ANNEXE 5 : MODELISATION INCENDIE DES STOCKAGES DE PRODUITS FINIS

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1 ANNEXE 5 : MODELISATION INCENDIE DES STOCKAGES DE PRODUITS FINIS 1.1 SEUILS D EFFETS Sont rappelés, dans les tableaux ci-dessous, les valeurs des seuils définis dans l arrêté ministériel du 29 septembre 2005 relatif à l évaluation et à la prise en compte de la probabilité d occurrence, de la cinétique, de l intensité des effets et de la gravité des conséquences des accidents potentiels dans les études de dangers des installations soumises à autorisation. Les effets létaux correspondent à la survenue de décès. Les effets irréversibles correspondent à la persistance dans le temps d une atteinte lésionnelle ou fonctionnelle, directement consécutive à l exposition EFFETS THERMIQUES Effets sur l homme Valeurs 3 kw/m² ou 600 (kw/m²) 4/3.s 5 kw/m² ou (kw/m²) 4/3.s 8 kw/m² ou (kw/m²) 4/3.s Commentaires Seuils des effets irréversibles délimitant la «zone des dangers significatifs pour la vie humaine». Seuil des effets létaux délimitant la «zone des dangers graves pour la vie humaine» mentionnée à l article L du code de l environnement. Seuil des effets létaux significatifs délimitant la «zone des dangers très graves pour la vie humaine» mentionnée à l article L du code de l environnement 5 kw/m² Seuil des destructions de vitres significatives. Effets sur les structures 8 kw/m² 16 kw/m² 20 kw/m² 200 kw/m² Seuil des effets domino et correspondant au seuil de dégâts graves sur les structures (risque de propagation du feu aux matériaux combustibles exposés de façon prolongé). Seuil d exposition prolongée des structures et correspondant au seuil des dégâts très graves sur les structures, hors structures béton Seuil de tenue du béton pendant plusieurs heures et correspondant au seuil des dégâts très graves sur les structures béton. Seuil de ruine du béton en quelques dizaines de minutes CARACTÉRISATION DE LA CIBLE Pour les effets sur l homme, la cible est positionnée à 2 mètres de hauteur (hauteur majorante d un homme) au niveau de la médiatrice du foyer (intensité maximale) et au pignon (facteur de vue minimal). Pour les effets thermiques sur les structures, la cible est prise à la moitié de la hauteur de flamme ou à la hauteur maximale de la structure si la demi-hauteur des flammes est supérieure à la hauteur de la structure. Annexe n 5 1

2 1.2 MODÉLISATION DES EFFETS THERMIQUES EN CAS D INCENDIE DES STOCKAGES DE PRODUITS FINIS MÉTHODE VERIFLUX L incendie des stockages contenant des produits ne pouvant être modélisé à l aide de FLUMILOG, sont réalisés avec le logiciel VERIFLUX. La méthode de calcul employée tient compte des caractéristiques de la surface en feu et de la nature des produits mis en jeu. Elle permet également de prendre en compte de la présence de dispositions constructives assurant une limitation des flux rayonnés (murs coupe feu) si concerné. Elle repose sur le modèle de la flamme solide : la flamme est vue soit comme un radiateur plan vertical (foyer de section rectangulaire) soit comme un cylindre vertical (foyer de section circulaire). Les calculs sont réalisés à l aide du logiciel VERIFLUX V3.0 développé par Bureau Veritas sur la base des corrélations présentées ci-après. Équation générale : La radiation thermique reçue par une cible est donnée par la relation suivante : φ = φ 0 x F x τ φ : flux thermique reçu par la cible (kw/m²) φ 0 : flux thermique émis en surface de la flamme (kw/m²) F : facteur de vue (sans dimension) τ : transmission atmosphérique (sans dimension) Pour calculer ce flux, il faut, au préalable, déterminer les caractéristiques du feu qui sont : le diamètre équivalent de la nappe en feu, Deq la vitesse de combustion (ou débit massique surfacique de combustion), m la hauteur de la flamme, Hf Diamètre équivalent de la nappe en feu : Deq (m) Pour le calcul de la hauteur des flammes pour les feux non circulaires, il est nécessaire de calculer le diamètre équivalent : Sf Deq = 4 Pf Deq : diamètre équivalent (m) Sf : surface de la nappe en feu (m²) Pf : périmètre de la nappe en feu (m) Selon les recommandations de l INERIS, dans le cas des foyers très allongés, pour lesquels le rapport longueur/largeur est supérieur à 2, le diamètre équivalent est pris égal à la largeur du foyer. Nota : Dans le modèle employé, l incendie est considéré comme uniforme, c est-à-dire généralisé, plein régime, et la surface du foyer est supposée constante pendant toute la durée de l incendie et égale à la surface totale considérée. Ces hypothèses qui font abstraction de la cinétique d évolution du feu sont majorantes. Débit massique surfacique de combustion : m (kg/m².s) Le débit massique surfacique de combustion d un produit, noté m, représente la quantité de combustible participant à l incendie par unité de temps et de surface de combustible au sol. Annexe n 5 2

3 Le débit de combustion d un certain nombre de composés courants a été déterminé expérimentalement (essais en Tewarson). Les valeurs utilisées dans la présente étude, issues de la littérature, sont les suivantes : Matériaux Bois, papier, carton Taux de combustion (g/m².s) Source 14 SFPE - Handbook of Fire Protection Engineering - Third Edition Hauteur de flamme : Hf (m) La hauteur de la flamme est calculée selon la corrélation de THOMAS, valable en l absence de vent : Hf = m" 42Deq ρa gdeq Hf : hauteur de la flamme (m) ( ) Deq : diamètre du feu circulaire ou diamètre équivalent du feu non circulaire (m) m : débit massique surfacique de combustion massique (kg/(m².s)) ρ a : densité de l'air ambiant (kg/m 3 ) ρ a = 1,22 kg/m 3 à 15 C g : accélération de la pesanteur (m/s²) g = 9,81 m²/s La valeur calculée par le logiciel VERIFLUX V3.0 est la hauteur d une flamme dont la base se situerait au niveau du sol. 0.5 Dans le cas des produits combustibles non gazeux stockés en entrepôts, la hauteur de flamme est limitée à 3 fois la hauteur utile sous ferme en pied de poutre (cf. guide d application de l arrêté du 5 août 2002). Cette approche est valide pour les combustibles divers, y compris pour les produits chimiques divers (inflammables, corrosifs, toxiques), en petits contenants (inférieurs à 1 m 3 ) conditionnés dans des cartons, sur palettes. Mais elle n est pas valide pour les aérosols. Dans le cas des aérosols stockés en entrepôts, la hauteur de la flamme est prise égale à la hauteur de stockage + 10 m (INERIS Méthodes pour l évaluation et la prévention des risques accidentels (DRA-006) Ω 4 Modélisation d un incendie affectant un stockage d aérosols Septembre 2002). Coefficient de transmission atmosphérique : τ (sans dimension) La radiation de la flamme vers l'environnement est partiellement atténuée tout au long de son parcours dans l'air. Ceci est le fait de la vapeur d'eau, du dioxyde de carbone et des poussières qui absorbent et dissipent une partie des radiations émises. La vapeur d'eau est le principal facteur d'absorption. Le coefficient de transmission atmosphérique (τ) correspond donc à la fraction de chaleur transmise à l'atmosphère. Ce coefficient de transmission peut être déterminé à l'aide d'abaque, comme une fonction de la distance et de l'humidité relative de l'air. Nous avons retenu le modèle de Brzustowski et Sommer : τ = 0.79 RH d τ : coefficient de transmission atmosphérique (sans dimension) 1 16 Annexe n 5 3

4 RH : taux d humidité de l air (%), pris égal à 70% valeur raisonnablement pessimiste et représentative des valeurs moyennes relevées en France d : distance entre le centre de la flamme et la cible (m) Facteur de vue (ou facteur de forme) : F (sans dimension) Le facteur de vue F, fonction de l angle solide sous lequel la cible reçoit le rayonnement, a été évalué selon la méthodologie développée dans l ouvrage Yellow Book rapport TNO CPR 14E, édition 1997, Chapitre 6 «Heat flux from fires». Il a été tabulé en fonction de la géométrie de l émetteur et des positions respectives de l émetteur et de la cible, pour une cible verticale. Le flux thermique reçu par un point situé face à un mur de flamme varie selon : la distance entre le récepteur et le mur de flamme (d) ; la hauteur de la cible par rapport au sol (c est-à-dire base de la surface en feu) (h) ; la distance entre l extrémité latérale du mur de flamme et la perpendiculaire au point concerné (a). L H b d l a Tous paramètres étant égaux par ailleurs, le flux thermique est maximum au niveau de la médiatrice du mur de flamme (a = L/2) et minimum aux extrémités latérales (a = L). Dans le cas où un mur coupe feu, constituant un écran de protection est interposé, le facteur de vue est modifié pour tenir compte de ce mur coupe feu. Il en est de même si le foyer n est pas à la même hauteur que la cible. Flux émis en surface de la flamme : Φ0 (kw/m2) Le pouvoir émissif (ou émittance) de la flamme est estimé : soit à partir de valeurs expérimentales disponibles dans la littérature (TNO, INERIS) quelques valeurs sont données dans le tableau 3 ci-après ; soit en supposant un pouvoir émissif moyenné sur toute la hauteur des flammes, le plus souvent pris aux alentours de 30 kw/m² pour les grands feux pétroliers (> 2000 m²) (INERIS Méthodes pour l évaluation et la prévention des risques accidentels (DRA-006) Ω 4 Modélisation d un incendie affectant un stockage d aérosols Septembre 2002) ; soit, pour les feux très fumigènes, à partir de la relation de Mudan (MUDAN Fire Hazards Calculations for large open hydrocarbon fires), rappelée ci-dessous : ( 0.12Deq) + 20( 1 exp( 0.12Deq) ) Φ0 = 140 exp Annexe n 5 4

5 Φ 0 : pouvoir émissif de la flamme (kw/m²) Deq : diamètre équivalent de la surface en feu (m) Cette corrélation rend compte de la diminution de Φ 0 avec l augmentation de la surface en feu, en raison, principalement, de la recrudescence des imbrûlés (suies) et donc de l obscurcissement de la flamme. Elle a été établie notamment à partir de feux de kérosène ou de GPL et n est adaptée qu à des feux produisant des suies en quantités significative. Elle est utilisée, par extrapolation, aux feux moyennement fumigènes, de combustibles solides et de liquides inflammables, mais en prenant comme valeur limite, pour les foyers de diamètre équivalent supérieur à 20 m, Φ 0 = 30 kw/m². Dans le cas des produits combustibles non gazeux (les aérosols sont donc exclus), l émittance moyenne de la flamme est donc évaluée en appliquant la formule de Mudan. Dans le cas des aérosols, l émittance moyenne de la flamme est prise égale à 100 kw/m² (INERIS Méthodes pour l évaluation et la prévention des risques accidentels (DRA-006) Ω 4 Modélisation d un incendie affectant un stockage d aérosols Septembre 2002). Matériaux Pouvoir émissif (kw/m²) Source Bois, papier 23,8 DRYSDALE - An introduction to fire dynamics - 2nd edition Phénomène dangereux modélisé : Incendie des stockages de produits finis (paquets de planches en extérieur et dans le bâtiment) Données Hypothèses de calcul : L incendie débute en un point de la zone de stockage. Au démarrage de l incendie, le feu rencontre la matière et l apport d oxygène n est pas limitant. Lorsque le feu se développe, le flux thermique généré entraîne une propagation en chaîne vers les autres piles. C est ce stade de généralisation qui est retenu pour l étude du scénario incendie INCENDIE GÉNÉRALISÉ DU STOCKAGE DE PRODUITS FINIS EN EXTÉRIEUR Valeurs retenues Incendie généralisé du stockage en extérieur de produits finis Longueur du foyer (m) 12 Largeur du foyer (m) 6 Vitesse de combustion (g/m².s) 14 Humidité relative (%) 70 Hauteur des murs CF (m) 0 Résultats Annexe n 5 5

6 Incendie généralisé au chai fûts extension Diamètre équivalent (m) 8 Hauteur de flamme (m) 6 Flux initial (kw/m²) calculé à l aide de la formule de Mudan, voir ,8 Les distances susceptibles d'être atteintes par des flux de 8, 5 et 3 kw/m² sont résumées dans le tableau joint ci-dessous (distances arrondies au demi mètre près) : Position de la cible (m) Résultats / Incendie généralisé du stockage PF en extérieur 8 kw/m² 5 kw/m² 3 kw/m² 5,5m 8 11,0m longueur du stockage 2,5m 5m 8,5m 4,0m 6m 8m largeur du stockage 2,5m 4,5m 7m Résultats - Incendie généralisé du stockage PF en extérieur Conclusion : Les moyens de protection et de prévention ne sont pas pris en compte. On constate qu aucun flux ne sort des limites de propriété du site. Les flux de 8kW/m² n atteignent aucun stockage voisin (donc pas d effets domino) car une allée de sécurité de 6m maxi est maintenue tout autour du stockage INCENDIE GÉNÉRALISÉ DU STOCKAGE DE PRODUITS FINIS DANS BÂTIMENT Valeurs retenues Incendie généralisé du stockage en extérieur de produits finis Longueur du foyer (m) 45 et 10 Largeur du foyer (m) 4 Vitesse de combustion (g/m².s) 14 Humidité relative (%) 70 Hauteur des murs CF (m) 2 Résultats Incendie généralisé au chai fûts extension Annexe n 5 6

7 Diamètre équivalent (m) 6 Hauteur de flamme (m) 5 Flux initial (kw/m²) calculé à l aide de la formule de Mudan, voir ,8 Les distances susceptibles d'être atteintes par des flux de 8, 5 et 3 kw/m² sont résumées dans le tableau joint ci-dessous (distances arrondies au demi mètre près) : Position de la cible (m) Avec une longueur de 45m sans mur CF avec mur CF (2m) avec mur CF (4m) longueur du stockage sans mur CF longueur du stockage avec mur CF (2m) longueur du stockage avec mur CF (4m) sans mur CF avec mur CF(2m) avec mur CF(4m) largeur du stockage sans mur CF largeur du stockage avec mur CF(2m) Résultats / Incendie généralisé du stockage PF en bâtiment 8 kw/m² 5 kw/m² 3 kw/m² 6m 9,5m 15m 2,5m 5,5m 9,5m 2,5m 4,6m 8m 0m 0m 4,5m 3,5m 4,5m 6m 1m 3m 4,5m 2m 3,5m 5,5m 0m 0m 3,5m largeur du stockage avec mur CF(4m) Résultats - Incendie généralisé du stockage PF en bâtiment Annexe n 5 7

8 Position de la cible (m) Avec une longueur de 10m sans mur CF avec mur CF (2m) avec mur CF (4m) longueur du stockage sans mur CF longueur du stockage avec mur CF (2m) longueur du stockage avec mur CF (4m) sans mur CF avec mur CF(2m) avec mur CF(4m) largeur du stockage sans mur CF largeur du stockage avec mur CF(2m) largeur du stockage avec mur CF(4m) Résultats / Incendie généralisé du stockage PF en bâtiment 8 kw/m² 5 kw/m² 3 kw/m² 4,5m 6,5m 9m 2m 4m 6m 2m 4m 7m 0m 0m 3,5m 3,5m 4,5m 6m 1m 2,5m 4m 2m 3,5m 5,5m 0m 0m 3m Les moyens de protection et de prévention ne sont pas pris en compte. Conclusion : On constate qu aucun flux ne sort des limites de propriété du site. Les flux de 8kW/m² n atteignent aucun stockage voisin. Annexe n 5 8