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1 LEES PRISME RISQUE EXPLOSIONS ET STRUCTURES Equipe 19 permanents à Bourges Axes Combustion Explosions Cinquième Resp P Gillard niveau Dynamique des matériaux et Structures Resp P Bailly 20/03/2013 1

2 Risque d Explosions 2 Deuxième IUT bâtiment J Brossardniveau ENSIB IUT Bâtiment P. Vieille 20/03/2013 2

3 Objectifs et Thèmes Objectifs : 3 Étude de l interaction entre les explosions et la dynamique rapide des Cliquez structures avec des pour applications modifier au niveau des les risques styles industriels du Étude de l allumage et des conséquences sur le phénomène explosif Pyrolyse d hydrocarbure appliquée à la propulsion Thèmes de recherche : 1. Explosions en phase homogène (CE) 2. Dynamique des structures (DMS) 3. Allumage et combustion (CE) 4. Pyrolyse et propulsion(ce) 20/03/2013 3

4 Domaines scientifiques communs Phénomène explosif 4 Développement Cliquez pour de loi modifier de similitudes les styles du Caractérisation physico-chimique Moyens Troisième expérimentaux niveaupour l étude au laboratoire des Quatrième explosions niveau Méthodes Cinquième de calcul niveau et codes CFD (Fluent, Comsol, CFD ACE, LsDyna) 20/03/2013 4

5 5 Explosions en phase homogène Thème 1 : Effet des gradients de concentration Déflagration et détonation de gaz Propagation des ondes de choc 20/03/2013 5

6 6 Thème 1: Explosions en phase homogène Déflagration et détonation de gaz Objectif : Améliorer la compréhension des explosions de charges gazeuses : Déflagration et détonation Uniformes et non-uniformes Cliquez Confinées, obstruées, pour aériennes modifier les styles du Bilan : Décrochement de la trajectoire de flamme dans la zone de gradient de réactivité Cinquième (Th. J. Daubech) niveau Mise en évidence de l augmentation de vitesse de flamme et des effets de pression en fonction du taux et du type d obstacles (Th. L. Mélani) 20/03/2013 6

7 7 Thème 1: Explosions en phase homogène Propagation des ondes de choc Objectif : Etudier la propagation et la focalisation des ondes de choc suite à une explosion sur un site à géométrie complexe Bilan : Caractérisation des ondes de choc en champ proche ou non présentant des obstacles en milieu aérien, lieux de réflexions multiples lors de la propagation des ondes de choc 20/03/ Etude à petite échelle et simulation (Th. S. Trélat)

8 8 Cliquez Allumage pour modifier et Combustion les styles du Thème 3 : Mélanges gazeux Particules solides en suspension Matériaux énergétiques Combustibles végétaux 20/03/2013 8

9 Thème 3 : Allumage et Combustion Poussières solides en suspension 9 Objectif : Étudier expérimentalement et numériquement les conditions d allumage de texte du Arc masque Laser mélanges gazeux, de particules solides en suspension ou de matériaux énergétiques Etude des explosions de poussières Exemples de poussières : Al, farine, cacao, Sucre glace, maïzena, Vitamine B Mesures au moyen d un tube Hartman Visualisation de l explosion par camera rapide et extraction d une Vf apparente (réacteur Isobare) Mesure de surpression et violence de réaction (Bombe isochore 20 l) Caractérisation physico-chimique des poussières : ATG, DSC, MEB+EDS, DRX 20/03/2013 9

10 Thème 3 : Allumage et explosions de Poussières en Suspension dans l air A num erical osciloscopes P : arc power t : arc duration spark texte generator du masque controler V specific output for direct measurement of current intensity pressure sensor compressed air tank E : arc energy Tube Hartmann : Probabilité d allumage 20/03/

11 Thème 3 : Allumage et explosions de Poussières en Suspension dans l air Spark generator controller High speed camera 11 Numeric oscilloscope Industrial compressed air Bombe Sphérique 20 l = > Sévérité de l explosion 20/03/

12 Thème 3 : Allumage et Combustion de mélanges gazeux par laser Probabilité d'allumage (%) r= r= r=0.9 r= Energie incidente (mj) Figure 1 :Schéma expérimental du banc Liquim 20/03/

13 Thème 3 : Allumage et Combustion Mélanges gazeux et laser Décane / air (richesse =1, 30 mj) 20/03/

14 Thème 3 : Allumage et Combustion Kérosène dans un réservoir d avion Approche 0-D (cinétique détaillée: allumage) Approche 2-D (loi simplifiée: propagation) 14 E=200 J Cliquez pour 10 modifier les styles du Deuxième niveau Equivalence ratio Modélisation Quatrième Instationnaire niveau Réactive Cinquième Adaptée niveau aux 1.8 Initial Pressure (bara) 18 Explosion Pressure (bara) Gaz en Ecoulement 20/03/

15 Approche 2-D (loi simplifiée: propagation) Thème 3 : Allumage et Combustion Kérosène dans un réservoir d avion 15 Simulation numérique faite au laboratoire (~1 mois de calcul avec 8 processeurs Xeon) 20/03/

16 16 Cliquez pour Pyrolyse modifier et Propulsion les styles du Thème 4 : Axes thématiques: - Thermochimie des carburants - Couplages thermo-hydro-chimiques Domaines d application - Propulsion aérobie aéronautique (Scramjet) - Propulsion anaérobie spatiale (Propulsion Hybride Spatiale) 20/03/

17 Injection Combustion K Propulsion aérobie: Pyrolyse du combustible pour assurer le refroidissement des matériaux de la CC d un Scramjet M a de 5 à 15 M Cliquez amont pour modifier les styles du statomixte Véhicule complet Combustion gaz chauds 300 K Structure type NIDA (tenue structurale) RESPIRE: Ecoulement ouvert 1D transitoire compressible Thème 4 : Pyrolyse et Propulsion éventuelle à la paroi Paroi composite C/SiC perméable Échanges thermiques Fluide éventuellement supercritique Temps de séjour Réacteur de laboratoire Vitesses attendues : 5000 à km/h 20/03/

18 Thème 4 : Pyrolyse et Propulsion 18 Code 1-D: RESPIRE - Transitoire, compressible, monophasique - Cinétique détaillée, multi-espèces - Différences finies, explicite, schéma 1 er ordre - Equations NS+Bilans d'énergie et des espèces Mesures FTIR-GC/MS - En ligne («temps réel») - Hydrocarbure chaud à haute pression - Supercritique - Multi-espèces Molar Fraction in Gas Phase Quatrième C3H8_FTIR niveau 10% 9% 8% 7% 6% 5% 4% 3% 2% 1% 0% /03/ Time (s) C3H8_RESPIRE Propulsion anaérobie Code 2-D - Transitoire, compressible - Cinétique détaillée, multiespèces - Différences finies, explicite - Equations NS+Bilans d'énergie et des espèces

19 Bilan ( ) 19 Collaborations Industrielles : Air Liquide, SME Environnement, PHIMECA, INRIA, BULL, LaM, DGA Centre d Etudes de Gramat (CEA) et DGA Tt, MBDA, NEXTER, PROTAC et ROXEL En partenariat avec l industrie : 19 Partenariats 20/03/

20 Conclusions L étude des explosions et les effets les structures est une spécificité de la recherche de prisme à Bourges 20 Collaborations industrielles avec une grande interaction avec le tissu industriel local Collaborations transversales dans PRISME et avec des laboratoires Orléanais (Gremi et Icare) dans la fédération EPEE Membre du labex CAPRYSSES (Cinétique chimique et Aérothermodynamique Quatrième pour niveau des PRopulsions et des Systèmes Energétiques Propres et Sûrs» avec Icare (CNRS Orléans) Présence à Bourges d un Pôle National du Risque Industriel (mesure CIADT 1998) 20/03/