vale pusqu elle perme une déecon e une maîrse précoces. Phase 2 : Embrasemen général (flash over) e pon dangereux es l embrasemen généralsé qu marque la ranson enre l ncende localsé e l ncende enèremen développé. orsque l échauffemen réguler des maéraux combusbles donne des empéraures enre 200 C e 300 C, les maéraux commencen à se consumer. Une elle empéraure ambane provoque l éclaemen des vres des fenêres, créan un appor d ar mporan qu se mélange aux gaz de combuson. a empéraure passe de 200 C à 1000 C en quelques mnues avec le rsque de la rune de la srucure. Combare l ncende dans le comparmen es alors oalemen mpossble. es pompers ne peuven que proéger le vosnage. Phase 3 : Pérode saonnare Dans le cas où aucune nervenon n a eu leu, on se rouve en présence d un ncende complèemen développé. Tou ce qu peu brûler dans le local e le local lu-même 11

16 rrémédablemen perdus. Pendan cee pérode saonnare les empéraures e la producon de la chaleur resen plus au mons consanes. C es c que va nervenr la réssance au feu des élémens de consrucon. Ils doven en effe éver la propagaon du feu vers d aures locaux du bâmen de manère de permere le déroulemen normal des opéraons d exncon, sans que les pompers ne couren des dangers excessfs. On dsngue une foncon séparane, don le rôle es d éver l exenson de l ncende vers d aures locaux e une foncon porane, qu do éver l effondremen. Phase 4 : Exncon du feu S l n y a oujours pas eu d nervenon, le feu s éend lenemen par défau de combusble. S l y a eu nervenon, le refrodssemen dû à l exncon es global, mas l échauffemen des élémens de consrucon es encore possble e les rsques d effondremen perssen à cause des phénomènes de dlaaon e de conracon des maéraux. Tempéraure Flash over suaon quas saonnare Pérode saonnare exncon Nassanc phase 1 réacon phase 2 phase 3 réssance phase 4 Temps Fg. 2-3 Evoluon d un ncende B- Courbe normalsée Chacune des phases es d une grande mporance lors du développemen d un ncende. Seulemen l n es pas possble de reprodure les condons réelles d un ncende, car ces condons son dfférenes à chaque fos. es courbes d ncende réel se dsnguen donc de la courbe normalsée. Cee dernère n a pas de réalé expérmenale, mas elle es néressane car elle rend possble la comparason enre dfférens maéraux e élémens de srucures pour la smulaon des évoluons de empéraures lors des essas de réssance au feu. 12

17 élévaon de empéraure en foncon du emps correspond à la courbe ISO 834 défne par l équaon c-dessous e représenée sur la fgure 2-4: θ g = θ log10 (8 + 1) (2-1) Où : emps en mnues θ g : empéraure normalsée en C θ 0 : empéraure nale en C θ g -θ 0 ( C) θ g -θ 0 = 345 log 10 (8+1) Temps (mn) mn θ g θ 0 C Fg. 2-4 Courbe d ncende sandard ISO834 a courbe correspond à un ncende complèemen développé, c es à dre l évoluon de la empéraure qu règne dans un local après embrasemen général. On rerouve d alleurs claremen ces deux phases qu se produsen lors d un ncende réel : la pérode d embrasemen généralsé, duran laquelle se produ une augmenaon rès rapde de la empéraure, les élémens y subssen un choc hermque (la empéraure y augmene jusqu à 800 C en mons de 30 mnues), suve de la pérode où l ncende es enèremen développé duran laquelle l augmenaon de empéraure es beaucoup mons rapde (la empéraure y augmene jusqu à 1200 C en 360 mnues). 2- Propagaon de l ncende A- es ros ypes de propagaon orsqu un feu a prs nassance par la réunon en mleu comburan (oxygène) d un combusble e d une source de chaleur, la combuson produ de la chaleur, des gaz e de la fumée, e le feu end à se propager. 13

18 a chaleur, souven consdérable dégagée par le foyer, peu communquer le feu à ou combusble qu se rouve à proxmé ; c es la propagaon par rayonnemen. Suffsammen chauffées par le foyer nal, les maéraux bons conduceurs de la chaleur comme le méal par exemple peuven à leur our échauffer suffsammen des maéraux combusbles même placés à dsance (exemple du uyau de chauffage propagean le feu de l aure côé du mur), c es la propagaon par conducon. es gaz éms lors d une combuson son chauds, ls enden à s élever ou à s éendre s ls renconren un obsacle horzonal. orsqu une empéraure vosne de 600 C es aene, ces gaz chauds qu se son répandus son à des nveaux supéreurs, so à d aures comparmens congus peuven, à leur our, s enflammer ou enflammer des maères combusbles ; c es la propagaon par convecon. Suvons à l ade d exemples le chemnemen du feu : - Parr d une pèce où se sue un bureau, le feu va se propager au rese de l mmeuble par rayonnemen, conducon e convecon. - Il se propage par le coulor : c es la propagaon horzonale, avan d envahr les éages supéreurs par les cages d escalers, ascenseurs ou ganes dverses ; c es la propagaon vercale. - a propagaon vercale peu se fare égalemen par l exéreure, so parce que les fenêres son ouveres, les vres brsées ou qu un mauvase concepon du bâmen due à la mse en place d élémens de façade en allèges sous dmensonnés en haueur, a pour effe de rop rapprocher les ouverures des dfférens nveaux de l mmeuble. a propagaon du feu peu se fare auss : - Par projecon s de maères combusbles enflammées après éboulemen, exploson, flammèches porées par le ven, éncelles, ec. - Par écoulemen accdenelle de lqude nflammable sur le sol ou par des canveaux, des égous, ec. - Par rupure accdenelle de canalsaon de lgne de gaz combusble. B- Moyens de prévenon conre la propagaon Des moyens propres à éver la propagaon d un feu doven êre ms en place lors de la consrucon ou de l aménagemen du bâmen. Ces moyens concernen : es communcaons horzonales : qu ls s agssen d éver la propagaon par les produs combusbles ou par les appels d ar, pour assurer un arrê au feu, l fau lu opposer des barrères. Ces barrères, ce son les moyens fxes (closons e murs coupefeu) e les moyens mobles (pores, rdeaux coupe-feu à fermeure auomaque ou manuelle). Conre la propagaon des feux lqudes, l sera prévu des bacs ou des cuvees de réenon, des fosses ou des pusards muns de dsposfs d éouffemen. 14

19 es communcaons vercales : Des moyens prs pour éver la propagaon vercale peuven consser en closonnemen des ganes e des passages des mon charges e convoyeurs, en closonnemen des cages d escalers. es exuores : Afn d éver l accumulaon des gaz chauds e l embrasemen général qu peu en résuler, on peu prévor en pare haue des locaux ou des cages d escalers, des orfces ou ouverures auomaques ou manuelles qu permeron l évacuaon des ces gaz. Ces exuores peuven acver localemen le foyer, mas ben employés, éven la propagaon, élmnen les fumées e permeen le sauveage e l nervenon dans de bonnes condons Objecfs de la sécuré ncende es normes de base ne défnssen que ros objecfs qu son : Prévenr la nassance, le développemen e la propagaon d un ncende Assurer la sécuré des personnes Facler l nervenon du servce d ncende Il fau lors de projes de plus grande envergure défnr d aures objecfs en relaon avec la sécuré des personnes, des bens, de l envronnemen e de l hérage culurel. Tous ces objecfs ne corresponden pas oujours à un bâmen, mas l faudra garder ceux qu s applquen au proje, dépendan de son usage, de sa localsaon e de son conenu. 1- es objecfs fondamenaux Nous allons éuder plus en déal les deux objecfs fondamenaux : a réducon des peres en ves humanes dans les ncendes de bâmens e dans leur vosnage a réducon des peres maérelles ou fnancères dans les ncendes de bâmens ou dans leur vosnage A- a réducon des peres en ves humanes a réducon des peres en ves humanes es souven l objecf le plus mporan à aendre. En effe, s les peres fnancères préoccupen plus les assurances e les chefs d enreprse, ou le monde s accorde à dre que la valeur la plus crucale es la ve d un homme. Ce objecf es néanmons dvsé en deux : a sécuré des occupans e bâmen do êre conçu pour qu en cas d ncende, un occupan pusse, so reser sur place e aendre du secours, so évacuer le bâmen en oue sécuré. Pour cela, l fau prendre en consdéraon la propagaon de l ncende dans le bâmen e la faclé d évacuaon. Il y a donc des exgences quan au comparmenage, la réssance au feu, les dsances e dmensons des chemns d évacuaon, mas auss la propagaon des fumées, leur oxcé e leur densé. De plus, les exgences parculères doven êre prses suvan les ypes d occupaons. es emps 15

20 d évacuaon de personnes à moblé rédue, d enfans ou de ls d hôpaux son en effe souven plus mporans pour la majoré de la populaon. a sécuré des servces d nervenon (servce d ncende) es servces d ncende son censés ader l évacuaon, secourr des personnes en dffculé, prévenr la propagaon nconrôlée de l ncende e enfn éendre le feu. Même s les sapeurs pompers son enraînés à prendre plus de rsque que les occupans du bâmen, un degré de proecon au feu do ouefos leur êre assuré pour qu l pusse mener à ben leur nervenon. Ic, la réssance au feu, non seulemen des élémens de séparaon, mas auss la srucure do êre assurée. a densé des fumées joue sur la vsblé des secourses e donc sur la bonne marche de leurs opéraons. B- a réducon des peres maérelles ou fnancères Même s la proecon des bens n es pas explcemen demandée dans les normes, beaucoup d enreprses e d assureurs aenden un degré mnmum de proecon de ceux-c. Dfférens groupes de proecon son denfables : Proecon de la srucure du bâmen e bu de la proecon de la srucure du bâmen es de lmer les dommages lés au feu, pour que le bâmen pusse êre réparé e/ou reconsru rapdemen e au mondre fras. déal sera que la srucure du bâmen enne ou au long de l ncende afn de facler la reconsrucon e de proéger les servces d nervenon ou d aures personnes à proxmé. Proecon du conenu Dans de nombreux cas, le conenu du bâmen a plus de valeur que le bâmen lu-même. On demandera alors une proecon plus accrue du conenu. a desrucon du conenu peu auss sgnfer la pere de données essenelles à une socéé, vore même l nerrupon de l exploaon de celle-c. Dans cerans cas, l ncende peu causer des dommages aux sysèmes essenels à une acvé socale normale comme par exemple un ncende dans un cenre de élécommuncaons. Non seulemen la chaleur provenan de l ncende, mas auss les dégagemens de fumées son à l orgne de dommages rréversbles dans le cas de produs élecronques de plus en plus présens dans nore socéé. En effe, s les compagnes de neoyage spécalsées peuven reméder aux dégâs produs par la fumée sur la plupar des objes, les produs élecronques, comme les ordnaeurs, son rrécupérables. A ces deux objecfs, on pourra encore rajouer celu de la proecon de l envronnemen qu demande une réducon du dégagemen des gaz, lqudes ou soldes oxques dans l amosphère. C es un objecf à ne pas néglger dans les consrucons de ceranes ndusres chmques ou aures. 16

21 C- es dangers de l ncende es objecfs de la prévenon ncende son ms en danger à cause des phénomènes suvans : Propagaon de fumées e gaz oxques dans le bâmen es fumées e gaz oxques peuven mgrer sur de longues dsances dans un bâmen (par exemple dans les faux plafonds) sans qu ls soen déecés. Poussés par les effes hermques e la venlaon forcée, ces fumées e gaz ressoren à un endro du bâmen, souven là où on les aend le mons. a fumée e les gaz oxques son rès nusbles à la proecon des ves humanes. Dan la plupar des accdens morels dus à un ncende, c es l noxcaon des occupans qu les a ués. De plus, cerans gaz oxques peuven êre nodores e ncolores, ce qu les rend ndéecables par les occupans. A coé de l noxcaon, les fumées rédusen la vsblé e renden dès lors l évacuaon du bâmen plus dffcle, vore mpossble s l occupan n es pas famlarsé avec les leux. a sauvegarde du conenu elle auss es mse en pérl à cause de fumées qu peuven engendrer des dégâs rréparables. Propagaon du feu en erme de ransfer de chaleur dans le bâmen e feu se propage au ravers du bâmen grâce à la dynamque d un feu, enflamman les objes à proxmé, mas auss grâce aux ransfers de chaleur au ravers d élémens de consrucon ou aux déformaons ou démolons des composans du bâmen. e feu va naurellemen présener un danger vs-à-vs des occupans, leur causan des brûlures plus ou mons graves dans le melleur des cas e vs-à-vs du bâmen e de son conenu. Il fau donc lmer la propagaon du feu pour permere l évacuaon des occupans e la sauvegarde de la srucure e des bens. a propagaon du feu hors du bâmen ne présene pas un grand danger pour le vosnage, mas perme au feu de se propager d un éage à l aure dans le même bâmen ou d un bâmen à l aure s ls son congus. a desrucon d élémens de srucure e feu, s l es assez pussan, peu provoquer la desrucon de cerans élémens de la srucure du bâmen. Ces runes srucurelles provennen de déformaons excessves dues à l élévaon de empéraure e de la réducon de réssance des élémens srucuraux exposés au feu. Même s ou le bâmen ne s écroule pas la rune de ces élémens es un danger pour les occupans e les servces d nervenon. En plus, elle cause des dégâs lourds au nveau du bâmen e de son conenu. effondremen de ou le bâmen es dangereux auss pour le vosnage par la dsperson du feu aux alenours. 17

22 2-2-4 Opons possbles pour aendre les objecfs Dressons une lse d acons possbles de la prévenon ncende pour les objecfs suvans : - Empêcher l écloson du feu - Facler l évacuaon - Ever le développemen e l exenson de l ncende - Ever l effondremen des srucures 1- Empêcher l écloson du feu - Chox des maéraux : es maéraux ulsés dans les bâmens devraen auan que possble êre nnflammables de manère à éver les rsques d écloson du feu. Il es ou à fa mpossble de concevor un bâmen complèemen nnflammable, de par ses maéraux de consrucon e son conenu qu es nconrôlable. C es la réacon au feu des élémens de consrucon e du mobler qu joue un rôle mporan pour sasfare ce objecf. En effe, la nassance e l exenson d un ncende à l néreur d un local peuven êre reardés en ulsan des maéraux peu ou pas favorables au développemen d un ncende. Ms à par la chaleur, les maéraux devraen produre un mnmum de fumées chaudes pouvan propager le feu à d aures locaux. De plus, le dégagemen de fumées e gaz oxques do reser lmé pour manenr la vsblé lors de l évacuaon ou de l nervenon des servces d ncende e rédure le rsque d asphyxe. - Geson e enreen des bâmens : es exploans on un rôle à jouer dans la réducon des rsques d écloson du feu. a propreé des locaux, l enreen des crcus élecrques, le conrôle pérodque des exnceurs, l ulsaon correce des pores coupe-feu ec son auan de mesures nécessares à rédure les rsques d ncende. Mas oues ces mesures peuven s avérer nules s on ne sa pas les ulser correcemen e au momen voulu. Une formaon e un enraînemen du personnel à la sécuré au feu doven êre prévus. 2- Facler l évacuaon - Moyens d évacuaon : e moyen le plus effcace pour rédure les accdens morels es la possblé pour les occupans de s échapper rapdemen des bâmens en feu. Dans ous les règlemens de consrucon naonaux fguren des dsposons concernan l évacuaon des personnes en oue sécuré. En plus des moyens de prévenon passve qu concernen surou le dmensonnemen des chemns d évacuaon e des exgences quan à la propagaon du feu dans ces chemns, l es mporan que les occupans du bâmen soen avers le plus ô possble de l ncende afn qu ls pussen procéder à l évacuaon pendan qu l en es encore emps. Pour cela, l fau auss prévor des mesures de prévenon acve comme l nsallaon des déeceurs de fumées e de chaleur e les alarmes d évacuaon. - Formaon e enraînemen : Des occupans ben enraînés à un rsque d ncende dans le bâmen qu ls occupen von êre beaucoup plus performans face au danger réel. Dans un envronnemen qu leur es famler, les gens von raverser des fumées avec une 18

23 vsblé de seulemen 3 à 5 m pour échapper à l ncende alors que les personnes qu ne connassen pas la dsposon des leux, n essayeron de s échapper que s la vsblé es d au mons 15 à 20 m. C es pour cela que les nérares d évacuaon claremen sgnalés e le conrôle des fumées son ou auss mporans que la formaon du personnel. 3- Ever le développemen e l exenson de l ncende - Sprnklers : es sprnklers ne serven pas seulemen à éendre l ncende e lmer l exenson du feu. Ils rédusen auss la fumée, augmenen ans la sécuré des personnes e dmnuen la empéraure, lman ans la desrucon du conenu, les dégâs aux srucures e les peres d exploaon. - Déecon de fumée e de chaleur : es alarmes d ncende permeen d averr précocemen les occupans d un bâmen e poren au maxmum la durée permean l évacuaon. De plus, ls permeen une nervenon rapde des servces d nervenon e rédusen donc foremen la probablé de propagaon du feu e des peres mporanes. - Murs moyens e façades : Pour éver l exenson du feu à des bâmens vosns ou congus, les règlemens prévoen des dsances mnmales d mplanaon par rappor aux bâmens vosns ou des exgences en erme de réssance au feu pour les façades e les murs moyens. - Comparmenage : a dvson à l néreur des bâmens par des écrans reenan le feu e la fumée es reconnue comme un des moyens les plus effcaces pour lmer les conséquences d un ncende. a noon du comparmenage fgure dans les documens naonaux. Ces obsacles vercaux ou horzonaux, en empêchan ou en ralenssan l exenson de l ncende va permere de lmer le plus possble le volume des zones présenan des rsques parculers pour les personnes e les bens. - Venlaon : Evacuer fumées e chaleur dans l amosphère es préférable pluô que de les reenr dans le bâmen où elles peuven mere les occupans en danger e enraver l acon des pompers. e désenfumage, s l es ben conçu, rend pracable les locaux en conac avec le feu e empêche la propagaon du feu hors du volume snsré. Une bonne venlaon manen une vsblé suffsane, dmnue la eneur en gaz oxques, conserve un aux d oxygène accepable e évacue la chaleur produe par le foyer. 4- Ever l effondremen des srucures - Proecon passve : Dans la plupar des bâmens, l solaon de la srucure pour éver l effondremen es le moyen le mons effcace pour rédure les peres en ves humanes ou les peres fnancères. S dans un comparmen en flammes la empéraure aen un nveau el que la srucure rsque de s effondrer, les peres en ves humanes e les peres du conenu se seron déjà produes. Cee proecon passve des srucures ne conven que pour les bâmens élevés où l effondremen de la srucure peu mere en danger des bâmens vosns. - Concepon de la srucure : es srucures poreuses des bâmens peuven aendre des nveaux de réssance au feu mporans sans proecon passve. 19

24 a concepon, le dmensonnemen, les assemblages, les déals consrucfs, ec peuven agr sur la réssance au feu de ces élémens. D alleurs aujourd hu, la réssance au feu des élémens de srucure peu êre calculée à parr des Eurocodes spécfques à chaque maérau (béon, acer, mxe acer-béon ). - Ingénere du feu : Des méhodes quanaves d évaluaon des empéraures qu seron aenes dans des ncendes naurels son manenan au pon. Ces echnques permeen de déermner des exgences de réssance au feu plus précses que par les méhodes radonnelles basées sur l ncende normalsé. Cela perme en parculer au concepeur de déermner avec une plus grande précson l épasseur de proecon passve requse lorsqu elle es nécessare pour assurer la sablé de la consrucon Prévenon acve e prévenon passve Nous venons de vor les dfférens moyens possbles pour aendre les objecfs fondamenaux de la sécuré ncende. Parm ces moyens nous pouvons fare la dfférence enre deux grandes caégores de la prévenon conre l ncende : 1- Prévenon acve conre l ncende es echnques acves permeen la déecon d une nflammaon prmare e le déclenchemen d une réponse par la mse en acon d un dsposf manuel ou auomaque. a plus répandue es celle de l exncon auomaque à eau. Il s ag des sprnklers. orsque ce ype d nsallaon n es pas souhaable, on peu ulser des subsances qu éegnen le feu par acon chmque comme le gaz carbonque, qu éouffe le foyer d ncende en dmnuan la proporon d oxygène. Pour déclencher ces sysèmes d exncons, des déeceurs de chaleur e de fumées son nsallés. es apparels d annonce d ncende, les moyens d exncon des ncendes comme les exnceurs, les dévdors muraux, ec son auan de dsposfs de la prévenon acve qu nécessen une nervenon humane. 2- Prévenon passve conre l ncende es echnques passves ulsen des mesures de proecon ncende ncorporées ; elles ne nécessen pas de déclenchemen comme par exemple le comparmenage des bâmens qu consue un mporan moyen de proecon ncende. es revêemens proeceurs, les produs gnfuges, les concepons des façades ne permeen pas le passage des flammes, l nnflammablé des maéraux e le chox de l emplacemen des maères nflammables dans des locaux prévus pour son auan de moyens enran dans la classe de la prévenon passve Réacon e réssance au feu a réacon au feu des maéraux de consrucon e la réssance au feu des élémens de consrucon son des propréés complèemen dfférenes e nervennen d alleurs dans des phases dfférenes du déroulemen de l ncende. 20

25 1- a réacon au feu des maéraux de consrucon a réacon au feu es l ensemble des propréés d un maérau de consrucon consdérées en relaon avec la nassance e le développemen d un ncende. es maéraux peuven êre qualfés d nflammables (.e endance d un maérau à dégager des gaz suscepbles de produre des flammes), de non-combusbles ou combusbles (.e endance d un maérau à ransmere la chaleur en foncon de l échauffemen). a réacon au feu pore sur un maérau qu compose un élémen de consrucon. Elle nerven dans les phases de nassance ou de propagaon du feu lors d un ncende. 2- a réssance au feu des élémens de consrucon a réssance au feu des élémens de consrucon es le emps pendan lequel un élémen de consrucon sasfa smulanémen aux 3 crères suvans : - Sablé : emps pendan lequel l élémen conserve sa foncon porane (pour les élémens à foncon porane comme les poures, colonnes, dalles ). - Eanchéé aux flammes : emps pendan lequel l n y a pas de flammes qu passen du coé de la paro non exposée (pour les élémens à foncon séparane comme les murs de closon par exemple). - Isolaon hermque : emps pendan lequel la empéraure n augmene pas au dessus d un ceran seul hermque du coé non exposée. a réssance au feu nerven dans la foncon de séparaon des élémens de consrucon e es desnée à éver la propagaon du feu au-delà du local ou groupe de locaux où le feu s es déclaré. Elle nerven égalemen dans la foncon de capacé porane qu assure une sablé du bâmen pendan une pérode déermnée. a réssance au feu des élémens de consrucon nerven pendan la phase quas saonnare de l ncende où le feu es complèemen développé. 3- Réacon au feu versus réssance au feu a réacon au feu joue un rôle lors de la nassance de l ncende. a réssance au feu joue un rôle après l embrasemen général. Aucune des deux noons ne peu êre néglgée lors de la prévenon. es prescrpons pour les bâmens comprennen des exgences pour les deux noons. Seulemen l effcacé en erme de ces exgences es dfférene. En effe, les mesures prses à l égard de la réacon au feu (revêemen des murs, sols, planchers, ec ) ennen plus du parachèvemen du bâmen e peuven donc êre rès faclemen remplacées ou modfées par les occupans sans qu un conrôle so effecué par les servces d ncendes. Par conre, les élémens réssans au feu son beaucoup plus dffcles à changer sans passer par des modfcaons srucurelles ou d exploaon, demandan un nouveau perms de bâr e donc un nouveau conrôle par les servces ncende. On peu donc conclure que la réssance au feu des élémens de consrucon offre plus de sécuré conre l ncende grâce à son caracère plus permanen. es mesures de réacon au feu des maéraux son ou auss mporanes mas ne garanssen aucune longévé. a prévenon ncende se basera donc essenellemen sur la noon de réssance au feu. 21

26 2-3 Bases de la dynamque du feu Bases du phénomène de la combuson ncende es la manfesaon du processus chmque de combuson e se produ essenellemen en phase gazeuse. a combuson es une réacon exohermque où de l énerge es lbérée. a flamme es la régon lumneuse à l néreur de laquelle l oxydaon a leu elle que monrée sur la fgure 2-5. Fg.2-5 Idéalsaon de la combuson [11] - les combusbles en phase lqude e solde doven se volalser avan la combuson, ce qu requer de l énerge. - pour la plupar des combusbles lqudes, l s ag smplemen d une évaporaon. - la plupar des combusbles soldes doven êre décomposés chmquemen : ls subssen la pyrolyse à l excepon de quelques rares soldes qu subssen le phénomène de sublmaon. e processus es complexe e demande une grande quané d énerge (empéraures de surface du combusble élevées) a combuson e ses effes 1- la chme du feu a combuson es due à la réacon de 2 corps à savor un combusble e un oxydan nommé comburan. Cee réacon ne peu avor leu qu à parr d une empéraure ben défne varan d un corps à l aure. En résumé, le feu es une réacon d oxydaon rapde e exohermque qu peu s écrre de manère ou à fa générale : Combusble + Comburan produs de combuson + Q où Q es la quané de chaleur produe par la réacon mean en œuvre les ros élémens du rangle du feu (fg.2-2) qu son ndspensables à son écloson e à sa connué à savor le 22

27 combusble, le comburan e la source de chaleur. Chacun des 3 élémens es donc ndspensable pour que se déclare un feu ; nversemen s l on peu supprmer un d enre eux le rsque dsparaî. - Combusble : C es le produ qu va subr l oxydaon. Tous les corps suscepbles de s unr avec l oxygène son ds combusbles. De nombreux corps on cee propréé mas ous ne brûlen pas auss faclemen e auss ve les uns par rappor aux aures. Cela en à leur srucure e à leur éa de dvson. Ans, une bûche de bos sera plus dffcle à enflammer e brûlera mons ve que la même masse de copeaux de bos qu elle brûlera rès rapdemen en dégagean une fore chaleur. Généralemen, une combuson es accompagnée d un changemen d éa pour les soldes e les lqudes. Des maéraux combusbles exsen dans presque ous les bâmens. - Comburan : En praque, l n exse qu un seul comburan : c es l oxygène. Mas ce oxygène peu se rouver so à l éa pur, sor en mélange avec d aures gaz, so provenr de la décomposon de cerans corps. Dans la plus grande pare des cas que nous renconrons dans la ve courane, l oxygène qu almene la combuson se rouve dans l ar en mélange avec l azoe e d aures gaz rares. ar conen 21% d oxygène e 78% d azoe. Il s ag d une composon moyenne. S la eneur en oxygène es nféreure à 15 %, l ar ne peu plus êre consdéré comme comburan. - Source de chaleur- Energe d acvaon : Ans que le rappelle le rangle du feu, la seule présence d un combusble e d un comburan n es pas suffsane pour provoquer le phénomène de la combuson. Un appor d énerge calorfque de énerge d acvaon es nécessare pour démarrer ce phénomène, qu s enreendra de lu-même par la sue, en rason de la quané de chaleur (rès supéreure à l énerge d acvaon nécessare) que dégage cee réacon exohermque. e combusble e le comburan éan naurellemen présens dans les bâmens, c es donc la présence d une source de chaleur qu es la cause même de la nassance d un ncende. 2- es effes de la combuson Un des effes de la combuson es évdemmen le dégagemen de chaleur e rop souven on se conene de crandre les flammes. Or, deux aures conséquences d un ncende ne son pas à néglger : les gaz de combuson e les fumées. - Quané de chaleur : Il es évden que la quané de chaleur dégagée lors d un ncende es un danger non néglgeable. Elle peu causer des brûlures aux occupans du bâmen, vore enraîner leur mor. es dégâs maérels du conenu ou de la srucure provennen eux auss des conséquences de la chaleur d un ncende. Pour déermner la quané de chaleur dégagée lors d un ncende, on défn les deux ermes suvans : Pouvor calorfque : le pouvor calorfque d un combusble es la quané de chaleur dégagée par la combuson complèe de 1 kg de ce combusble. Poenel calorfque ou charge d ncende : le poenel calorfque es déermné par la quané de maère combusble par uné de surface e par le pouvor calorfque de ce combusble. Il s exprme en kcal/m 2 ou kj/ m 2. Par convenon, on ramène cee mesure à la chaleur dégagée par 1 kg de bos pour obenr la charge d ncende en kg de bos /m 2. 23

28 NB : on pourra penser que le poenel calorfque reflèe l analyse d un rsque d ncende. En fa, l n en n es ren, car l fau auss enr compe du emps que me le combusble à brûler, des effes de venlaon, le rsque d nflammablé,ec D auan plus qu l es quas mpossble d esmer la charge d ncende dans un bâmen, surou quand celu-c peu au cours de sa ve changer d affecaon e donc de conenu. - es gaz de combuson : la réacon chmque de la combuson me en combnason deux corps, à savor un combusble e l oxygène. Ces combnasons formen des gaz. es plus connus son les combnasons du carbone avec l oxygène de l ar qu donne le doxyde de carbone ou l oxyde de carbone suvan les deux équaons sœchomérques: C + O 2 CO 2 2C + O 2 2CO e premer n es pas oxque car l n engendre pas de réacons rréversbles dans l organsme. Seulemen, l es plus lourd que l ar e saonne donc dans les pares basses des locaux ncendés. ors d un ncende, on a endance à ramper par erre pour éver les fumées e on rsque une asphyxe au CO 2. e CO quan à lu es rès oxque ; à 0.3% dans l ar l es morel. Il s ag donc d un gaz rès dangereux e le resprer à souven des conséquences faales. A coé des concenraons élevées des gaz de combuson lors d un ncende, noons qu l y a auss une dmnuon de la eneur en oxygène dans l ar rès rapde. En effe, plus la quané en oxydes de carbone es élevée, plus l oxygène s es lé avec le carbone lors de la réacon de combuson e plus la quané en oxygène dans l ar es fable. Quelques mnues suffsen dans le cas d un feu mal venlé pour rédure la concenraon en oxygène à mons de 10 %, enraînan les vcmes dans un éa de syncope, snon à la mor (O 2 6 %). - es fumées : les fumées son consuées par les ros éas de la maère : éa solde (parcules de soldes mbrûlées, rche en carbone) éa lqude (aérosols e condensaons dvers, vapeurs d eau ) éa gazeux (gaz de combuson, hydrocarbures ) Elles présenen donc ous les dangers des gaz de combuson, mas en plus elles son opaques à cause des parcules don elles son chargées. opacé rend l évacuaon e l nervenon des servces d ncende dffcles. En plus, leur empéraure es souven rès élevée. Elles peuven donc êre à l orgne de la propagaon de l ncende par ransmsson de la chaleur à dsance. Pour dmnuer ces rsques, on cherche à évacuer les fumées so de façon naurelle, so de façon arfcelle. C es le bu du désenfumage qu joue un rôle rès mporan dans les consrucons acuelles. 24

29 3- Equaon sœchomérque des fuels : Dans la plupar des cas, le fuel es un hydrocarbure. ors d une combuson complèe, les prncpaux produs de la combuson son CO 2 e H 2 O. On consdère la combuson sœchomérque du méhane CH 4, pour laquelle l ar amban sec es caracérsé par (O N 2 ). On a : CH O 2 CO H 2 O équaon de combuson sœchomérque généralsée pour les hydrocarbures peu êre écre comme su : b 4 c 2 C a H b O c + ( a + ) O 2 a CO 2 + H O Dans la plupar des ncendes de comparmen, e spécalemen dans les ncendes à consdérer dans le cas des srucures, l n y a, peu de emps après le développemen de l ncende, pas suffsammen d oxygène dsponble dans le comparmen pour permere à la combuson d êre complèe. e manque d oxygène condu à la producon de CO au leu de CO 2. b Mécansme de développemen d un ncende * Panache de fumée es gaz chauds dans la flamme son enourés des gaz plus frods dans le comparmen. a masse la plus chaude, mons dense s élève alors par sue de la urbulence. Ce flux urbulen, ncluan la zone de la flamme, s appelle panache de fumée (plume). orsque l ar chaud s élève, l enraîne l ar frod laéralemen par dffuson. Cec augmene la masse du panache, dmnue la empéraure e dlue les concenraons. * Je (couran) sous plafond- Celng je orsque le panache s élève, l heure le plafond. A ce momen, l s éale de manère radale, crculare, en un je (couran) mu par la quané de mouvemen comme schémasé sur la fgure 2-6. Il connue le long du plafond en enraînan de l ar jusqu au momen où so l heure la paro e connue son chemn vers le bas, so l perd sa urbulence e sa quané de mouvemen sue au refrodssemen du à l ar enraîné. e Celng je es un phénomène mporan. C es lu qu es à la base de l acvaon des déeceurs convenonnels de fumée e de chaleur e des sysèmes de sprnklage. 25

30 Fg. 2-6 Représenaon schémaque d un feu de comparmen monran les ransfers de masse e de chaleur [11] * Noon de couches supéreure e nféreure En général, le local conen deux couches de gaz dsnces [12]. a couche supéreure, chaude es composée des produs de la combuson e de l ar enrané. es propréés des couches changen avec le emps, mas elles son supposées consanes sur l épasseur d une couche à chaque nervalle de emps, avec une nerface dsnc enre les deux. es panaches connuen à enraîner de l ar e à ransporer de la masse jusqu à la couche supéreure. Il en résule que la couche supéreure cro en volume e, au fl du emps, se rapproche du plancher. hypohèse de couches (ou zones) es à la base des modèles de zone. Fg.2-7 déalsaon des couches supéreure e nféreure avec profls de empéraure [12] * Embrasemen généralsé ( Flashover ) orsque la couche supéreure descend elle es refrode par l ar enraîné. Elle es auss chauffée à un aux plus rapde à parr des produs de la combuson où des parcules de sue (brases) ransmeen de la chaleur par rayonnemen vers les surfaces du comparmen, le combusble non brûlé e le feu lu-même ; ce qu accroî la vesse de combuson. 26

31 Il peu exser, au cours du développemen de l ncende, un momen où le rayonnemen de la couche supéreure es suffsammen nense pour provoquer l gnon de ou élémen combusble dans le comparmen. Ce phénomène s appelle Flashover ou embrasemen généralsé. Il correspond généralemen à une empéraure moyenne de la couche supéreure de C. * Incende pos-flashover Au momen de l embrasemen généralsé, on consae un accrossemen rès rapde du dégagemen de chaleur e des empéraures dans le comparmen. On abou alors à un ncende pos-flashover, dans lequel les couches se mélangen. ncende pos-flashover es auss appelé de plene nensé. Un ncende de plene nensé peu connuer à se développer pendan pluseurs heures, en foncon de la quané de maéraux combusbles, e, surou, de l ar (oxygène) dsponble pour la combuson. * Eapes du développemen d un ncende Il y a en prncpe cnq éapes dans le développemen d un ncende comme ndqué dans la fgure 2-8: gnon développemen (propagaon) Flashover ou embrasemen généralsé plene nensé décrossance (exncon) Noons que ous les ncendes ne passen pas par ces dfférenes phases ; cerans ne se développen pas jusqu au Flashover, par manque d oxygène ou de combusble. Dans la phase de développemen, l ncende es d conrôlé par le combusble, car on peu supposer qu l y a suffsammen d oxygène dsponble pour la combuson. ors du flashover e lorsque l ncende se développe avec sa plene nensé, l deven conrôlé par la venlaon, car l n y a généralemen pas suffsammen d oxygène pour brûler ou le combusble dsponble. Des fumées rches en combusble quen alors le comparmen e s enflammen à nouveau lorsqu elles son mélangées à l oxygène à l exéreur du local. Ce phénomène produ des flammes s échappan par les fenêres e les pores. ors de la phase d exncon ou de refrodssemen caracérsée par la courbe descendane, l ncende redeven conrôlé par le combusble. 27

32 empéraure (θ) Fully engulfed fre 1100 C conrôlé par le combusble conrôlé par la venlaon conrôlé par le combusble Développemen (gnon e propagaon) Flashover (embrasemen généralsé) Combuson acve Décrossance (exncon) emps () Fg. 2-8 Relaon empéraure-emps dans un ncende naurel convenonnel 2-4 Prncpaux faceurs nfluençan l évoluon des empéraures dans un local es prncpaux faceurs qu nfluencen l évoluon des empéraures dans un local ncendé caracérsan la sévéré de l ncende résulen de la charge d ncende, de la venlaon, de la naure de paros e de l neracon enre ces paramères Charge ncende a charge ncende ou charge calorfque es en relaon avec la pussance desrucrce d un ncende évenuel e représene par défnon l énerge calorfque lbérée lors de la combuson complèe de la charge consuée par les maéraux combusbles, y comprs ceux consuan les élémens de consrucon, conenus dans le local consdéré, e rapporée à l uné de surface de plancher. Elle s exprme (en kj/m_) de la manère suvane : B G PC = (2-2a) S où : S = surface du plancher du local (en m²) G = masse du maérau (en kg) P c = poenel calorfque du maérau (en kj/kg) * Charge ncende exprmée en kg bos/m² : Pour des rasons hsorques, la charge ncende es parfos encore remplacée par une charge équvalene de bos exprmée en kg bos/m², c es-à-dre par une masse de bos, qu dégagera la même quané d énerge, dans des condons normalsées, que la masse des maéraux combusbles. 28

33 Elle s exprme comme su : B, bos G Pc = (2-2b) S. P cr P cr = poenel calorfque du maérau bos de référence (= 1600 kj/kg) * Charge ncende effecve : En réalé, la valeur de la charge ncende do êre affecée d un coeffcen d ulsaon qu en compe du fa que la majoré des maéraux ne se consumen pas enèremen e ne lbèren donc pas la oalé de l énerge qu ls conennen. Elle do auss enr compe : de la réparon de ces maéraux dans le local de l mporance de leur surface par rappor à leur masse de leur aéraon Elle s exprme comme su : B w = K.B (2-2c) où K vare enre 0.5 e 0.9, e es souven vosn de 0.6. * Charge ncende ndusrelle : Elle s exprme comme su : B K G Pc = (2-2d) S. h où : h = haueur du local en m B es donc l énerge calorfque lbérée par uné de volume e s exprme donc en kj/m 3. Pour la charge ncende ndusrelle, on fa souven la dsncon suvane : B bamen : charge arbuée au bâmen lu-même (maéraux de consrucon) B producon : charge ncende arbuée au processus de producon ndusrelle e danger ncende ne peu pas êre apprécé unquemen à parr de la charge ncende héorque. es maéraux combusbles dffèren enre eux par la faclé avec laquelle ls s enflammen e par la vesse à laquelle ls brûlen. a premère caracérsque nfluence la fréquence avec laquelle les ncendes apparassen e la deuxème déermne la sévéré de l ncende. orsque les aures paramères resen consans, la durée d ncende es à peu près proporonnelle à la charge ncende. NB : Une augmenaon de la charge ncende donne normalemen leu à un accrossemen de la durée de l ncende, mas nfluence beaucoup mons la valeur maxmum de la empéraure moyenne dans le local. a lason enre la charge ncende e la sévéré d un ncende es rès mporane à la lumère des exgences qu doven êre fxées pour les élémens de consrucon. Il y a cependan d aures faceurs qu nfluencen foremen la sévéré d un ncende. 29

34 2-4-2 Venlaon a venlaon es un des élémens les plus mporans qu nfluence foremen le développemen d un ncende. expérence monre que le déb de venlaon D (en kg d ar/s) es donné: Av D = C e. h (2-3) A où A v : la surface des fenêres en m 2 A : la surface oale des paros du local ou du comparmen en m 2 h la haueur des fenêres en m. Av e erme h s appelle faceur de venlaon e es exprmé en m 1/2. a formule es basée A sur dverses hypohèses. Pluseurs ypes d ncende peuven apparaîre en foncon de la lason venlaoncharge ncende. On dsngue essenellemen deux régmes de combuson. Pour une charge ncende mporane e une venlaon lmée, l ncende es conrôlé ou condonné par la venlaon. Dans ce cas, une augmenaon de la venlaon provoque une élévaon de la empéraure dans le comparmen, une augmenaon de la vesse de combuson e une dmnuon de la durée d ncende. Pour une charge ncende fable e une venlaon mporane, l ncende es conrôlé ou condonné par le combusble, e plus parculèremen par ses caracérsques de surface. Dans ce cas, une augmenaon de la venlaon provoque une basse de la empéraure, mas n nfluence que fablemen la vesse de combuson e la durée d ncende. es empéraures les plus élevées son observées dans la zone de ranson enre les deux régmes précédens,.e. aux alenours du rappor sœchomérque. Pour les aures cas (ype 1 ou 2), les empéraures aenes dans le local ncendé son mons élevées. a pare de l énerge oale lbérée, qu es dsponble pour l échauffemen des élémens de consrucon, es foremen nfluencée par le faceur de venlaon. On peu envsager deux cas exrêmes : on consdère un comparmen de grande alle avec une producon d énerge assez fable. On oben une combuson complèe à l néreur du comparmen. a producon oale d énerge es dsponble pour l échauffemen des élémens de consrucon. es empéraures resen cependan assez basses, vu la fable producon d énerge. on consdère un comparmen de pee alle avec une venlaon assez mporane. Une pare mporane de la combuson a leu à l exéreur des fenêres e la chaleur produe s évacue vers l exéreur. Une fable pare de l énerge produe es dsponble pour l échauffemen des élémens de consrucon. 30

35 Noons par alleurs que des dsposfs spécfques ou exuores pour l évacuaon des fumées son nécessares (fg. 2-9). eur acvaon se fa généralemen d une manère auomaque par des déeceurs. On favorse ans l appor en ar, ce qu a endance à renforcer l ncende, mas ces dsposfs on néanmons un effe bénéfque pour les rasons suvanes : Ils permeen aux pompers d nervenr plus rapdemen grâce à une melleure vsblé ; Ils empêchen les fumées de s éendre, ce qu enraîne mons de rsques oxques pour les personnes présenes e mons de dommages. Fg. 2-9 Effe chemnée dans un bâmen élevée avec cage d escaler Caracérsques hermques des paros es caracérsques nfluencen le développemen de l ncende, mas dans une mondre mesure que la charge ncende e la venlaon. a chaleur qu es produe au débu de l ncende es en pare ransporée vers l exéreur par la venlaon e en pare absorbée par les planchers, les paros e le plafond. a empéraure dans le local es déermnée par le blan hermque enre producon e ranspor de chaleur. e paramère déermnan es λ.ρ.c, généralemen appelé perméance hermque, où : - λ : la conducvé hermque (W/m.K) - ρ : la masse volumque (kg/m 3 ) - c : la chaleur massque (J/kg.K) On peu moner que la quané d énerge qu s écoule vers les paros s accroî lorsque λ.ρ.c augmene. Il es auss possble de monrer que le emps après lequel un accrossemen déermné de empéraure es aen, décroî lorsque λ.ρ.c dmnue. Pour les paros e les murs 31

36 solans (λ pe,.ρ pe), cec sgnfe que les empéraures de surface dans le comparmen s élèven plus rapdemen, e que mons de chaleur s écoule vers les paros. 2-5 Acons hermques- Modèles de représenaon de l ncende selon l Eurocode 1 Il y a pluseurs façons de modélser l ncende à l néreur d un bâmen. es modèles ulsés plus courammen son revus c-après, dans un ordre de complexé, so : Courbes normalsées Modèle de emps équvalen Courbes paramérques Modèles de zone Modèles CFD Courbes normalsées a façon la plus smple de représener un ncende es d ulser une courbe nomnale ou sandard, so une relaon donnan l évoluon en foncon du emps de la empéraure des gaz produs dans le comparmen soums à l acon du feu. Hsorquemen, elles on éé développées pour eser expérmenalemen les élémens de consrucon, en vue d en éablr un classemen. Il éa en effe hauemen souhaable que les élémens esés dans dfférens fours soen soums à la même acon hermque. Pour ce qu es de la modélsaon d un ncende dans un bâmen, ces courbes fournssen une représenaon assez pauvre de la réalé. Cependan, pour des rasons hsorques, elles connuen à êre, e de lon, la représenaon la plus souven ulsée dans les applcaons praques. En plus de la courbe normalsée ISO834 correspondan à un scénaro de feu convenonnel complèemen développé, défn par l équaon logarhmque (2-1), l Eurocode 1 donne deux aures scénaros de feu normalsés suvan qu son auss fréquemmen employés dans la praque : Courbe de feu exéreur : elle es défn par l équaon : θ = ( e 0.313e ) (2-4) g Ce scénaro s applque pour les murs ou élémens exéreurs coupe-feu.e ayan une foncon séparave où l conven de prendre en compe l exposon au feu de l néreur so à parr du comparmen en feu correspondan ou de l exéreur so à parr d aures comparmen en feu adjacens. Soulgnons que ce scénaro de feu ne do pas êre ulsé pour les srucures en acer vu qu l exse un modèle spécfque pour ce genre de srucure [12]. Nous pouvons auss noer par alleurs que les empéraures son plafonnées à C c es-à-dre son neemen nféreures comparavemen aux empéraures données par la courbe normalsée. Courbe de feu hydrocarbure : elle es défn par l équaon : θ = ( e 0.675e ) (2-5) g 32

37 es empéraures son c plafonnées à C e qu elles augmenen, noammen duran les premers nsans de chauffage, plus rapdemen en comparason à celles ssues de la courbe normalsée ISO834. Ce scénaro es ulsé pour représener les effes de feu engendrés par les hydrocarbures dans les srucures par exemple servan de sockage des produs pérolers e dérvés qu renden les ncendes exrêmemen sévères. Noons que dans chacune des deux équaons précédenes, θ g es la empéraure, en C, des gaz dans le comparmen ou au vosnage de l élémen consdéré ; éan le emps d exposon au feu en mnues. Ces courbes nomnales son représenées à la fgure 2-10 e elles on oues les caracérsques suvanes : - la empéraure es unforme dans le comparmen ; - le seul paramère don elle dépend es le emps ; - l n y a pas de refrodssemen.e de branche descendane Temperaure ( C) ISO 834 Exeror fre hydrocarbon fre Tme (mn) Fg Représenaon des ros courbes nomnales spécfées dans l Eurocode 1 33

38 Remarque : à la fgure 2-11, nous llusrons la courbe empéraure emps adopée par la normalsaon nord amércane de ASTM E119 [13] en comparason à la courbe normalsée ISO834 [03]. Il es possble de remarquer que les résulas son quasmen smlares à l nsar d aures normes exsanes elles que Brsh sandard BS476 Pars [14], Canadan sandard CAN UC-S [15] e Ausralan sandard AS1530 Par 4 [16]. a courbe ASTM E119 es défn en des pons dscres comme ndqués dans le ableau 2-1 avec les empéraures ISO834 correspondanes. Pluseurs équaons approxmaves de ASTM E119 son auss proposées par e [17] don la plus smple relan la empéraure T ( C ) au emps (heure) es donnée par l équaon suvane : T ( ) [ 1 e ] h h 0 = 750 T (2-6) Temperaure ( C) ISO 834 ASTM E Tme (mn) Fg.2-11 Comparason des courbes ISO834 e ASTME119 34

39 Tableau 2-1 Tempéraures des courbes ISO834 e ASTM E119 ASTM E119 Tempéraure ( C ) ISO834 Tempéraure ( C ) Modèles de emps équvalen annexe F de l eurocode 1 conen une méhode donnan un emps équvalen d exposon au feu qu ramène l ulsaeur à la courbe sandard empéraure-emps. Elle es basée sur ros paramères représenan ros quanés physques à savor la densé de charge calorfque, le nombre e le ype d ouverure e les propréés hermques des paros du comparmen. Une équaon assez smple, en foncon de ces ros paramères, donne la durée d une exposon au feu sandard qu aura le même effe sur la srucure qu un ncende réel se produsan dans des condons approprées (fg. 2-12).Cependan, les modèles de emps équvalens son aujourd hu consdérés quelque peu dépassées [12] vu qu l l exse d aures plus raffnées exposés c-après permean de meux représener les condons de sévéré d un ncende réel. Fg Equvalence enre un ncende normalsé e un ncende réel [18] 35

40 2-5-3 Courbes paramérques Menonnons que les premères recherches effecuées dans ce domane on éé prncpalemen menées, en Suède, par les chercheurs Peerson, Magnusson e hor. es ravaux formen la base du rappor de l nsu Suédos de l acer e de la consrucon [19]. 1- Formulaon de base e raemen héorque es basé sur une relaon, qu à chaque nsan, donne le blan enre l'énerge calorfque produe e consommée par uné de emps dans le local ncendé. Cee équaon de blan calorfque s écr : h c = h + hw + h R + h B (2-7a) Où h c : aux de quané de chaleur lbérée par la combuson h W : aux de quané de chaleur dsspée par convecon sue au remplacemen des gaz chauds par de l ar frod h : aux de quané de chaleur dsspée dans les paros, le plafond e les planchers h R : aux de quané de chaleur dsspée par radaon à ravers les ouverures du comparmen h B : aux de quané de chaleur accumulée dans le volume de gaz du comparmen par uné de emps ; erme généralemen néglgé. es dfférens ermes de cee équaon, défns c-après, son llusrés schémaquemen sur la fgure 2-13 e le calcul es basé sur les hypohèses smplfcarces suvanes : - a combuson es complèe e a leu exclusvemen à l néreur du local ncendé ; - a empéraure es unformémen dsrbuée dans ou le comparmen; - Pour chacune des surfaces consdérées, le coeffcen de ransmsson calorfque es dsrbué unformémen ; le coeffcen es défn par b = λρc où λ es la conducvé hermque, ρ es la densé du maérau e c es la chaleur spécfque. - e flux de chaleur à ravers les paros es undreconnel ; - e feu es allumé nsananémen. 36

41 Fg Termes de l équaon de l équlbre hermque dans un comparmen en feu. aux de quané de chaleur lbérée par la combuson ( h c ) e feu es supposé conrôlé par le combusble (fuel conroled l y a suffsammen d oxygène dsponble pour la combuson) c es-à-dre le aux de quané de chaleur lbérée sera proporonnelle au faceur de venlaon, so : h c = 0.09Av h H c (2-7b) où H c es la chaleur de combuson du bos (= 18.8 MJ/kg). Au ableau 2-2, nous llusrons à re ndcaf les valeurs calorfques pour les maéraux usuels renconrés dans la praque. aux de quané de chaleur dsspée par radaon ( h R ) Ce erme es déermne par la formule suvane en ulsan la lo de Sefan- Bolzman qu suppose néglgeable les empéraures exéreures comparavemen à celles des gaz produs à l néreur du comparmen : h R = A v ε f σθ 4 g (2-7c) où θ g es la empéraure des gaz, σ es la consane de Sefan- Bolzman e ε f es l émssvé des gaz. aux de quané de chaleur dsspée par convecon ( h ) = h m F c θ θ ) (2-7d) P ( g 0 où m F es le aux du flux soran des gaz, c P es la chaleur spécfque des gaz e θ 0 es la empéraure du mleu amban exéreur. aux de quané de chaleur dsspée dans les paros, le plafond e les planchers ( h w ) 37

42 Ce erme es dépendan des empéraures (θ ) des gaz e de la surface nerne du comparmen, de la conducvé hermque effecve (λ ) e du coeffcen de ransfer hermque (convecon e rayonnemen) des paros. Il es donné par la relaon : ( A W = h A V )( θ θ ) g 1 x + α 2λ (2-7e) où x représene l épasseur de la couche ulsée afn de résoudre l équaon de l équlbre hermque (2-7a). a résoluon de l équaon de l équlbre hermque (2-7a) perme de racer des courbes en erme de l évoluon en foncon du emps des empéraures des gaz (θ g ) du comparmen. A la fgure 2-14, on monre quelques exemples de courbes empéraureemps obenues pour dfférenes valeurs de la charge d ncende q e du faceur de Av venlaon h. A Fg Exemple de calcul des courbes empéraure-emps des gaz de combuson [20] 38

43 Tableau 2-2 valeurs calorfques de cerans maéraux combusbles usuels Maéraux Valeurs de la charge calorfque (MJ/kg) acéylène 48.2 alcool cellulose charbon gasol gran (de céréale) hydrogène méhane 50 paper polyéhylène pvc bos lane pneu en caouchouc paraffne celluloïd Approches par les équaons paramérques un des désavanages de la formulaon de base de Peerson, Magnusson e hor rapporée par Purks [17] résde dans la présenaon des résulas sous forme abulare ou graphque. Elle s avère en fa peu complquée dans des mplémenaons numérques par élémens fns afn de calculer la réponse hermque des élémens srucuraux. Dans le bu de paler à cee dffculé, pluseurs approches basées sur des équaons emprques on éé développées. Nous allons revor e analyser c-après respecvemen les prncpales approches référencées à savor respecvemen de e, l EN e de Feasey [21]. A- Approche de e [17] a procédure consse de défnr une courbe empéraure-emps ayan une forme non lnéare jusqu à la empéraure maxmale suve d une branche descendane lnéare qu caracérse la phase de refrodssemen. es paramères nécessares son le faceur d ouverure Av noé O (= h ), la densé de charge calorfque équvalene en kg bos e par uné de A surface du comparmen f,k (kg/m 2 ) e la durée d exposon au feu, d (en mnues). a empéraure des gaz dans le comparmen θ g es donnée par l expresson : O θ g = (10O) e e x[ 3(1 e ) (1 e ) + 4(1 e )] C O (2-8) 39

44 où C es une consane (prendre : C = 0 s ρ 1600kg/m 3 e C = 1 s ρ<1600kg/m 3 ) avec (en mnues) ; s cee néquaon n es pas vérfée.e. es supéreure, l fau O 4.8 consdérer = max = O a durée de la phase d échauffemen es donnée par : d f, k = (2-9) 5.5O Dans la phase de refrodssemen.e quand > d, les empéraures son données par la relaon : θ g = θ max 600( 1) 20 C (2-10) d où θ max es la empéraure qu correspond à d. Il fau ouefos noer que la formulaon de e es valable s 0.01 O 0.15 ; s O 0.15, l fau prendre O = B- Approche de l EN [02] Hsorquemen, l orgne de cee approche remone aux ravaux effecués, en suède, par Peerson, Magnusson e Thelandersson, e reformulée pluard par Wcksrom [22] en proposan une relaon empéraure-emps complèemen dépendane du faceur de venlaon sur l nere hermque. Elle es fondée essenellemen sur l hypohèse selon laquelle la courbe normalsée d un four d essa sandard (ISO834) peu êre obenue en consdéran un faceur de venlaon de référence de valeur égale à 0.04 m 0.5 e une nere hermque de référence de valeur 1160 Ws/m 2 K. es équaons permean d obenr les courbes paramérées empéraure-emps des gaz (θ g ) dans le comparmen en feu son données dans l Annexe A de l Eurocode 1 [02] e s exprmen en foncon d un paramère emps * qu es en relaon drece avec le emps réel (en heure). Elles son valables pour des comparmens au feu ayan une surface de plancher nféreure à 500 m 2, ne comporan pas d ouverures dans le o e ayan une haueur maxmale de 4 m. es mêmes équaons son données c-après de façon un peu logque,.e. dans l ordre dans lequel elles doven êre ulsées. es données d enrées son : es propréés hermques du comparmen (murs, plafond e plancher) à savor la conducvé hermque λ en W/m K, la chaleur spécfque c en J/kg K e la densé ρ en kg/m 3. es quanés géomérques comme la surface oale (A en m 2 ) des murs, du plafond e du plancher en ncluan les ouverures, de la surface oale des ouverures vercales (A v en m 2 ) e de la moyenne pondérée des haueurs des ouverures de ous les murs (h eq en m). 40

45 a valeur de calcul de la densé de charge calorfque q,d en MJ/m 2 rapporée à la A f surface A du comparmen ou ben égale à q f, d ; q f,d éan la valeur de calcul A de la densé de charge calorfque rapporée à la surface A f du plancher (MJ/m 2 ). e aux de crossance du feu à savor fable, moyen ou for. es éapes successves son : ) Evaluer le coeffcen des propréés hermques du comparmen b donné par la relaon en J/m 2 s 0.5 K: (2-11a) b = λρc Pour enr compe des maéraux dfférens pour les murs, le plafond e le plancher, l conven d nrodure le coeffcen b sous la forme : b j Aj b / (2-11b) = Aj où A j es la surface des paros de l encene y comprs les ouverures, ayan la propréé hermque b j. ) Evaluer le faceur d ouverure O par la relaon : A h v O = eq (2-12) A A h / A ). où h eq es la moyenne pondérée des haueurs des ouverures ( v v ) Evaluer le paramère de l échelle emps : 2 O b Γ = 0.04 ( ) (2-13) v) Déermner la durée la plus coure possble ( lm en heure) de la phase d échauffemen d après le ableau 2-3 selon la naure du aux de crossance du feu. v) Evaluer la durée de la phase d échauffemen ou de monée en empéraure max en heure : max 3 0.2x10 q,d = (2-14) O 41

46 Tableau 2-3 Valeurs de lm (selon le ableau E5, EN ) aux de crossance de l ncende Occupaon lm (mn) fable ranspor (espace publque) 25 moyen habaon ; hôpal (salle) ; hôel 20 (salle) ; bureau ; salle de classe for bblohèque ; cenre de surface d acha ; héâre (cnéma) 15 v) S max > lm le feu sera conrôlé par la venlaon (.e. venlaon conroled). Dans ce cas, * nous avons avec = Γ (fg. 2-15a): * * θ = ( e 0.204e 0.472e (2-15) g a empéraure dans la phase de refrodssemen es donnée par les équaons suvanes : * * θ = θ 625( ) pour * 0. 5 (2-16a) g max max * max * * * θ = θ 250(3 )( ) pour 0.5 * p max 0. 5 (2-16b) g max max max * * θ = θ 250( ) pour * 0. 5 (2-16c) g max max max f * où * max = Γ e θ max es donnée par la relaon (2-15) dans laquelle max * * = max. v) S max lm alors le feu sera conrôlé par le combusble (combusble conroled) e les éapes son les suvanes (fg. 2-15b): Evaluer le faceur modfé d ouverure défn par la relaon : O lm 3 0.1x10 q, d = (2-17) lm Evaluer le paramère modfé de l échelle emps défn comme su : 2 Olm 0.04 Γ lm = (2-18) b 2 ( )

47 S O > 0.04 e q,d < 75 e b < 1160, l faudra mulpler Γ lm de la relaon 2-18 par un coeffcen k défn par l expresson : O 0.04 q, d b k = 1+ (2-19) la empéraure duran la phase d échauffemen ou de monée en empéraure.e. jusqu à = lm, es donnée par la relaon (2-15) dans laquelle * = Γ lm lm. la empéraure duran la phase de refrodssemen es donnée par les équaons suvanes : * * θ = θ 625( ) pour * 0. 5 (2-20a) g max lm max * * * θ = θ 250(3 )( ) pour 0.5 * p max 2. 0 (2-20b) g max max lm * * θ = θ 250( ) pour * 0. 5 (2-20c) g max lm max f où * lm * = Γlm e max Γmax = ; max éan donné par la relaon (2-14). θ g θ max phase de monée en empéraure (Γ) phase de refrodsseme n θ g = 20 C * max * d = Γ d * Fg. 2-15a courbe paramérque de l EN (feu conrôlé par la venlaon) 43

48 θ g θ max phase de monée en empéraure (Γ lm ) phase de refrodsseme n θ g = 20 C * = Γ lm * lm= * = Γ * d = Γ d * Γ Fg. 2-15b courbe paramérque de l EN (feu conrôlé par le combusble) es relaons (2-16) e (2-20) peuven êre obenues de la façon suvane en consdéran l une des fgures 2-16 selon que le feu es conrôlé par la venlaon ou par le combusble. θ g θ max θ g θ max decay ( * * max ) decay ( * * lm ) (Γ) (Γ) (Γ lm ) (Γ) * max (=Γ max ) a) max * = Γ * * lm (=Γ lm lm ) b) max < lm * = lm * Fg Inerpréaon des relaons décrvan la courbe descendane * * θ g = θ decay ( ) s max f lm (2-20c) max max 44

49 * * θ g = θ max decay ( lm ) s max lm (2-20d) où decay représene la pene de la branche descendane que l Eurocode défn de la manère suvane : * decay = 625 s max 0. 5h (2-20e) * decay = 250(3 max ) 0.5h * max p 2. 0h (2-20f) * decay = 250 s max 2. 0h (2-20e) 625 decay decay * 2 max = 250+ ( )*( ) = *(2 * max ) = 250(3 * max ) 250 * max 0.5 * max ( =Γ) 2.0 Fg déermnaon de la pene de la branche descendane Remarques : - e concep de la durée mnmale du emps de la phase d échauffemen, lm, e du coeffcen k on éé nrodu par Franssen [23]. e emps lm marque la ranson d un feu conrôlé par le combusble à une suaon de feu conrôlé par l ar. e coeffcen k es nrodu pour enr compe des effes de grandes ouverures. - Des valeurs dfférenes son arbuées au coeffcen des équaons (2-14) e (2-17) savor e 0.001conraremen à la valeur unque de conenue dans la prénorme ENV [24]. - l EN préconse de respecer les lmes d applcaon des équaons (2-13) à (2-16). Ces lmes son les suvanes : 0.02 O 0.20 (m 0.5 ) ; 50 q,d 1000 (MJ/m 2 ) ; 100 b 2200 (J/m 2 s 0.5 K). 45

50 C- Illusraon des exemples d applcaon Exemple 1 : Comparason des modèles de e e de l Eurocode 1 So le comparmen (14x7m) en plan e de 3 m de haueur schémasé sur la fgure 2-18 e ayan 6 ouverures denques de dmenson chacune 1.8 m de large e de 1.5 m de haueur. a densé de charge calorfque q f,d so rapporée à la surface du plancher es de 60 kg/m 2 équvalen en bos e comparmen es supposé fa en béon dense so avec un coeffcen b = λρc = 32 Wh 0.5 /m 2 K = 1920 Wh 0.5 /m 2 K. On propose d analyser le comparmen d abord avec le modèle de e e ensue avec le modèle de l Eurocode 1 en comparan les résulas. 3 m 14 m 7 m Fg Comparmen en feu- exemple 1 * Surface oale des ouverures: A v = 6x1.5x1.8 = 16.2 m 2 ; A f = 14x7 = 98 m 2 ; A = 2x98 + 2x14x3 +2x7x2 = 322 m 2 ; * Densé de charge calorfque (valeur de la charge calorfque en bos es supposée égale à 18 MJ/kg ; kg équvalen en bos) : * q f,d = 60x18x A f / A = 60x18x98/322 = 329 MJ/ m 2 so équvalen à 1080 MJ/ m 2 rapporée à la surface du plancher. f,k = 60xA f / A = 60x98/322 = kg/m 2 * faceur d ouverure, O : Av O = heq = / 322 = m 0.5 A 46

51 a) Modèle de e * durée de la phase d échauffemen, d ( équ. 2-9 en mnues), qu correspond à la empéraure maxmale θ max : f, k d = = = 53.9 mn 5.5O 5.5x * valeur max = + 60 = mn Par sue, les équaons (2-8) e (2-9) condusen aux résulas récapulés dans le ableau 2-3 e sur la fgure 2-16 où le emps de refrodssemen ( d ).e. le emps après lequel la empéraure redeven ambane (= 20 C) es égal à 2.31h so 139 mn. b) Modèle du feu paramérque de l EN paramère de l échelle emps, Γ (équ. 2-18) : O = m 0.5 ; b = 1920 Wh 0.5 /m 2 K ; Γ = * lm = 20 mn vu que la valeur donnée de la charge calorfque es ypquemen de bureau. * Temps max (équ. 2-14): max = 0.20x10-3 x329/ = h (= 64 mn) Pusque max es supéreure à lm (le feu es conrôlé par la venlaon), alors les équaons (2-15) e (2-16) peuven êre ulsées pour calculer l évoluon des empéraures en foncon du emps. es résulas son donnés dans le ableau 2-3 e sur la fgure 2-19 où le emps de refrodssemen d es de 2.96h Tempéraure ( C) EN e Temps (mn) Fg Comparason des courbes paramérques de le e de EN

52 Tableau 2-3 Comparason des courbes paramérques de le e de EN Temps EN e (mn) ( C) ( C) ,08 547, ,17 739, ,62 812, ,74 844, ,59 862, ,7 876, ,42 890, ,23 904, ,42 918, ,17 933, ,65 932, ,99 876, ,16 821, ,72 765, ,27 709, ,83 654, ,38 598, ,94 542, ,49 487, ,05 431, ,61 375, ,16 320, ,72 264, ,27 208, ,83 153, ,38 97, ,94 41, , , , , , , , , , ,

53 Exemple 2 : Modèle de EN avec venlaon conrôlée e combusble conrôlé Consdérons un comparmen en feu de forme recangulare en plan ayan les dmensons 3x6m. a dsance du plancher au plafond es de 2.5 m. a densé de charge calorfque par m 2 de plancher es de 750 MJ/m 2 (= q f,d ) e la crossance du feu es supposé de ype fable. es élémens du comparmen son fas en béon normal (c = 1100 J/kg K, ρ = 2300 kg/m 3, λ = 1.2 W/m K). Une fenêre de 2 m de large e de 1m de haueur, e une pore de 1 m de large e de 2.1 m de haueur son ouveres dans les murs. Calculer les courbes paramérées du feu naurel de EN Commen seron modfées les courbes empéraures emps s nous augmenons la haueur de la fenêre à 3.4 m? faceur des murs, b : b = (1100x2300x1.2) 0.5 = 1742 J/m 2 s 0.5 K * Surface oale des élémens du plancher, A : A = 2(3x6 + 3x x2.5) = 81 m 2 haueur moyenne pondérée des ouverures, h eq : h eq = (2 m 2 x1m m 2 x2.1m)/4.1 = 1.56 m Surface du plancher, A f : A f = 3x6 = 18 m 2 * Surface oale des ouverures, A v : A v = 2x1 + 1x2.1 = 4.1 m 2 * faceur d ouverure, O : O = / 81= m 0.5 * Faceur emps, Γ : Γ = (0.0633/0.04) 0.5 /(1742/1160) 0.5 = 1.11 * Densé de charge calorfque, q,d : q,d = 750x18/81 = 167 MJ/ m 2 Plus pee durée possble de la phase d échauffemen, lm : lm = 5/12 = 0.417h (= 25 mn) Durée de la phase d échauffemen, max : max = 0.2x10-3 x167/ = h (= 31 mn 41s) e feu es donc conrôlé par la venlaon du fa que lm < max. es empéraures de la phase d échauffemen peuven êre dans ce cas calculées à l ade de l équaon (2-15). Par exemple; Au emps = 30 mn,.e. = 0.5 h, * = 1.11x0.5 = 0.555, θ g = 856 C. Au emps = max, * max = 1.11x0.528 = 0.586, θ g = 863 C. es empéraures de la phase de refrodssemen peuven êre dans ce cas calculées à l ade de l équaon (2-16). Par exemple; Au emps = 1.0 h, * = 1.11 : θ g = ( )( ) = 547 C car 0.5 * p max 0. 5 *. Au emps = h, * = : θ g = ( )( ) = 20 C car 0.5 * p max

54 a courbe empéraure-emps es représenée complèemen sur la emps de refrodssemen d es de 107 mnues. fgure 2-17 où le En poran manenan la largeur de la fenêre à 3.4 m, les paramères e les faceurs qu seron modfés son : Surface oale des ouverures, A v = 3.4x1 + 1x2.1 = 5.5 m 2 haueur pondérée des ouverures, h eq = (3.4 m 2 x1m m 2 x2.1m)/4.1 = 1.42 m * faceur d ouverure, O = / 81= m 0.5 * Faceur emps, Γ = (0.0809/0.04) 0.5 /(1742/1160) 0.5 = Durée de la phase d échauffemen, max : max = 0.2x10-3 x167/ = h (= 24 mn 46s); * max = 1.814x0.413 = e feu sera alors conrôlé par le combusble pusque max lm. faceur d ouverure modfé, O lm = 0.1x10-3 x167/0.417 = Faceur emps modfé, Γ lm = ( /0.04) 0.5 /(1742/1160) 0.5 = es empéraures de la phase d échauffemen peuven êre dans ce cas calculées oujours à l ade de l équaon (2-15) mas dans laquelle * =. Γ lm. Par exemple; Au emps = 20 mn,.e. = h, * = 0.444x0.333 = 0.148, θ g = 680 C. Au emps = lm,.e. * = 0.444x0.417 = 0.185, θ g = 715 C. es empéraures duran la phase de refrodssemen peuven êre dans ce cas calculées à l ade des équaons (2-20). Par exemple; Au emps = 1.0 h, * = 1.814x1.0 = θ g = ( )( x0.417) = 120 C vu que 0.5 * p max 2. 0 Au emps = 1.1 h, * = 1.814x1.10 = θ g = ( )( x0.417) = 20 C vu que 0.5 * p max 2. 0 a courbe empéraure-emps es représenée sur la même fgure 2-20 en ras nors où le emps de refrodssemen d es de 66 mnues.. 50

55 Tempéraure ( C) feu conrolé par le combusble feu conrolé par la venlaon Temps (mn) Fg Courbe empéraure-emps selon le modèle de l Eurocode 1 D- Approche de Feasey [24] Cee approche es une modfcaon de la prénorme PEN qu éa, avan l avènemen en 2003 de l EN , lmée pour des suaons de feu conrôlé unquemen par la venlaon.e b Afn de généralser cee procédure qu consse de prendre en compe égalemen la suaon conrolé par le combusble, Feasey suggère de une aure valeur de référence pour le paramère b so b ref = 1900 Ws 0.5 /m 2 K. es éapes de calcul dans l ordre de leur mplémenaon sur ordnaeur son les suvanes : Paramère échelle emps caracérsan la phase d échauffemen, Γ desgn : 2 O O ref Γ desgn = (2-21a) b 2 ( ) b ref 51

56 Paramère échelle emps caracérsan la phase de refrodssemen, Γ decay : O Oref Γ decay = b (2-21b) b ref où dans chacune des relaons (2-21a,b) es consdérée b ref = 1900 Ws 0.5 /m 2 K e O = 0.04 m 0.5. Durée de la phase d échauffemen, max : max x10 q,d = (2-21c) O S max, on calcule la empéraure d échauffemen θ g en ulsan la relaon (2-15) dans laquelle l fau consdérer * = *Γdesgn ; le emps es en heure. S > max, on calcule la empéraure de refrodssemen θ g en ulsan les relaons suvanes : θ g = θ max 625* Γdecay * ( max ) s 0. max 5 (2-21d) θ = θ * (3 ) * Γ *( ) s 0.5 p p max 2. 0 (2-21e) g max 250 max decay max θ g = θ max 250 * Γdecay *( max ) s 2. max 0 (2-21f) es formules (2-21d,e,f) peuven êre obenues en consdéran les fgures (2-21). θ g θ max decay * * 2 max decay = *( ) * * = 250*(3 max ) (Γ desgn ) 250 (Γ decay ) * * = *Γ decay * = * max (=Γ max ) * = Γ decay 0.5 * * =*Γ desgn 2.0 * Fg Calcul de la empéraure-emps par l approche de Feasey 52

57 A la fgure 2-22 e au ableau 2-4, nous monrons les valeurs des empéraures (en C) obenus avec le modèle de Feasey en le comparan au modèle paramèrque de l EN où son consdérées les valeurs O = 0.04 m0.5 e b = 400 Ws 0.5 /m 2 K ; les valeurs abulées son obenues en consdéran un pas de emps de 5 mnues EN , qd = 1200 Feasey, qd = 1200 EN , qd = 800 Feasey, qd = 800 EN , qd = 400 Feasey, qd = 400 Tempéraure ( C) Temps (mn) Fg Comparason des modèles de Feasey e de l EN (O = 0.04 m0.5 e b = 400 Ws 0.5 /m 2 K) Noons que l une des anomales de ces approches paramérques, résde dans le fa que le aux de crossance de la empéraure dans la phase d échauffemen es ndépendan de la densé de charge où l n es pas oujours possble de caracérser complèemen la réponse empéraure-emps du comparmen. Touefos, le modèle paramérque de l EN es assez suffsan pour prédre les données de base elles que la empéraure maxmale θ max, le emps lu correspondan max e le emps d pour que la empéraure redevenne ambane. 53

58 Tableau 2-4 Comparason des modèles de Feasey e de l EN (O = 0.04 m0.5 e b = 400 Ws 0.5 /m 2 K) Temps EN Feasey EN Feasey EN Feasey (mn) qd = 1200 qd = 1200 qd = 800 qd = 800 qd = 400 qd = , ,2 889, ,2 889, , ,7 1142,18 995,7 1142,18 995,7 1142, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,17 953, , ,13 873,96 839, ,1 1323,8 1205,1 1215,72 698,75 726, ,4 1330, ,4 1106,34 523,54 612, , , ,31 996,95 348,33 499, , , ,03 887,57 173,12 385, , , ,82 778, , , ,3 885,61 668, , , ,33 710,4 559, , ,56 918,36 535,19 450, ,42 822,39 359,99 340, ,19 726,42 184,78 231, ,98 630, , ,77 534, ,56 438, ,35 342, ,15 246, ,94 150, ,

59 2-5-4 Modèles de zone Comme déjà menonné dans le paragraphe sur la dynamque du feu, l hypohèse de couche ou zone (supéreure e nféreure) consue la base des modèles de zone. épasseur de la couche nféreure, qu rese à empéraure assez basse e ne conen pas de produs de combuson, es rès mporane pour apprécer les condons de surve des occupans dans le comparmen. e modèle à une zone (one-zone model) es basé sur l hypohèse selon laquelle les empéraures des gaz son parculèremen homogènes dans ou le comparmen (Fg.2-23). Fg Comparmen dans un modèle à une zone [20] C es par exemple le cas s l épasseur de la couche supéreure s accroî ellemen que celle-c rempl à peu près ou le comparmen. Un aure cas es celu pour lequel la empéraure de la couche supéreure es suffsammen élevée pour condure au flashover dans l ensemble du comparmen, ce qu déru la noon srafcaon en couche e qu peu donc produre une suaon plus proche de l hypohèse d un modèle à une zone. Il y a leu cependan de vérfer consammen au cours du processus de l hypohèse d une srafcaon en deux zones. a modélsaon d un comparmen en deux zones (wo-zone model) es représenée à la fgure Fg Comparmen dans un modèle à deux zones [20] 55

60 applcaon de els modèles nécesse l ulsaon des moyens numérques sophsqués sur ordnaeur comme le code OZONE développé a l unversé de ège [25]. Ces ypes de modèles offren la possblé d analyser des bâmens plus complexes (fg. 2-25), où le comparmen d orgne échange de la masse e de l énerge avec l envronnemen exéreur, mas auss avec d aures comparmens dans le buldng. Fg Confguraon mul-comparmens avec modèle à deux zones [20] Modèles CFD Compuaonal Flud dynamcs (CFD)- Méhodes Avancées en Dynamque des fludes, analyse les sysèmes ncluan l écoulemen des fludes, les ransfers de chaleur e les phénomènes assocés en résolvan les équaons fondamenales de la mécanque des fludes. Ces équaons consuen une représenaon mahémaque des los de conservaon de la physque. Dans ces modèles, les équaons dfférenelles de la hermodynamque e de l aérodynamque son résolues en un rès grand nombre de pons du comparmen. Dans beaucoup de modèles, les équaons de base son exprmées en moyenne sur un ceran nervalle de emps, ce qu perme d éver dfférens problèmes d nsablé numérques. a fgure suvane (fg. 2-26) llusre la modélsaon d un comparmen dans un modèle CFD [26], mas dans oue applcaon réelle, l fau procéder à une dscrésaon beaucoup plus poussée. Fg Comparmen dans un modèle CFD [20] 56