Etude de la résistance des fenêtres aux effets de surpression dans le cadre de la mise en place des PPRT 7 décembre 2010
L INERIS étudie la résistance des fenêtres à l explosion pour une meilleure sécurité face au risque technologique L INERIS, à la demande de la DREAL Lorraine, a mis son savoir-faire scientifique sur les risques accidentels au service de la mise en œuvre des Plans de Prévention des Risques Technologiques (PPRT). L Institut a étudié la résistance des fenêtres aux effets de surpression, grâce à un dispositif expérimental créé sur mesure : les conclusions obtenues montrent notamment que tous les éléments d une fenêtre doivent être pris en compte pour protéger les personnes et les biens dans la zone de surpression 20-50 millibars. L INERIS, expert en risques accidentels, travaille en appui des pouvoirs publics dans le cadre de la loi du 30 juillet 2003 sur les risques technologiques. Cette loi instaure la mise en œuvre de PPRT autour des installations classées dites «Seveso seuil haut», afin de limiter, par des règles d urbanisation, les risques pour les populations en cas d accident. Les PPRT délimitent des zones dans lesquelles des mesures de renforcement du bâti peuvent être prescrites pour assurer une meilleure sécurité des personnes et des biens. Dans le cadre de ces préconisations, l Institut, en collaboration avec la DREAL Lorraine, a effectué une étude sur la vulnérabilité des fenêtres de bâtiments soumis à une onde de surpression dans la zone d intensité 20-50 mbar. Pour acquérir des données sur ce sujet peu étudié, les équipes de l INERIS ont mis au point une méthodologie expérimentale spécifique, qui a permis de mener deux campagnes d essais en 2009. Les essais ont porté à la fois sur les panneaux vitrés seuls et sur les fenêtres entières (panneaux + châssis). Le dispositif était constitué d une «chambre» de 25 m 3 à structure métallique installée en fond de galerie à explosion, dans laquelle était placée une charge explosive. Des capteurs de pression et un système d enregistrement vidéo ont permis d étudier le comportement, à l explosion (surpression incidente de 20 à 50 mbar), de plusieurs catégories de vitrages (double vitrage standard, double vitrage avec vitrage feuilleté ou film «anti-fragments») et de différents types de fenêtres, en tenant compte du mode d ouverture (vers l intérieur à la française), du mode de pose (applique, tunnel, feuillure), de la nature du châssis (PVC, aluminium et bois) et du système de fermeture (fermeture à crémone classique ou «retardataire d effraction»). Les résultats ont montré que les panneaux en double vitrage standard (c est-à-dire uniquement les parties vitrées de la fenêtre) ne résistent pas à une onde de surpression 20-50 mbar, mais les films «anti-fragments» à fixation chimique ou le recours au vitrage feuilleté rendent le double vitrage efficace pour protéger les personnes et les biens. Le vitrage n est pas le seul critère à considérer en matière de sécurité. La nature du châssis, le mode de pose et le système de fermeture jouent un rôle important. Les ossatures en PVC et en aluminium n assurent pas le maintien des battants fermés lors de l explosion et peuvent même être projetés vers l intérieur des locaux. Les ossatures en bois semblent plus résistantes, notamment lorsqu elles sont montées en tunnel et munies d un système de fermeture renforcé (à crémone avec sortie de tringle et gâches métalliques, ou avec un système «retardateur d effraction»). Les campagnes d essais ont permis de proposer un guide pratique résumant les recommandations à suivre pour réduire le plus efficacement possible la vulnérabilité des fenêtres aux effets de surpression dans la zone 20-50 mbar. Le guide est destiné aux maîtres d ouvrage, maîtres d œuvre et professionnels de la construction pour les aider à mieux répondre aux demandes de travaux faites par les propriétaires dans le cadre des PPRT. L INERIS, spécialiste de l évaluation et de la gestion des risques accidentels liés aux activités industrielles, consacre une grande part de ses travaux à l étude des phénomènes dangereux : explosion, incendie, dispersion de toxiques. Ses compétences sont mises à disposition des pouvoirs publics comme des industriels. L Institut, qui dispose de moyens d essais parmi les plus importants en France, contribue à accroître et diffuser les connaissances sur les mécanismes, effets et conséquences de ces phénomènes dangereux, notamment en termes de résistance des structures. Il développe des outils de simulation numérique, réalise des essais à toutes échelles et propose une ingénierie d essai et des dispositifs d expérimentation «sur mesure».
L étude de la vulnérabilité du bâti à l explosion : l exemple des fenêtres dans le cadre de la mise en œuvre des PPRT L INERIS compte plusieurs décennies d expertise dans le domaine des risques accidentels. L évaluation de ce type de risque prend en compte la source (installation industrielle), le flux de danger (propagation des phénomènes dangereux) et les enjeux (les personnes, les biens, l environnement concernés par le risque). La gestion de ce risque s organise autour de trois principes : la réduction des risques à la source, la limitation des effets d un accident, la limitation des conséquences de l accident (environnementales, humaines, matérielles). A ce titre, l Institut travaille en appui des pouvoirs publics dans le cadre de l application de la loi n 2003-699 du 30 juillet 2003 relative à la prévent ion des risques technologiques et naturels et à la réparation des dommages. La prévention de ces risques implique en effet de maîtriser la sécurité des installations, de maîtriser l urbanisation autour de ces installations, d organiser efficacement les secours et d informer le grand public pour qu il adopte les bons comportements. La mise en place des Plans de Prévention des Risques Technologiques (PPRT) La loi dite «loi Bachelot» exige ainsi la mise en place de Plans de Prévention des Risques Technologiques (PPRT) autour des installations classées dites «Seveso seuil haut», présentant des risques majeurs (installations AS soumises à Autorisation avec Servitudes d utilité publique). Les PPRT ont pour objectif d aider à résoudre les situations difficiles en matière d urbanisme héritées du passé et à mieux encadrer l urbanisation future. Leur élaboration se fonde sur le principe du dialogue entre les acteurs concernés pour aboutir à une solution acceptable pour tous : services de l Etat, élus et collectivités locales, experts, riverains, industriels. Ils consistent, pour chaque point du territoire jouxtant une installation, à évaluer et hiérarchiser le niveau de risque lié à l activité de l installation classée. Les phénomènes dangereux considérés sont thermiques (incendie), toxiques (dispersion de gaz) et de surpression (explosion). Cette analyse permet de définir plusieurs zones chacune caractérisée par des règles d urbanisme et des mesures sur le bâti spécifiques. Pour les niveaux les plus forts, des secteurs d expropriation et/ou de délaissement peuvent être proposés. Pour d autres niveaux plus faibles, il est possible de prescrire des mesures constructives de renforcement du bâti 1. L étude de la résistance des vitrages aux effets de surpression Dans cette perspective, l INERIS, à l instigation de la DREAL Lorraine, a effectué une étude sur la vulnérabilité des fenêtres de bâtiments soumis à un aléa 2 de surpression dans la zone d intensité 20-50 millibars (mbar). Un état de l art a d abord été réalisé sur les modes de construction et les typologies de fenêtres existants en France ainsi que sur les normes permettant de certifier la résistance des fenêtres à une onde de souffle générée par une explosion. Le cœur de l étude a consisté à analyser le comportement des types de fenêtres les plus couramment rencontrés (en tenant compte du type de vitrage et de châssis, du système d ouverture et de fermeture, du mode de pose), lorsque les fenêtres sont soumises à une onde de surpression incidente de 20 à 50 mbar. Les données obtenues grâce à ces essais expérimentaux, effectués grâce à un dispositif construit sur mesure, ont permis à l Institut de proposer un guide pratique résumant les recommandations à suivre pour réduire le plus efficacement possible la vulnérabilité des fenêtres aux effets de surpression 20-50 mbar. 1 Pour éviter que les actions visant à réduire la vulnérabilité du bâti ne soient trop coûteuses par rapport à la valeur des biens immobiliers concernés, les mesures sur le bâti ne doivent pas excéder 10% de la valeur du bien. Elles sont à la charge du propriétaire mais ouvrent le droit au crédit d impôt. 2 Probabilité qu un phénomène accidentel produise en un point donné des effets d une intensité donnée, au cours d une période déterminée.
Les résultats des essais de résistance des fenêtres : l ensemble châssis + vitrages à prendre en compte pour la sécurité L analyse des recherches effectuées sur la tenue des fenêtres à une onde de souffle montre que le sujet n a été que peu étudié jusqu à présent, et dans des conditions expérimentales ne correspondant pas forcément aux situations réelles envisagées dans le cadre des PPRT (degré d intensité de l onde de souffle, type de fenêtres utilisées, durée de l explosion ). Pour acquérir des données, l INERIS a donc développé une méthodologie expérimentale spécifique. Deux campagnes d essais Deux campagnes d essais ont été menées en 2009 par l Institut sur son site expérimental de Montlaville (Oise). Ces campagnes visaient à étudier la vulnérabilité de fenêtres qui seraient situées sur les deux faces les plus exposées d un bâtiment ou d une habitation située dans la zone de surpression 20-50 mbar autour d une installation classée. L analyse s est concentrée sur le type de fenêtres le plus couramment rencontré en France : il s agit de fenêtres avec ouverture à la française (vers l intérieur) à deux vantaux, de dimensions (hxl) 1,25mx1,40m. A également été observée la réponse d une fenêtre d un autre type, fenêtre coulissante 2 rails à 2 ouvrants munis d un système de fermeture 2 points. Les deux campagnes, constituée au total d une vingtaine d essais, ont permis d évaluer d une part le comportement de panneaux vitrés seuls de 1,08mx0,6m : le double vitrage standard, le double vitrage avec vitrage feuilleté et le double vitrage avec film de protection anti-fragments ont été testés. Les essais ont porté d autre part sur des fenêtres au sens propre, en tenant compte de différents modes de pose (applique, tunnel, feuillure), de la nature du châssis (PVC, aluminium et bois) et du système de fermeture (système classique à crémone avec tige centrale et gâches plastiques et métalliques, système dit «retardateur d effraction»). Les fenêtres ont été soumises à une détonation de surpression incidente de 20 à 50 mbar. Un dispositif expérimental à façon Le dispositif expérimental est constitué d une structure métallique composée de poutre en l, de tôles d acier et de contreplaqué. Elle a été installée au fond d une galerie cathédrale de manière à former une chambre de 25 m 3. Grâce à ce système, le support peut résister à l onde de souffle sans se déformer ou déformer la fenêtre ; la fenêtre ne subit pas non plus de contraintes anormales. Des ouvertures sont pratiquées dans les panneaux de contreplaqué pour décharger la pression, ce qui permet de déterminer la durée d application de la pression sur la fenêtre. La charge explosive de NP91 est placée à l intérieur de la chambre dans une virole métallique dont les extrémités sont obturées par des bastaings de bois et posée à 1,5 m du plan contenant la fenêtre. Des charges de 50g ont permis de simuler le cas de la fenêtre la plus exposée d une habitation («face 1» 3 ) à une onde de choc de surpression de 50 mbar d une durée supérieure à 500 millisecondes. Avec des charges de 35g, deux cas de figure ont été simulés : la fenêtre la plus exposée («face 1») à une onde de choc de surpression de 35 mbar et une fenêtre un peu moins exposée («face 2») soumise à une onde de choc de surpression de 50 mbar. Les mesures sont effectuées au moyen de capteurs de pression : un premier à l intérieur de la chambre, au sol ; un deuxième sur le support à hauteur de la fenêtre pour mesurer la pression de l onde de souffle sur la fenêtre (côté extérieur) ; un troisième placé à une dizaine de mètres derrière le support. Deux caméras numériques sont fixées sur le dessus et le côté de la fenêtre ; une caméra vidéo rapide est située à une vingtaine de mètres derrière la fenêtre. Le système de visualisation permet d étudier le comportement de la fenêtre (ensemble vitragechâssis) soumis à l explosion et les conséquences externes (projection de bris de vitres). 3 Dans le cadre des PPRT, l orientation d une habitation par rapport au centre d une explosion potentielle fait partie des critères à considérer : un numéro est attribué à chaque façade du bâtiment, de 1 (face la plus exposée) à 4 (face la moins exposée).
Pour chacun des essais, une «plaque témoin» de 50 cm, en mousse de polystyrène recouverte d une feuille aluminium, se trouve à 3 m derrière le support. La plaque délimite une «zone témoin» au sol, recouverte d un matériau destiné à amortir l impact des fragments et à aider à les localiser précisément. Le dispositif (support et fenêtre) et la «zone témoin» sont photographiés avec un appareil numérique avant et après chaque essai. Panneau contreplaqué 20 mm Surface ouverte réglable Fenêtre Tôle acier 3 mm Panneau contreplaqué 20 mm amovible Virole Schéma du dispositif expérimental Capteur de pression Virole contenant l explosif Dispositif expérimental (vu de l extérieur) Les résultats des essais : tous les éléments d une fenêtre contribuent à la sécurité Les campagnes d essais ont donné dans un premier temps plusieurs indications quant à la tenue des panneaux vitrés seuls, afin de déterminer si la sécurité des personnes et des biens contre le bris de vitre est assurée en cas d accident. Les panneaux vitrés en double vitrage standard, constituant les fenêtres les plus couramment rencontrées dans l habitat français, semblent résister à une surpression incidente de 20 à 35 mbar, mais cèdent sous une surpression autour de 50 mbar. L application sur du double vitrage standard, d un film plastique «anti-fragments» par fixation chimique sur 4 côtés, améliore cependant la résistance : l ensemble résiste à une surpression de 50 mbar. En revanche, l application sur du double vitrage standard d un film «anti-fragments» posé par simple adhérence ne garantit pas la résistance de la fenêtre dans la zone de surpression 35-50 mbar. Le double vitrage composé de vitrage simple et vitrage feuilleté (vitrage de sécurité «retardateur d effraction») résiste à une surpression incidente de 20 à 50 mbar.
Concernant les fenêtres proprement dites (panneaux vitrés + châssis), le mode de pose a d abord été étudié avant de considérer l influence de la nature du châssis et du système de fermeture. Les essais, qui ont porté une pose en applique, ont déterminé que l utilisation classique de 6 équerres de fixation vissées au mur et clippées à la fenêtre ne permettait pas d assurer la protection des personnes. Davantage de points de fixation sont nécessaires et les équerres doivent être vissées au support et au châssis. Plus généralement, les conclusions des essais semblent montrer que le vitrage n est pas le seul critère à considérer en matière de sécurité : tous les éléments de la fenêtre entrent en ligne de compte. Le mode de pose, mais aussi la nature du châssis et le système de fermeture jouent un rôle important dans la protection des biens et des personnes. Pour évaluer ces éléments ensemble, la majeure partie des essais a porté sur des fenêtres en PVC ou en bois, avec fermetures classique et renforcée, et fixées selon trois modes de pose différents (feuillure, tunnel, applique). Les fenêtres à ouverture à la française en PVC (type de châssis le plus vendu sur le marché français) munies d une fermeture à crémone 3 points avec sortie de tringle et gâches plastiques ou métalliques ne permettent pas de protéger efficacement les personnes dans la zone de surpression 20-50 mbar, quel que soit le mode de pose (applique, tunnel, feuillure). Les fenêtres en bois avec ouverture à la française et un système de fermeture à crémone avec sortie de tringle, posées en applique, ne résistent pas à une surpression de 50 mbar : les battants peuvent être projetés à l intérieur de l habitation, sur 1 à 3 m. En revanche, la pose en tunnel de fenêtres en bois munie d un système de fermeture classique à crémone avec sortie de tringle et gâches métalliques correctement fixées est une garantie pour la protection des personnes dans la zone 20-50 mbar. De même, les fenêtres en bois dotées d un système de fermeture «retardateur d effraction» 4, quel que soit le mode de pose (applique, tunnel, feuillure), semblent résister à une onde de surpression de 20 à 50 mbar. Deux autres types de fenêtres ont été étudiés dans le cadre des campagnes d essais : Les fenêtres avec ouverture à la française en aluminium dotées d un système de fermeture à crémone 4 points (renforcés par une fermeture individuelle des ouvrants), avec sortie de tringle, posées en tunnel ou en feuillure ne protègent pas efficacement les personnes dans la zone 20-50 mbar. Le maintien des battants n est assuré et ils peuvent être projetés à l intérieur de l habitation. Les fenêtres coulissantes 2 rails à 2 ouvrants, munies d un système de fermeture 2 points classiques et posées en applique ne résistent pas une surpression de 20 à 50 mbar : le déchaussement d au moins un des deux battants de ses rails peut se produire et il peut être projeté à l intérieur de l habitation. 4 Le système de fermeture doit être individuel, à crémone avec renvoi d angle, et comporter des gâches fourchettes métalliques de sécurité ainsi que des galets champignons évitant le décrochement. Les points de fermeture doivent être répartis précisément sur le montant (partie verticale du châssis) central et les traverses (parties horizontales du châssis) hautes et basses.
Un guide pratique pour les professionnels sur le diagnostic et les mesures de renforcement Sur la base des campagnes d essais réalisées, l INERIS a élaboré un guide pratique utilisable dans le cadre des prescriptions sur le bâti exigées par les PPRT. La vocation du guide Le guide est destiné aux maîtres d ouvrage, maîtres d œuvre et professionnels de la construction pour les aider à mieux appréhender les demandes de travaux faites par les propriétaires. Il est composé de recommandations pratiques sur la protection des fenêtres des bâtiments actuels et futurs dans la zone des effets de surpression 20-50 mbar. Ces prescriptions sont faites dans l optique d assurer le plus efficacement la sécurité des biens et des personnes à l intérieur des habitations, en tenant compte des contraintes de coût pour les propriétaires. La structure du guide Le guide présente une typologie des fenêtres en France : les principaux constituants d une fenêtre (dont le système de fermeture), les types d ouverture, les modes de pose, les catégories de vitrages, les familles de verre, les films de protection anti-fragments (et leur système de fixation) ; des éléments pratiques pour garantir la tenue des fenêtres dans la zone des effets de surpression d intensité 20-50 mbar ; un exemple d application sur un des types de fenêtres le plus couramment rencontrés en France : fenêtre à ouverture à la française à 2 vantaux de 1,25mx1,40m, constituée de panneaux vitrés en double vitrage standard, munie d un système de fermeture 3 points à crémone avec sortie de tringle, disposant d au moins 6 paumelles (3 par battant), dotée d un châssis en PVC, aluminium ou bois, posée en tunnel, en feuillure ou en applique. Les recommandations pour garantir la tenue des fenêtres Les préconisations garantissant la tenue de fenêtres à un effet de surpression 20-50 mbar s appuient sur trois types de données : Les dimensions maximales admissibles des panneaux vitrés pour qu ils résistent ou cassent sans risque de blessure. La configuration du châssis admissible en considérant : le matériau constitutif, le mode d ouverture, le système de fermeture, le mode de pose. La configuration admissible du mode de fixation du châssis dans le mur. Les tableaux fournissant les dimensions maximales admissibles pour chaque type de panneaux vitrés (double vitrage standard ou avec vitrage feuilleté) tiennent compte de plusieurs critères : l orientation de la façade sur laquelle peut se trouver la fenêtre par rapport au phénomène dangereux (face 1 à 4) ; le type de sollicitation de surpression (onde de choc ou déflagration) ; la localisation précise de l habitation dans la zone considérée (zone d intensité 20-35 ou 35-50 mbar). Pour chaque type de châssis (PVC, aluminium ou bois), les recommandations portent sur les différents éléments de la fenêtre à combiner pour la meilleure protection (mode d ouverture et système de fermeture, mode de pose ). Concernant la fixation de la fenêtre dans le mur (fenêtre à ouverture à la française à doubles vantaux) les recommandations sont énoncées en fonction du mode de pose, de l orientation de la façade et de la localisation de l habitation dans la zone 20-50 mbar.
Les composants d une fenêtre Les éléments constitutifs d une fenêtre Dormant ou cadre (châssis fixe). Ouvrants ou battants (panneau vitré + châssis mobile) Paumelles (pièces mobiles permettant la rotation du battant) Vitrage ou panneau vitré Châssis mobile Parclose (pièces permettant le maintien du vitrage en place) Les châssis des fenêtres peuvent être en PVC (le plus vendu), en aluminium ou en bois. Il existe plusieurs systèmes de fermeture. Un des plus couramment rencontrés est la fermeture à crémone avec sortie de tringle. Ce système comprend en général trois points de fermeture : outre la poignée centrale, le verrouillage des deux battants est assuré en haut et en bas par une gâche (pièce creuse en métal ou en plastique), fixée au dormant, dans laquelle vient s engager une tige métallique. Les modes d ouverture les plus courants en France
Les types de pose La pose en feuillure consiste à placer la fenêtre à l intérieur de la feuillure de l ancien bâti et à la sceller avec des pattes de scellement. La fenêtre est dans ce cas plus grande que l ouverture du mur. Cette pose est utilisée pour les constructions neuves ou en rénovation pour remplacer une fenêtre. La pose en applique consiste à appliquer la fenêtre sur le mur en la fixant par l intermédiaire de pattes de fixation. La fenêtre est plus grande que l ouverture du mur. La pose en applique est utilisée pour les constructions neuves ou en rénovation avec isolation. La pose en tunnel (ou en tableau) implique de fixer la fenêtre dans l épaisseur du mur par chevillage à travers l huisserie. La dimension de la fenêtre est légèrement inférieure à l ouverture du mur. Ce type de pose est utilisé pour les constructions neuves ou en rénovation avec ou sans isolation. Les vitrages Le verre le plus couramment rencontré dans la fabrication des vitrages est le verre recuit. Il existe également deux autres grands types de verre, dont la résistance mécanique est accrue par un processus thermique : le verre trempé et le verre semi-trempé ou durci. Le verre trempé a la particularité de se fragmenter en une multitude de petits éclats alors que le verre recuit et le verre durci se brisent en pans de grandes dimensions. Il existe trois grands types de vitrage : Le vitrage simple, composé d une seule feuille de verre. Le vitrage feuilleté est formé de deux feuilles de verre entre lesquelles est insérée une (ou plusieurs) intercalaire plastique de butyral de polyvinyle (PVB). Il est destiné à renforcer la protection des personnes et des biens en cas de rupture : très résistant, il absorbe les chocs et forme de petits éclats arrondis lorsqu il se brise (vitrage obligatoire sur les pare-brise de véhicules). Le double vitrage est constitué de deux vitrages fixés l un à l autre par une baguette et entre lesquels un espace libre de quelques mm d épaisseur permet à une couche d air ou de gaz (argon) de circuler. Le double vitrage a, de ce fait, des propriétés isolantes reconnues (isolation thermique, sonore ). Il peut être formé de vitrage simple et/ou feuilleté. Les films anti-fragments Les films de sécurité plastiques ou «films de protection anti-fragments» s appliquent sur les faces intérieures des vitrages pour améliorer leur résistance, réduire la formation de fragments, diminuer la vitesse et la distance à laquelle ces fragments sont projetés. Leur efficacité dépend des matériaux composant le film, de son épaisseur et du mode de pose du film. Il existe trois principaux modes de pose : pose par simple adhérence, pose par fixation chimique (enduit humide ou adhésif en silicone), pose par fixation mécanique (système de lattes métalliques).
L INERIS, au cœur de l étude des phénomènes dangereux Depuis l origine, l INERIS dispose d une expérience dans l évaluation et la gestion des risques accidentels liés aux activités industrielles. Les compétences de ses ingénieurs et techniciens sont le fruit de la mise en œuvre de programmes de recherche et du développement d une expertise, mise à la fois au service des exploitants d installations à risques et des autorités publiques en charge de contrôler les exploitations. Le savoir faire étendu de l Institut dans le domaine accidentel est réparti en quatre champs d expertise : l étude des risques physico-chimiques inhérents aux substances et aux procédés industriels, l évaluation des systèmes et des équipements de sécurité, l analyse globale et la gestion intégrée des risques pour une installation industrielle, l étude des phénomènes dangereux et de la résistance des structures à ces phénomènes. L étude des phénomènes dangereux à l INERIS a pour vocation d accroître et de diffuser des connaissances sur les mécanismes, les effets et les conséquences d incendie, d explosion et de dispersion de toxiques ou de gaz inflammables. Les équipes approfondissent également les connaissances sur la vulnérabilité des structures sensibles (équipements industriels, bâti ) à l explosion, l incendie et aux projections. Cette activité amène l Institut à développer et mettre à disposition des outils de modélisation numérique. Par ailleurs, les experts de l INERIS réalisent des essais à petite, moyenne et grande échelle, et proposent une ingénierie d essai et la conception de dispositifs d expérimentation sur mesure pour des essais industriels. Le savoir faire de l Institut le conduit également, sur les questions relatives aux phénomènes dangereux, à participer à des études réglementaires (étude de dangers ) et à intervenir comme tiers-expert pour le compte des pouvoirs publics. L expertise et les essais au service de l ingénierie Lors de cette étude, l INERIS a travaillé avec un fabricant de films de protection de vitrages. L INERIS par son expertise et la mise en en œuvre des meilleurs moyens de modélisation dans le domaine, avait déjà aidé : à apporter de sérieuses améliorations à ces produits ; à choisir les meilleurs matériaux. La campagne d essais a confirmé ces choix mais a aussi apporté des conclusions supplémentaires. Ainsi grâce à ses moyens d'essais et de modélisations sur les phénomènes dangereux, L INERIS aide les bureaux d études et les fabricants à la conception de moyens de protection contre l'explosion originaux ou innovants. Par ailleurs, ces campagnes d essais devraient se prolonger pour tester de nouvelles solutions de protections vitrées élaborées par des concepteurs de vitrages ou des industriels utilisateurs. Les risques d explosion et la résistance des structures Les accidents industriels de ces vingt dernières années, en particulier celui de l usine AZF à Toulouse en 2001, ont placé les besoins de sécurité au cœur des préoccupations, aussi bien des industriels que des pouvoirs publics. D un point de vue scientifique, il reste encore de nombreux champs de recherche à explorer pour disposer d une compréhension des mécanismes d explosion et de dispersion suffisante pour être utilisable sur le terrain, dans des méthodes de prédiction. Ces recherches sont fondamentales pour la maîtrise des accidents industriels mais aussi dans l accompagnement de l innovation technologique durable (hydrogène comme vecteur d énergie, nanotechnologies, captage-transport-stockage du CO2 ).
Dans cette optique, les équipes de l INERIS étudient de nombreux phénomènes explosifs : explosions chimiques de produits solides (détonation), de gaz (Vapour Cloud Explosion VCE) ou de poussières ; explosions physiques (changement de phase) ; explosion de gaz liquéfiés (Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion BLEVE) ; explosion de vapeurs ; auto-emballements. Les thématiques sur lesquelles portent les recherches des experts de l Institut incluent l analyse du processus de formation d un nuage explosif (à l air libre ou en milieu confiné) ; l étude de la propagation de flammes en milieu industriel ; l exploration des mécanismes d amorçage d une explosion (sources d inflammation et degré d inflammabilité) ; l observation des processus de production de pression et de projection par les phénomènes explosifs. L INERIS poursuit également des travaux sur les nouvelles techniques de mesure (concentrations de gaz et turbulence) ainsi que sur les moyens de protection et de prévention. Les axes de recherche récents de l Institut portent, entre autres, sur les outils de prédiction des effets d une explosion. Le projet EXPRES, en collaboration avec le CNES, les universités de Poitiers et de Bourges, l Institut Fraunhofer, Fike et Gexcon, a ainsi permis d évaluer la pertinence et les limites de modèles numériques dans la simulation de la propagation de flammes consécutive à une explosion. Les équipes de l INERIS travaillent également sur les risques explosifs liés à l hydrogène comme vecteur d énergie, par exemple sur les situations de fuite propres à l usage de ce gaz dans les applications automobiles, dans le cadre des projets DRIVE puis DIMITHRY coordonnés par PSA et avec la participation du CEA, d Hélion et d Air Liquide. L étude de la résistance des structures aux agressions comprend l analyse de la réponse des structures à l explosion, l incendie, les projections, les séismes et les vagues. Ces travaux nécessitent l analyse de la résistance des matériaux et de la conception des structures, la prise en compte les aspects dynamiques des phénomènes et l examen des mécanismes de déformation et de rupture. En collaboration avec le laboratoire de mécanique de l Université de Marne-la-Vallée, les équipes ont notamment travaillé : à travers le projet IMFRA, sur l impact de fragments sur une structure en tenant compte de «l effet domino» ; à travers le projet VULCAIN, en collaboration avec un consortium (dont EDF et le CEA), à la tenue de réservoirs atmosphériques et d enceintes de protection en béton à l explosion. Les risques de dispersion de gaz toxiques ou inflammables et la sécurité incendie L Institut s intéresse aux phénomènes de dispersion atmosphérique de substances toxiques, dans le cas par exemple d une rupture de canalisation ou de dégagement de fumées dues à une combustion. Ses experts étudient tous les aspects du phénomène de libération accidentelle d un produit dans l atmosphère : «terme source» (caractérisation et quantification du rejet), mécanismes physiques en jeu dans la dispersion, interactions dans le champ proche (moins d 1km de la source) avec d autres phénomènes (conditions atmosphériques, obstacles, confinements ). Activité «historique» de l INERIS, l étude des risques incendie englobe tous les aspects relatifs à la sécurité des structures et des individus vis-à-vis de ce type de phénomène. A partir de l étude du «terme source», les experts de l Institut étudient les effets thermiques (comportement des structures au feu, rayonnement dans l environnement) et les risques liés aux fumées (stratégies de désenfumage et de ventilation, d évacuation des personnes ). Plusieurs phénomènes d incendie font l objet de recherche à l INERIS : feux en milieu confinés (stockage, tunnels ) ; jets enflammés ; boil-over ; feu de solides ; feu de nappes.
Récemment, les équipes de l INERIS ont ainsi travaillé sur la prévention du risque d incendie au sein des plates-formes logistiques avec le projet FLUMILOG, en partenariat avec Afilog, le CNPP, le CTICM et GSE. Sa vocation : mieux connaître l impact des flux thermiques lors d un incendie d entrepôt et développer une méthode calcul de référence des effets d un incendie. Cette méthode permet d adapter au mieux les dimensions des infrastructures, d ajuster le dispositif d écrans thermiques, de déterminer avec exactitude la distance de sécurité à respecter autour des installations. Le volet expérimental de FLUMILOG a notamment donné lieu à une campagne d essais à grande échelle sur un entrepôt de 860 m 2 et 12 m de hauteur pour mesurer les flux thermiques et observer le comportement des flammes. La sécurité des transports souterrains est également un thème d étude de l Institut. Le programme EGSISTES, coordonnée par l INERIS et qui réunit le CEA, le Laboratoire de Mécanique et Energétique de l Université de Valenciennes, la RATP et EGIS Tunnels a par exemple permis d analyser la dispersion des fumées en milieu confiné. L Institut a étudié, par le bais de modèles numériques et d essais expérimentaux à échelle 1/3, l influence d éléments perturbateurs (présence de véhicules dans un tunnel, type de ventilation utilisé) sur la stratification des fumées. Grâce à EGSISTES, les stratégies d intervention et la pertinence des systèmes de sécurité (ventilation) en cas d incendie en tunnel routier ont ainsi été évaluées.
Etude des phénomènes dangereux : les moyens d essais à l INERIS L INERIS développe une approche qui couple la modélisation numérique et l expérimentation à diverses échelles. Pour l étude des phénomènes dangereux, l Institut dispose de moyens d essais parmi les plus importants en France. Les capacités expérimentales Explosion L INERIS dispose d une plate-forme d essai sur le site de Montlaville à Verneuil-en-Halatte (Oise). Galerie pour tests d explosifs et essais d explosion de poussières jusqu à 150 b Zone d essais de dispersion, d explosion ou d incendie de gaz et liquides inflammables Enceinte pare-éclats pour des essais d éclatement de structures sous l effet d une explosion ou d un incendie Laboratoire d inflammation Galerie de 150 m (10 m 2 d ouverture) pour tests de ventilation et/ou de détecteurs de gaz Tube d explosion (diamètres 10-25-40) de diverses longueurs (3 à 30 m) Chambre 2 m 3 (-200 C / 200 b) Chambre d explosion 100 m 3
Incendie Dispersion de gaz Les capacités d essais incendie sont rassemblées au siège de l INERIS sur le site de Verneuil-en- Halatte (Oise), mais des essais sur site sont régulièrement réalisés, notamment en tunnel. Maquette «froide» de 15 m à échelle 1/18ème pour modéliser des dispersions de gaz chauds (fumées) ou denses (rejets toxiques) Galerie à incendie de 50 m pour réaliser des essais de combustion jusqu à une puissance dégagée de 10 MW (en maîtrisant les rejets dans l atmosphère par une «tour de lavage») Calorimètre de Tewarson pour qualifier le comportement d une substance en cas d incendie (paramètres thermiques et chimiques) Les modèles numériques Explosion Tous les outils de simulation ont été validés sur des bases expérimentales. L INERIS utilise les logiciels PHAST et EXORIS pour la formation de nuages ; EXPRES pour la propagation de flammes, les codes MISSILE, PROJEX, DIFREX et SECONDE pour l évaluation des effets d une explosion ; EFFEX pour les effets d explosion en milieu confiné et les moyens de protection à mettre en œuvre ; BIGEXP et DECALOR pour la métrologie. Dispersion de gaz Sont utilisés les modèles DISFUM / PHAST et PHOENICS ARIARISK pour la dispersion de fumées. L Institut a développé le modèle NewVendis pour l étude de la dispersion de fumée en milieu confiné, capable de prévoir les comportements dynamiques globaux d un ouvrage simple (géométrie tubulaire type tunnel routier ou ferroviaire) ou complexe (réseau maillé type métro). Incendie L INERIS est un spécialiste des codes à champs comme le code FDS, qui intègre en 3D un modèle de combustion, des modèles d échanges de chaleur et des modèles de turbulence. FDS peut simuler des phénomènes fluides, chimiques, thermiques et des actions externes. Les équipes ont également recours au code FNAP pour les feux de solides et de nappe, PHAST pour les feux torches et SAPHIR et ROBOT pour la résistance des structures à l incendie.
L INERIS en bref 20 ans d existence et 60 ans d expérience : un expert héritier d un savoir-faire issu des secteurs des mines, de l énergie et de la chimie. L INERIS, établissement public à caractère industriel et commercial placé sous la tutelle du ministère chargé de l environnement, a été créé en 1990. Il est né d une restructuration du Centre de Recherche des Charbonnages de France (CERCHAR) et de l Institut de Recherche Chimique Appliquée (IRCHA), et bénéficie d un héritage de plus de 60 ans de recherche et d expertise reconnues. Un effectif total de 573 personnes dont 333 ingénieurs et chercheurs. 40 spécialistes des géosciences basés à Nancy dans le cadre d activités de recherche et d expertise sur les risques liés à l'après-mine. Un siège dans l Oise, à Verneuil-en-Halatte : 50 hectares, dont 25 utilisés pour des platesformes d essais, 25 000 m 2 de laboratoires. Domaines de compétence : Risques accidentels : sites Seveso, TMD, malveillance, dispositifs technologiques de sécurité, GHS Risques chroniques : pollution de l eau et de l air, sols pollués, substances et produits chimiques, CEM, REACh, environnement-santé Sols et sous-sols : cavités, après-mine, émanations de gaz, filière CCS Certification, formation, outils d aide à la gestion des risques Activité (quelques chiffres) : Recettes : 69 M en 2009 Recherche amont et partenariale : 21 % Appui aux pouvoirs publics : 62 % Expertise réglementaire 17 % Expertise conseil 3 M de CA à l export en particulier en Europe et en Afrique méditerranéenne. Une déontologie et une gouvernance reconnues de longue date Des règles de déontologie encadrent l indépendance des avis de l INERIS. Un comité indépendant suit l application de ces règles et rend compte chaque année depuis 2001 directement au Conseil d Administration. Un conseil scientifique et des commissions scientifiques évaluent les projets de recherche ainsi que les équipes depuis 1997. Un comité d éthique suit les pratiques de recours et d essais en animalerie. L INERIS est certifié ISO 9001 : 2000 depuis 2001 ; plusieurs laboratoires disposent d agréments COFRAC ou BPL. Acteur de l Europe de la recherche, l INERIS s intègre à l Europe de l expertise L INERIS assure le secrétariat de la plate-forme European Technology Platform on Industrial Safety qui rassemble plus de 150 partenaires publics ou privés. Son succès a conduit la DG Recherche à confier à ETPIS des thématiques telles que les nanotechnologies. L Institut est engagé dans plusieurs partenariats pérennes issus de projets européens : le GEIE EU-Vri avec la fondation allemande Steinbeis (plus de 100 M en 2006 en recherche partenariale), L-Surf Services (partenaires suédois, allemands et suisses) Une démarche de développement durable Conformément au Contrat d objectifs le liant avec son autorité de tutelle, l INERIS a engagé une démarche de développement durable qui repose sur une recherche d économies et de pratiques éthiques : un accord d entreprise en faveur du travail des handicapés a par exemple été signé en septembre 2007 et un audit énergétique a été réalisé afin de veiller à une utilisation optimale des énergies.