Module 5. Équipements et sécurité en phase d exploitation

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1 MASTERE SPECIALISE TUNNELS et OUVRAGES SOUTERRAINS De la conception à l exploitation Module 5. Équipements et sécurité en phase d exploitation Bloc 2. Les principales dispositions d exploitation et de sécurité pour les tunnels routiers Jean-Claude MARTIN (CETU)

2 Ventilation sanitaire et désenfumage Jean Claude MARTIN (Chargé de mission - CETU) 18 janvier 2012 (14h00 15h)

3 En tunnel, la ventilation joue deux rôles : Ventilation sanitaire en exploitation normale Désenfumage en cas d incendie

4 Ventilation sanitaire et désenfumage Ventilation sanitaire Forces motrices d écoulement de l air en tunnel Systèmes de ventilation Désenfumage Dispositions constructives

5 Ventilation sanitaire Rôle Un tunnel est un milieu quasi-confiné. En exploitation normale, les moteurs à combustion interne des véhicules émettent des polluants qu il faut évacuer La seule solution opérationnelle à ce jour est la dilution par apport d air frais, pour que les niveaux de pollution restent toujours acceptables à l'intérieur du tunnel. C'est la ventilation sanitaire Les techniques d épuration de l air comme la filtration des particules ou le traitement des gaz nocifs sont difficilement envisageables pour les tunnels.

6 Ventilation sanitaire Rôle Niveaux de pollution à respecter Niveaux de pollution à respecter à l'intérieur des tunnels, en exploitation normale circulaire du 25 août 2000 (sécurité des tunnels) en cas de blocage accidentel : maximum de 150 ppm en CO et de m -1 en opacité (valeurs ponctuelles) circulaire du 8 juin 1999 (ministère de la santé) recommandations CETU recommandations Cetu -mise en application progressive de la circulaire pour le NO2 -mise en application immédiate de la circulaire pour le CO -l'opacité ne doit pas dépasser m -1 en tout point du tunnel circulaire en moyenne sur la longueur du tunnel : - CO : seuil à 50 ppm sur toute période de 30 min et à 90 ppm sur toute période de 15 min - NO2 : seuil à 0.4 ppm sur toute période de 15 min

7 Ventilation sanitaire Rôle Niveaux de pollution à respecter Valeur limites d'exposition professionnelle (Institut National de Recherche et de Sécurité) CO : 50 ppm sur 8 heures (circulaire du 5 mars 1985 du ministère du Travail) NO : 25 ppm sur 8 heures (circulaire du 13 mai 1987 du ministère du Travail) NO 2 : 3 ppm sur 15 minutes (circulaire du 19 juillet 1982 du ministère du Travail) Ces recommandations sont moins sévères que les seuils imposés aux usagers

8 Ventilation sanitaire Rôle Niveaux de pollution à respecter Facteurs de dimensionnement Dimensionner la ventilation sanitaire, c est calculer le débit d air frais de dilution nécessaire Débit d air frais de dilution nécessaire = (débit de polluant émis par le trafic) / (concentration admissible) Le débit de polluant se calcule à partir de : la nature du trafic : nombre de véhicules, type des véhicules les conditions de circulation : vitesse, pente Les émissions unitaires sont données par le guide du Cetu "Calcul des émissions de polluants des véhicules automobiles en tunnel avril 2002"

9 Ventilation sanitaire Rôle Niveaux de pollution à respecter Facteurs de dimensionnement Grâce au durcissement progressif de la réglementation imposée aux constructeurs de moteurs de véhicules routiers (euro 1, euro 2, euro 3, euro 4), les émissions unitaires baissent de manière continue depuis 1992, date d introduction des premiers pots catalytiques sur les VL essence.

10 Émissions unitaires d oxydes d azote par type de véhicule en fonction de la vitesse, sans déclivité émissions en g/km/véhicule EVOLUTION des EMISSIONS d'oxydes d'azote entre 1995 et 2020 PL - 20 km/h PL - 60 km/h PL km/h VL - 20 km/h VL - 60 km/h VL km/h année

11 Ventilation sanitaire Rôle Niveaux de pollution à respecter Facteurs de dimensionnement A l heure actuelle, on constate que les besoins en renouvellement de l air sont déterminés sur la base des critères des oxydes d azote et de l opacité, celui du monoxyde d azote n étant plus déterminant. En tunnel urbain, les calculs montrent qu un ratio de l ordre de 50 m3/s par km de voie permet de satisfaire ces critères.

12 Ventilation sanitaire Rôle Niveaux de pollution à respecter Facteurs de dimensionnement Contrôle-commande Le fonctionnement de la ventilation sanitaire est en général automatique, asservi à des capteurs de pollution installés en tunnel. Des commandes locales, depuis les armoires électriques et des commandes, passées par l opérateur, depuis le PCC sont aussi possibles.

13 Ventilation sanitaire Rôle Niveaux de pollution à respecter Facteurs de dimensionnement Contrôle-commande Capteurs de pollution se composent : pour la toxicité, d analyseurs de CO et, depuis peu, d analyseurs d oxydes d azote pour la visibilité, d opacimètres Par ailleurs, des anémomètres permettent souvent de connaître les écoulements de l air en tunnel.

14 Ventilation sanitaire et désenfumage Ventilation sanitaire Forces motrices d écoulement de l air en tunnel Systèmes de ventilation Désenfumage Dispositions constructives

15 Forces motrices d écoulement de l air en tunnel Pistonnement des véhicules Les véhicules, en roulant, entraînent de l air dans leur sillage : c'est l'effet de pistonnement. Ce phénomène est très efficace pour la dilution des polluants dans le cas de tunnels unidirectionnels, mais il n'est pas possible de compter sur lui dans le cas de tunnels bidirectionnels

16 Forces motrices d écoulement de l air en tunnel Pistonnement des véhicules Contre-pressions atmosphériques aux têtes C'est la différence entre les pressions aux deux têtes d un tunnel Cette différence de pression est due aux effets météorologiques : composante aérodynamique due à l action locale du vent sur les têtes composante barométrique liée aux gradients de pression à grande échelle Elle varie en permanence Son influence sur la valeur et le sens du courant d air peut être très grande

17 Forces motrices d écoulement de l air en tunnel Pistonnement des véhicules Contre-pressions atmosphériques aux têtes Forces introduites par la ventilation mécanique Elles résultent : soit d une poussée appliquée directement sur la masse d air du tunnel, par exemple grâce à des accélérateurs soit des débits d air forcés soufflés ou extraits en tunnel, par exemple grâce à des galeries d air frais ou d air vicié

18 Ventilation sanitaire et désenfumage Ventilation sanitaire Forces motrices d écoulement de l air en tunnel Systèmes de ventilation Désenfumage Dispositions constructives

19 Systèmes de ventilation Longitudinal

20 Systèmes de ventilation Longitudinal variation de la vitesse d'écoulement de l'air le long du tunnel variation des concentrations en polluant le long du tunnel

21 Systèmes de ventilation Longitudinal Transversal

22 Systèmes de ventilation Longitudinal Transversal variation de la vitesse d'écoulement de l'air le long du tunnel (sans extraction) variation des concentrations en polluant le long du tunnel

23 Ventilation sanitaire et désenfumage Ventilation sanitaire Forces motrices d écoulement de l air en tunnel Systèmes de ventilation Désenfumage Dispositions constructives

24 Désenfumage Rôle En cas d'incendie dans un premier temps, protéger les usagers des fumées pour qu ils puissent évacuer le tunnel dans un second temps, permettre l intervention des services de secours et de lutte contre l incendie. c'est la ventilation de désenfumage

25 Désenfumage Rôle Comportement des fumées Influence du courant d air Vdéstratification Vcritique

26 Désenfumage Rôle Comportement des fumées Effet de la pente

27 Désenfumage Rôle Comportement des fumées Facteurs de dimensionnement Le calcul des débits de désenfumage doit prendre en compte la nature du trafic : véhicules légers poids lourds transports de marchandises dangereuses Les termes sources se caractérisent par : charge calorifique en jeu puissance dégagée débit et densité des fumées concentrations en toxiques

28 Désenfumage Rôle Comportement des fumées Facteurs de dimensionnement Incendies de dimensionnement (circulaire ) Les incendies de dimensionnement ne sont pas les incendies les pires qui puissent exister, mais : le risque d un incendie supérieur est très faible les incendies de dimensionnement permettent de prendre en compte le début d un incendie supérieur choix d investissement : d autres mesures sont plus efficaces qu une amélioration de la ventilation, pour les très gros feux

29 Désenfumage Rôle Comportement des fumées Facteurs de dimensionnement type de tunnel définition de l'incendie gabarit < 2 m 2 ou 3 véhicules légers 2 m < gabarit < 3.5 m un fourgon gabarit > 3.5 m sans TMD avec TMD gros incendie de pl pl chargé d'hydrocarbures puissance totale 8 MW 15 MW 30 MW 200 MW débit de fumées - 50 m3/s 80 m3/s > 300 m3/s

30 Désenfumage Rôle Comportement des fumées Facteurs de dimensionnement Contrôle-commande La détection d'un incendie peut s'effectuer de différentes manières : par la surveillance des caméras en tunnel par l'appel d'un usager (RAU) ou décroché d'extincteur, ouverture de porte par l'alarme des capteurs de pollution par la détection automatique d'incident (DAI) par des détecteurs spécifiques d'incendie

31 Désenfumage Rôle Comportement des fumées Facteurs de dimensionnement Contrôle-commande L'opérateur de permanence au PCC dispose en général de deux modes de commande : la commande d'urgence qui consiste à mettre en œuvre, en fonction du lieu de l'incendie, le scénario préprogrammé de désenfumage la reprise de commande éventuelle en manuel, selon les directives des sapeurs-pompiers

32 Ventilation sanitaire et désenfumage Ventilation sanitaire Forces motrices d écoulement de l air en tunnel Systèmes de ventilation Désenfumage Dispositions constructives

33 Dispositions constructives

34 Dispositions constructives

35 Dispositions constructives

36 Dispositions constructives Coupe verticale station traversée de Toulon (UV2 )

37 Dispositions constructives carneaux d'amenée d'air frais

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39 Dispositions constructives

40 Dispositions constructives

41 Dispositions constructives

42 Dispositions constructives

43 Je vous remercie pour votre attention